CN114864990B - 燃料电池单电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池单电池的制备方法，制备方法包括：在阳极板水腔侧的密封槽位置进行注胶或点胶方式形成水腔密封胶线；将液体胶粘剂涂抹于阴极板气腔侧的密封槽内和阳极板气腔侧的密封槽内，并将橡胶生胶片分别放置于阴极板和阳极板上的液体胶粘剂上；将限位板分别放置于阳极板和膜电极之间以及阴极板和膜电极之间；在膜电极与橡胶生胶片对应位置涂抹液体胶粘剂；通过加热固化完成单电池的组装。采用上述结构形式，可以通过密封胶线的厚度公差填补了极板密封槽的加工误差，使碳纸和反应区流道完全全部接触，彻底减少堆内的接触电阻，并且可以通过控制限位板的厚度来改变密封胶线的厚度，来达到整个电堆理想的接触电阻。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池单电池的制备方法。
背景技术
燃料电池领域的密封结构设计非常必要，它对电堆的安全、寿命、效率等各方面都有巨大的影响。现有技术中，燃料电池通常有两种密封方式，一种是在燃料电池双极板的阳极板和阴极板加密封胶线或密封垫圈，在装配时通过装配压力直接在极板的表面形成密封；该方法在装配过程及后期使用过程中密封胶线不易与双极板粘结，而易滑动错位，并且胶线尺寸不均一、容易密封失效，进而影响了电堆气密特性；另一种方式是使用液态硅胶通过注塑的方式在极板表面形成弹性密封层，后在装配过程中通过装配压力使极板密封，但液态硅胶模具价格较高，在燃料电池制备工艺并不很成熟。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中装配过程及后期使用过程中密封胶线不易与双极板粘结，而易滑动错位，并且胶线尺寸不均一、容易密封失效，进而影响了电堆气密特性的缺陷，提供一种燃料电池单电池的制备方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明公开了一种燃料电池单电池的制备方法，所述制备方法包括：在阳极板水腔侧的密封槽位置进行注胶或点胶方式形成水腔密封胶线；将液体胶粘剂涂抹于阴极板气腔侧的密封槽内和阳极板气腔侧的密封槽内，并将橡胶生胶片分别放置于阴极板和阳极板上的液体胶粘剂上；将限位板分别放置于所述阳极板和膜电极之间以及所述阴极板和膜电极之间；在膜电极与所述橡胶生胶片对应位置涂抹液体胶粘剂；通过加热固化完成单电池的组装。
在本方案中，水腔采用橡胶密封方式，防止金属板在焊接过程中出现腐蚀；气腔采用粘结密封的方式，避免了胶线滑移和漏气风险，提高了气腔的密封性。采用上述结构形式，可以通过密封胶线的厚度公差填补了极板密封槽的加工误差，使碳纸和反应区流道完全全部接触，彻底减少堆内的接触电阻，并且可以通过控制限位板的厚度来改变密封胶线的厚度，来达到整个电堆理想的接触电阻。
较佳地，步骤将限位板分别放置于所述阳极板和膜电极之间以及所述阴极板和膜电极之间之前，所述制备方法还包括：选择薄片；将所述薄片制成和所述膜电极边框相匹配的所述限位板。
在本方案中，采用上述结构形式，具有生产工艺简单，生产成本低，能够灵活匹配电堆前期厚度，从而确保密封胶线可以达到理想厚度。
较佳地，步骤将液体胶粘剂涂抹于阴极板气腔侧的密封槽内和阳极板气腔侧的密封槽内，并将橡胶生胶片分别放置于阴极板和阳极板上的液体胶粘剂上之前，所述制备方法还包括：选择橡胶混炼胶，并将其制成所述橡胶生胶片；对所述橡胶生胶片进行切割，以使所述橡胶生胶片与所述气腔侧的所述密封槽相匹配。
在本方案中，采用上述结构形式，利用了橡胶混炼胶压缩永久变形好的特点，确保了整个电堆密封可靠性。
较佳地，步骤对阳极板水腔侧的密封槽进行注胶或点胶形成水腔密封胶线，包括：在所述阳极板水腔侧的所述密封槽位置对橡胶进行注胶或点胶；对注胶或点胶后的橡胶进行加热，以使所述橡胶固化形成所述水腔密封胶线。
较佳地，步骤对所述橡胶进行加热使所述橡胶固化形成所述水腔密封胶线中的加热温度为150℃。
较佳地，步骤对所述橡胶进行加热使所述橡胶固化形成所述水腔密封胶线中的加热时间为5min-60min。
较佳地，步骤通过固化完成单电池的组装，包括：按照阴极板、限位板、膜电极、限位板、阳极板的顺序平铺在单电池模具中；通过橡胶硫化工艺对所述单电池模具进行硫化成型；取出所述限位板，完成所述单电池的组装。
较佳地，步骤通过所述橡胶硫化工艺对所述单电池模具进行硫化成型，包括：对所述单电池模具中所述水腔密封胶线位置设置加热区域；对所述单电池模具中质子交换位置设置冷区区域。
较佳地，步骤对所述单电池模具中所述水腔密封胶线位置设置加热区域中的压力为0.5MPA-2MPA，温度为90℃-150℃，加热固化时间为5min-30min。
较佳地，步骤对所述单电池模具中所述质子交换位置设置冷区区域中的温度为50℃以下。
本发明的积极进步效果在于：
水腔采用橡胶密封方式，防止金属板在焊接过程中出现腐蚀；气腔采用粘结密封的方式，避免了胶线滑移和漏气风险，提高了气腔的密封性。采用上述结构形式，可以通过密封胶线的厚度公差填补了极板密封槽的加工误差，使碳纸和反应区流道完全全部接触，彻底减少堆内的接触电阻，并且可以通过控制限位板的厚度来改变密封胶线的厚度，来达到整个电堆理想的接触电阻。
附图说明
图1为本发明实施例中的燃料电池单电池的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本实施例公开了一种燃料电池单电池的制备方法，用于解决装配过程及后期使用过程中密封胶线不易与双极板粘结，而易滑动错位，并且胶线尺寸不均一、容易密封失效，进而影响了电堆气密特性的问题。
如图1所示，制备方法包括：
步骤S1、在阳极板水腔侧的密封槽位置进行注胶或点胶方式形成水腔密封胶线；具体地，水腔侧密封槽采用橡胶密封方式，避免了金属板在焊接过程中出现腐蚀现象。
步骤S2、将液体胶粘剂涂抹于阴极板气腔侧的密封槽内和阳极板气腔侧的密封槽内，并将橡胶生胶片分别放置于阴极板和阳极板上的液体胶粘剂上；具体地，气腔侧的密封槽采用粘结密封的方式，避免了胶线滑移和漏气风险，密封可靠性提高。
在具体使用时，胶黏剂的种类主要是丙烯酸类或环氧类橡胶混炼胶专用胶黏剂。
步骤S3、将限位板分别放置于阳极板和膜电极之间以及阴极板和膜电极之间；具体地，气腔密封胶线在模压过程中先采用一定厚度的限位板放置于阳极板和膜电极边框，或阴极板和膜电极边框之间的缝隙中，确保得到需要的密封胶线的厚度。在制备过程中可以根据控制限位板的厚度来改变密封胶线的厚度；对于不同的单电池来说，可以根据电池性能调整密封胶线的厚度；对批量生产来说，可以根据密封胶线要达到的理想厚度来快速调整限位板的厚度，适合前期开发阶段使用，也可以实现批量生产。
步骤S4、在膜电极与橡胶生胶片对应位置涂抹液体胶粘剂；具体地，上述结构形式保证了固化后膜电极和橡胶生胶片可以实现粘合。
在具体使用时，胶黏剂的种类主要是丙烯酸类或环氧类橡胶混炼胶专用胶黏剂。
步骤S5、通过固化完成单电池的组装。
采用上述结构形式，可以通过密封胶线的厚度公差填补了极板密封槽的加工误差，使碳纸和反应区流道完全全部接触，彻底减少堆内的接触电阻。上述结构形式也可以通过密封胶线的厚度公差来弥补阴极板或阳极板加工过程中自身不够平整的曲线，使得使气体扩散层和反应区能够充分接触，电堆内的接触电阻能达到最优化。同时生产工艺简单，模具生产成本低，能够灵活解决电堆在前期厚度匹配问题，为后期的大批量单电池生产提供了一种可实施的制造。
在具体使用时，步骤S3需要在步骤S4之前，但步骤S3与步骤S1和步骤S2的顺序不限于本实施例中的顺序。即，在其他实施例中，步骤S3也可以在步骤S1或步骤S2之前。
步骤S3之前，制备方法还包括：
选择薄片；具体地，薄片的厚度为0.1-1mm，其材质为不锈钢。在其他实施例中，薄片的材质可以为其他类型，在此不做限制，另外薄片的厚度可以根据所要达到的理想密封胶线的厚度与限位板厚度之间的对应关系进行选择。
将薄片制成和膜电极边框相匹配的所述限位板。采用上述结构形式，具有生产工艺简单，生产成本低，能够灵活匹配电堆前期厚度，从而确保密封胶线可以达到理想厚度。
步骤S2之前，制备方法还包括：
选择橡胶混炼胶，并将其制成所述橡胶生胶片；具体地，选择硬度为30-65A，压缩永久变形＜10％橡胶混炼胶，制成一定0.2-1mm的橡胶生胶片，而橡胶混炼胶包括硅橡胶、EPDM橡胶、氟橡胶等。
对所述橡胶生胶片进行切割，以使所述橡胶生胶片与所述气腔侧的所述密封槽相匹配。
采用上述结构形式，利用了混炼胶压缩永久变形好的特点，确保了整个电堆密封可靠性。
步骤S1包括：
步骤S11、在阳极板水腔侧的密封槽位置对橡胶进行注胶或点胶；
步骤S12、对注胶或点胶后的橡胶进行加热，以使橡胶固化形成水腔密封胶线。其中加热温度为150℃，加热时间为5min-60min。
步骤S5包括：
步骤S51、按照阴极板、限位板、膜电极、限位板、阳极板的顺序平铺在单电池模具中；
步骤S52、通过橡胶硫化工艺对所述单电池模具进行硫化成型；具体地，对单电池模具中水腔密封胶线位置设置加热区域，并且加热区域中的压力为0.5MPA-2MPA，温度为90℃-150℃，加热固化时间为5min-30min；对单电池模具中质子交换位置设置冷区区域，并且冷区区域中的温度为50℃以下。采用上述结构形式，避免了质子交换膜因温度过高而受损。
步骤S53、取出限位板，完成所述单电池的组装。
在具体实施时，上述结构形式避免了膜电极在拆卸和装配过程中受到污染和物理机械损伤，并且边角料可回收，减少材料浪费，有效控制材料成本，电堆的装配模块化、拆卸更换更便捷，效率更高，更适合大批量生产，使得整个堆的生产成本降低。
实施例1
选择粘度为10*104mPa.S@25℃的双组分注射用液体硅橡胶，例如瓦克胶在阳极板的水腔侧密封槽位置进行注射工艺，在150℃下加热5min使硅胶固化，形成水腔水腔密封胶线；
选择硬度为30-65A，压缩永久变形为7％的EPDM橡胶混炼胶，制成0.5mm厚度的橡胶生胶片，并切成所需要的密封形状，备用；
选择0.5mm厚度的不锈钢薄片，制成和膜电极边框形状类似的限位板，使不锈钢薄片放置于膜电极边框两侧；
选择和EPDM橡胶混炼胶相匹配的乐泰丙烯酸类胶黏剂分别涂在阴阳单极板气腔侧的密封槽内，及膜电极边框上相应的密封位置；
按照阴极板、限位板、膜电极、限位板、阳极板的顺序平铺在单电池模具中；
该单电池模具密封胶线相关位置设置加热区域，质子交换相关区域设置冷却区域，在压力为1MPA，温度为120℃下加热固化20min；冷却区域温度设置在45℃；
抽出不锈钢限位板，单电池组装完成。
实施例2
选择硬度为35A，压缩永久变形为9％的三键胶进行点胶工艺，在150℃下加热30min使橡胶固化，形成水腔水腔密封胶线；
选择硬度为55A，压缩永久变形为10％的氟橡胶橡胶混炼胶，制成0.8mm左右厚度的橡胶生胶片，并切成所需要的密封形状，备用；
选择0.8mm厚度的不锈钢薄片，制成和膜电极边框形状类似的限位板，使不锈钢薄片放置于膜电极边框两侧；
选择和EPDM橡胶混炼胶相匹配的丙烯酸类胶黏剂分别涂在阴阳单极板气腔侧的密封槽内，及膜电极边框上相应的密封位置；
按照阴极板、限位板、膜电极、限位板、阳极板的顺序平铺在单电池模具中；
该模具密封胶线相关位置设置加热区域，质子交换相关区域设置冷却区域，在压力为1.5MPA，温度为130℃下加热固化30min；冷却区域温度设置在45℃；
抽出不锈钢限位板，单电池组装完成。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种燃料电池单电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
在阳极板水腔侧的密封槽位置进行注胶或点胶方式形成水腔密封胶线；
将液体胶粘剂涂抹于阴极板气腔侧的密封槽内和阳极板气腔侧的密封槽内，并将橡胶生胶片分别放置于阴极板和阳极板上的液体胶粘剂上；
将限位板分别放置于所述阳极板和膜电极之间以及所述阴极板和膜电极之间；
在膜电极与所述橡胶生胶片对应位置涂抹液体胶粘剂；
通过加热固化完成单电池的组装；
步骤将限位板分别放置于所述阳极板和膜电极之间以及所述阴极板和膜电极之间之前，所述制备方法还包括：
选择薄片；
将所述薄片制成和所述膜电极边框相匹配的所述限位板；
步骤通过固化完成单电池的组装，包括：
按照阴极板、限位板、膜电极、限位板、阳极板的顺序平铺在单电池模具中；
通过橡胶硫化工艺对所述单电池模具进行硫化成型；
取出所述限位板，完成所述单电池的组装。
2.如权利要求1所述的燃料电池单电池的制备方法，其特征在于，步骤将液体胶粘剂涂抹于阴极板气腔侧的密封槽内和阳极板气腔侧的密封槽内，并将橡胶生胶片分别放置于阴极板和阳极板上的液体胶粘剂上之前，所述制备方法还包括：
选择橡胶混炼胶，并将其制成所述橡胶生胶片；
对所述橡胶生胶片进行切割，以使所述橡胶生胶片与所述气腔侧的所述密封槽相匹配。
3.如权利要求1所述的燃料电池单电池的制备方法，其特征在于，步骤对阳极板水腔侧的密封槽进行注胶或点胶形成水腔密封胶线，包括：
在所述阳极板水腔侧的所述密封槽位置对橡胶进行注胶或点胶；
对注胶或点胶后的橡胶进行加热，以使所述橡胶固化形成所述水腔密封胶线。
4.如权利要求3所述的燃料电池单电池的制备方法，其特征在于，步骤对所述橡胶进行加热使所述橡胶固化形成所述水腔密封胶线中的加热温度为150℃。
5.如权利要求4所述的燃料电池单电池的制备方法，其特征在于，步骤对所述橡胶进行加热使所述橡胶固化形成所述水腔密封胶线中的加热时间为5min-60min。
6.如权利要求1所述的燃料电池单电池的制备方法，其特征在于，步骤通过所述橡胶硫化工艺对所述单电池模具进行硫化成型，包括：
对所述单电池模具中所述水腔密封胶线位置设置加热区域；
对所述单电池模具中质子交换位置设置冷区区域。
7.如权利要求6所述的燃料电池单电池的制备方法，其特征在于，步骤对所述单电池模具中所述水腔密封胶线位置设置加热区域中的压力为0.5MPA-2MPA，温度为90℃-150℃，加热固化时间为5min-30min。
8.如权利要求6所述的燃料电池单电池的制备方法，其特征在于，步骤对所述单电池模具中所述质子交换位置设置冷区区域中的温度为50℃以下。
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