專利名稱：一種燃料電池的制作方法
技術領域：
本發明涉及燃料電池技術領域，尤其涉及一種燃料電池。
背景技術：
直接甲醇質子交換膜燃料電池又稱直接甲醇燃料電池(DMFC)，是一種新型的直接將化學能轉化為電能的裝置。直接甲醇燃料電池由于無轉動部件的內部消耗，不經過燃燒， 能量轉化效率不受卡諾循環控制，因此具有高的能量轉換效率；無硫氧化物和氮氧化物排放，對環境無危害；工作條件溫和，以及體積小、重量輕和安全耐用，適合于移動能源的應用領域，也是理想的動力電源。直接甲醇燃料電池的核心部件是膜電極，由質子交換膜與分布于膜兩側的陰極和陽極構成，有些還包括擴散層和支撐層。由于甲醇、氧氣等物質要在電池工作時通過極板或流場上的通道到達電極，因此需要在極板與膜電極之間進行有效密封，以保障物質的有效傳遞和防止泄漏情況的發生。此外，由于單節電池所能提供的電壓及功率不足，難以滿足使用要求，因此還需要多個電池疊加串聯，在這些串聯的電池之間也需要進行密封處理。現有的密封技術主要有膠密封，即將極板與膜電極利用封裝膠粘結為一體，但封裝膠在電池的長期運行過程中易發生老化或產生氣泡，逐漸失去密封效果。凹槽線封裝，即在極板上設置溝槽，將具有彈性的密封材料灌注于槽內，形成密封條，這種密封方法通常需要將膜電極邊緣進行硬化處理，工藝相對復雜，同時相對極板封條易發生錯位，導致局部密封不嚴。還有一種密封方法是使用可固化密封劑，即首先使用模具將電池的組件如膜電極、 極板等固定好，然后將可固化密封劑灌注到模具中，然后通過光化輻射線照射可固化密封劑形成密封結構，盡管這種方法密封效果好，但工藝復雜，周期長。
發明內容
本發明解決的技術問題在于提供一種燃料電池，通過本發明提供的密封結構，使燃料電池具有很好的密封性，同時燃料電池的密封結構制作工藝簡單、周期短。本發明公開了一種燃料電池，包括依次疊加設置的陽極極板、陽極密封片、膜電極、陰極密封片和陰極極板。優選的，疊加放置的所述陽極極板、陽極密封片、膜電極、陰極密封片和陰極極板通過螺絲貫穿連接。優選的，所述陽極密封片和所述陰極密封片均為框形片。優選的，所述陽極密封片和所述陰極密封片內邊緣距膜電極外邊緣的垂直距離小于 Imnin優選的，所述陽極密封片為硅膠片、氟硅膠片、石墨紙、不銹鋼片和聚四氟乙烯片中的一種或幾種。優選的，所述陽極密封片為硬質密封片/軟質密封片復合結構，所述硬質密封片為不銹鋼片，所述軟質密封片為硅膠片、氟硅膠片、石墨紙或聚四氟乙烯片。
優選的，所述陰極密封片為硅膠片、氟硅膠片、石墨紙、不銹鋼片和聚四氟こ烯片中的ー種或幾種。優選的，所述陰極密封片為硬質密封片/軟質密封片復合結構，所述硬質密封片為不銹鋼片，所述軟質密封片為硅膠片、氟硅膠片、石墨紙或聚四氟こ烯片。優選的，所述陽極極板和所述陰極極板均為石墨板。優選的，所述膜電極包括依次設置的陰極、質子交換膜和陽極。與現有技術相比，本發明提供了ー種燃料電池，包括依次疊加設置的陽極極板、陽極密封片、膜電極、陰極密封片和陰極極板。本發明在陽極極板和膜電極之間，以及陰極極板和膜電極之間分別增設陽極密封片和陰極密封片，上述密封片長期使用過程中不易老化，與其他組件固定后，燃料電池具有很好的密封性；同時燃料電池不必在極板邊緣處設置密封凹槽，制作ェ藝簡單，制作周期短，并且，本發明燃料電池密封片可以重復使用，拆裝方便，適合于批量生產。
圖I為本發明提供的燃料電池的結構示意圖；圖2為本發明膜電極31與陽極密封片21的位置關系3為本發明實施例I制備的燃料電池結構示意圖；圖4為本發明實施例2制備的燃料電池結構示意圖。
具體實施例方式為了進一歩理解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進ー步說明本發明的特征和優點，而不是對本發明權利要求的限制。本發明實施例公開了ー種燃料電池，圖I為本發明提供的燃料電池結構示意圖， 包括依次疊加設置的陽極極板I、陽極密封片2、膜電極3、陰極密封片4和陰極極板5。本領域技術人員可以理解，為了保證甲醇、氧氣、水和ニ氧化碳等反應物和產物順利通過密封片，上述陽極密封片2和上述陰極密封片4需要設有物料通道孔。為了保證密封片牢固的固定于膜電極和極板之間，并且便于拆卸，本發明將上述疊加放置的陽極極板 I、陽極密封片2、膜電極3、陰極密封片4和陰極極板5優選通過螺絲貫穿連接。上述陽極密封片2和陰極密封片4的形狀優選采用框形。上述陽極密封片2優選為硅膠片、氟硅膠片、石墨紙、不銹鋼片和聚四氟こ烯片中的ー種或幾種；上述陰極密封片4優選為硅膠片、氟硅膠片、石墨紙、不銹鋼片和聚四氟こ 烯片中的ー種或幾種。作為優選方案，上述陽極密封片2為軟質密封片/硬質密封片的復合結構，上述硬質密封片為不銹鋼片，上述軟質密封片為硅膠片、氟硅膠片、石墨紙或聚四氟こ烯片。在上述復合結構中，其中作為硬質密封片的不銹鋼片主要起支撐作用，其余軟質密封片具有一定的變形度或弾性，保證了復合密封結構既有一定的強度，又有一定的變形度，從而使燃料電池具有更好的密封性。類似的，上述陰極密封片4也優選采用軟質密封片/硬質密封片的復合結構，上述硬質密封片為不銹鋼，上述軟質密封片為硅膠片、氟硅膠片、石墨紙或聚四氟こ烯片。膜電極是燃料電池工作的重要部件，本發明還優選對陽極密封片2和陰極密封片 4與膜電極3的位置關系進行限定，具體采用如下方案陽極密封片2和陰極密封片4的內邊緣距膜電極3的外邊緣的垂直距離小于1mm。以陽極密封片2為例，如圖2所示，圖2為膜電極31與陽極密封片21的位置關系圖。陽極密封片21的內邊緣b與膜電極31的外邊緣a的垂直距離L小于1mm。這主要是考慮到膜電極集合體應用于電池時，其與甲醇溶液接觸的過程中會發生輕微溶脹，溶脹寬度約為1_，若密封片的內邊緣距膜電極的外邊緣的垂直距離大于1_，就有可能導致膜未被密封片覆蓋，引起膜起褶皺堵塞流場通道或使甲醇透過，從而影響燃料電池的性能。本發明上述陽極極板I和上述陰極極板5均優選為石墨板。作為優選方案，本發明所述膜電極3包括依次設置的陰極、質子交換膜和陽極。上述質子交換膜優選為全氟磺酸膜。上述陰極具體包括依次設置的陰極支撐層、陰極微孔層和陰極催化層；上述陽極具體包括依次設置的陽極支撐層、陽極微孔層和陽極催化層。上述陰極支撐層和陽極支撐層優選為碳紙。本發明提供了ー種燃料電池，包括依次疊加設置的陽極極板、陽極密封片、膜電極、陰極密封片和陰極極板。本發明在陽極極板和膜電極之間，以及陰極極板和膜電極之間分別增設了陽極密封片和陰極密封片，上述密封片長期使用過程中不易老化，密封片與其它組件固定后，燃料電池具有很好的密封性；同時在燃料電池密封時不必在極板邊緣處設置密封凹槽，因此燃料電池的密封結構更加簡單，制作周期更短。為了進一歩理解本發明，下面結合實施例對本發明提供的燃料電池進行詳細介紹，本發明的保護范圍不受以下實施例的限制。實施例I圖3為本實施例制得的燃料電池的結構示意圖，具體制備エ藝如下將不銹鋼密封片7通過硅膠固定于陽極極板6的接觸膜電極側，將硅膠片8置于陽極極板6的不銹鋼密封片7側，將另一不銹鋼密封片7通過硅膠固定于陰極極板11的接觸膜電極側，將石墨紙密封片10置于陰極極板11的不銹鋼密封片7側，將膜電極9置于裝有密封片的陰極極板11和陽極極板6之間，通過螺絲緊壓，達到密封效果。本實施例提供的密封結構包括依次疊加設置的陽極極板6、不銹鋼密封片7、硅膠片8、膜電極9、石墨紙密封片10、不銹鋼密封片7和陰極極板11。實施例2圖4為本實施例制得的燃料電池的結構示意圖，具體制備エ藝如下將氟硅膠密封片13置于陽極極板12 —側，將石墨紙密封片15置于陰極極板16 ー側，將膜電極14置于氟硅膠密封片13和石墨紙密封片15的中間，通過螺絲緊壓，達到密封效果。將多個膜電極與極板密封后串聯形成密封堆。本實施例提供的密封結構包括依次疊加設置的陽極極板12、氟硅膠密封片13、膜電極14、石墨紙密封片15和陰極極板16。以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求
1.一種燃料電池，其特征在于，包括依次疊加設置的陽極極板(I)、陽極密封片(2)、膜電極(3)、陰極密封片(4)和陰極極板(5)。
2.根據權利要求I所述的燃料電池，其特征在于，疊加放置的所述陽極極板(I)、陽極密封片(2)、膜電極(3)、陰極密封片(4)和陰極極板(5)通過螺絲貫穿連接。
3.根據權利要求I所述的燃料電池，其特征在于，所述陽極密封片(2)和所述陰極密封片(4)均為框形片。
4.根據權利要求I所述的燃料電池，其特征在于，所述陽極密封片(2)和所述陰極密封片⑷的內邊緣距所述膜電極⑶的外邊緣的垂直距離均小于1mm。
5.根據權利要求I所述的燃料電池，其特征在于，所述陽極密封片(2)為硅膠片、氟硅膠片、石墨紙、不銹鋼片和聚四氟乙烯片中的一種或幾種。
6.根據權利要求5所述的燃料電池，其特征在于，所述陽極密封片(2)為硬質密封片 /軟質密封片復合結構，所述硬質密封片為不銹鋼片，所述軟質密封片為硅膠片、氟硅膠片、 石墨紙或聚四氟乙烯片。
7.根據權利要求I所述的燃料電池，其特征在于，所述陰極密封片(4)為硅膠片、氟硅膠片、石墨紙、不銹鋼片和聚四氟乙烯片中的一種或幾種。
8.根據權利要求7所述的燃料電池，其特征在于，所述陰極密封片(4)為硬質密封片 /軟質密封片復合結構，所述硬質密封片為不銹鋼片，所述軟質密封片為硅膠片、氟硅膠片、 石墨紙或聚四氟乙烯片。
9.根據權利要求I所述的燃料電池，其特征在于，所述陽極極板(I)和所述陰極極板(5)均為石墨板。
10.根據權利要求I所述的燃料電池，其特征在于，所述膜電極(3)包括依次設置的陰極、質子交換膜和陽極。
全文摘要
本發明提供了一種燃料電池，包括依次疊加設置的陽極極板、陽極密封片、膜電極、陰極密封片和陰極極板。本發明提供了一種燃料電池，本發明在陽極極板和膜電極之間，以及陰極極板和膜電極之間分別增設陽極密封片和陰極密封片，上述密封片長期使用過程中不易老化，密封片與其他組件固定后，燃料電池具有很好的密封性，同時燃料電池密封時不必在極板邊緣處設置密封凹槽，制作過程簡單，制作周期短，并且本發明燃料電池密封片可以重復使用，拆裝方便，適合于批量生產。
文檔編號H01M8/02GK102593492SQ20121005368
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月2日 優先權日2012年3月2日
發明者劉長鵬, 廖建輝, 李晨陽, 梁亮, 蔡衛衛, 邢巍 申請人:中國科學院長春應用化學研究所