一種燃料電池膜電極熱壓模具的制作方法

本實用新型涉及一種燃料電池膜電極熱壓模具，屬于燃料電池膜電極技術領域。

背景技術：

燃料電池(Fuel Cell)是一種能量轉化裝置，它能夠將儲存在燃料中的化學能直接轉化為電能，且不受熱力學卡諾循環的限制，實際能源轉化效率接近60％，是內燃機效率的兩倍。同時燃料電池還具有能量密度大、環境友好、低噪音、安全性強、負荷響應快、燃料利用率高、可迅速補充燃料、續航時間長、試用范圍廣等優點，被廣泛用于中小型發電站、便攜式通訊電源、家庭式熱電聯供裝置、野外無人區檢測電源，同時還可以作為民用轎車、航空航天、潛艇等動力電源，被認為最具有潛力的能源轉換裝置。MEA(Membrane Electrode Assembly)又稱為膜電極，是燃料電池的心臟，由CCM(催化劑涂層膜)與陰/陽極擴散層三部分組成，擴散層起到水管理、物料的分配、傳遞電子等作用，CCM是電化學反應的主要場所，涉及反應的發生和生成物的傳遞及排放等問題。MEA作為燃料電池電化學反應的基本單元，它的設計和制備首先要遵循燃料電池電化學反應的基本原理和特性，并且與燃料電池最終的使用條件、經濟效益及制備工藝等等相結合來綜合考慮。不同工藝也將決定了燃料電池的工作性能、使用壽命、配套設施等等一系列至關重要的問題。

公開號為：1689181，公開日為：2005-10-26，實用新型名稱為：用于簡化制造具有薄膜材料裝置的夾具和方法，利用兩層帶孔的平板來定位擴散層、離子交換膜熱溶或壓合到一起的一種薄膜,薄膜上開有比擴散層略小的孔，但這種利用薄膜上的孔來定位擴散層的方法由于膜本身容易變形而并不可靠和精確,擴散層又完全覆蓋在薄膜上熱壓時很容易滑動，造成陰/陽極擴散層，CCM結合并不緊密，而三者的接觸電阻對電池的放電性能有極大的影響。

公開號為：1653639，公開日為：2005-08-10，實用新型名稱為：用于使燃料電池部件脫離壓合夾具的裝置和方法，利用機械結構輪流穩定壓合上下模板,并用模板上的微孔對膜電極上下表面施加壓力和抽真空使得膜電極脫離上下壓合模板,然后移離上模板,從下模板取出膜電極，但是這種方法工藝操作復雜，機械精度要求高，降低了工作效率。

公開號為：101183717，公開日為：2008-05-21，實用新型名稱為：一種用于熱壓制備燃料電池膜電極的壓合模具裝置，本實用新型膜電極各個組件可以準確定位，并且通過彈開彈簧可以將上下壓板自動彈開，通過內置的溫度探頭可以很好的檢測熱壓溫度的變化。但是缺點在于結構復雜，彈簧彈開壓板難以控制，面對不同尺寸的膜電極需要更換不同的模頭，降低生產速率。

技術實現要素：

針對現有技術存在的不足，本實用新型目的是提供一種高效的、能夠準確定位的、適用于多尺寸的燃料電池膜電極熱壓模具。

為了實現上述目的，本實用新型是通過如下的技術方案來實現：

本實用新型的一種燃料電池膜電極熱壓模具，包括上模板、與上模板結構相同的下模板和用于將上模板與下模板合在一起的緊固裝置；上模板及下模板從內到外依次均包括平板中心開有槽的開槽平板、平板塞和尺寸與槽的尺寸相對應用于蓋住槽的蓋板；開槽平板的四周設有邊框，所述槽的區域內設有多個等間距的吸附孔，在所述槽的邊框正面刻有用于確定膜電極三維空間位置的長度標尺；所述邊框側面開有用于連接真空泵轉接頭的孔；平板塞上設有多個與吸附孔相對應用于堵住吸附孔的圓柱體。

上述真空泵轉接頭通過快插接頭與PTFE硬管相連接，所述PTFE硬管與真空泵相連接。

上述蓋板的四周設有密封橡膠墊。

上述蓋板的內部開有多條通氣溝壑。

上述開槽平板的厚度為10-20mm，邊框外尺寸為300mm*300mm-500mm*500mm，所述槽的尺寸為250mm*250mm-450mm*450mm，所述邊框的厚度為50mm-100mm，所述長度標尺為300mm-500mm，所述吸附孔的面積為250mm*250mm-450mm*450mm。

每個所述吸附孔的直徑為2-10mm，吸附孔的深度為5-10mm，相鄰兩個吸附孔圓心間距為4-15mm。

每一個獨立的所述平板塞的邊界離最外側的圓柱體圓心距離為2-15mm；所述平板塞的尺寸為250mm*250mm-450mm*450mm，平板塞的厚度為2-5mm，圓柱體的高度均與吸附孔深度一致。

上述蓋板的尺寸為250mm*250mm-450mm*450mm，蓋板的厚度為5-13mm。

本實用新型吸附孔的直徑以及間距足夠小，類似于像素點陣，利用吸附孔來定位膜電極各個組件的空間位置，并且利用真空吸附，保證各個組件不會輕易的挪動，對大面積及形狀迥異的膜電極的定位尤為的重要，并且結構簡單，操作容易，很適合大量快捷的生產。

附圖說明

圖1為本實用新型的一種燃料電池膜電極熱壓模具整體結構示意圖；

圖2為圖1中A的局部放大圖；

圖3為圖1中B的局部放大圖；

圖4為開槽平板正面示意圖；

圖5為開槽平板反面示意圖；

圖6為平板塞正面示意圖；

圖7為平板塞反面示意圖；

圖8為蓋板正面示意圖；

圖9為蓋板反面示意圖；

圖中各部件的標號如下：固定螺桿1-1、鎖緊螺帽1-2、開槽平板2、邊框2-1、吸附孔2-2、快插接頭2-3、槽2-4、平板塞3、圓柱體3-1、蓋板4、密封橡膠墊4-1、通氣溝壑4-2。

具體實施方式

為使本實用新型實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本實用新型。

本實用新型涉及的具體熱壓模具是指具有一定厚度并且開槽2-4的平板，槽2-4內開有一定尺寸和數量的吸附孔2-2，在槽2-4的邊界處刻有標尺用以確定膜電極的三維空間位置；為了堵住吸附孔2-2的平板塞3；為了形成吸附空腔及提供熱壓平面的蓋板4，具體的案例實施如下。

一、開槽平板2的具體尺寸、參數及作用：開槽平板2厚度15mm，外框尺寸400mm*400mm，槽2-4的尺寸需小于外框尺寸，本實用新型采用350mm*350mm，則邊框2-1尺寸為50mm寬刻有300mm的長度標尺精度為1mm，在槽2-4內開有等間距吸附孔2-2，吸附孔2-2的面積本實用新型采用300mm*300mm，吸附孔2-2的直徑2mm，孔的圓心間距4mm，孔深度5mm，在邊框2-1的側面開有連接真空泵的轉接頭的孔，轉接頭用快插接頭2-3連接PTFE硬管再連接到真空泵。

二、平板塞3的具體尺寸和參數及作用：平板塞3在本實用新型主要有兩個作用，1、在吸附擴散層時起到堵塞其它多余孔增加束縛力，2、在熱壓時堵塞膜電極部分的孔，起到對膜電極的保護作用。平板塞3的尺寸可以任意調節但是不大于吸附孔2-2的面積，本實用新型采用300mm*300mm大小的平板塞3，平板塞3是指在厚度2mm的平板上帶有等間距的圓柱體3-1，圓柱體3-1的底面直徑，間距，高度需要與吸附孔2-2對應，必須保證平板塞3可以完全的插入孔內，本實施例采用的圓柱體3-1底部直徑為1.95mm(小于孔的2mm)，圓柱體3-1圓心間距為4mm，圓柱體3-1高度為5mm(與孔深度相同)，每一個獨立的平板塞3的邊界處離最外側的圓柱體3-1的圓心距離為2mm，這樣可以保證兩個平板塞3連接部分可以保證無縫連接。

三、蓋板43的具體參數和尺寸及作用：蓋板4的作用在本實用新型主要有兩個，1、在吸附擴散層時與開槽平板2一起形成吸附空腔，2、在熱壓膜電極時起到固定平板塞3的作用，其尺寸需要與開槽薄板槽的尺寸對應，使得蓋板4可以完全蓋住槽2-4，本實用新型采用尺寸為345mm*345mm，厚度為6mm，并且需要在蓋板4邊緣鋪有一個寬為30mm的高2-3mm的密封橡膠墊4-1(自身彈性導致其高度可以稍微高一點)，在蓋板4的內部開有通氣溝壑4-2，脊高2mm(蓋板6mm+脊高2mm+平板塞厚2mm+吸附孔2-2深5mm應等于15mm--平板厚度)，脊寬10mm，脊長300mm。

實驗時具體的熱壓方法如下：(1)確定熱壓的膜電極尺寸，用蓋板4將槽2-4蓋起來形成吸附空腔，翻轉合體(蓋的動作是將蓋板(4)拿起來向下蓋住槽，此時吸附功能面在下方，需要將二者的合體翻轉過來使得吸附孔向上，這時候才能鋪碳紙<按照坐標定位>)，使吸附孔2-2朝上，將擴散層放置吸附孔2-2上，確定放置坐標(一般的我們用平面系坐標[x,y]定位擴散層的兩個對角或者其他有效位置)，開啟真空泵，將擴散層固定，然后將密封后的CCM(催化劑涂層膜)繼續放置，確定放置坐標(定位與擴散層一樣)，保證擴散層與CCM中的有效面積(含有催化劑的部分，此部分起到催化氣體反應物的作用，需要和碳紙(擴散層)對應)重合；(2)取另外一個相同結構的夾具(或稱為下模具)，將擴散層放置在與步驟(1)中擴散層相同坐標上，開真空吸附住；然后將步驟(1)、(2)的夾具合起來，用固定螺桿1-1通過模具四個角的定位孔定位，保證上下模具(即燃料電池的陰陽極擴散層)在同一空間位置上，通過鎖緊螺帽1-2鎖緊四個定位孔的固定螺桿1-1；(4)關閉真空泵，將上下兩個模具的蓋板4拿開，用平板塞3將吸附孔2-2蓋住(防止熱壓是孔部分不受壓力導致的擴散層結構破壞)，蓋上蓋板4，去掉固定螺桿1-1，將上述構成的平板模具拿到熱壓機上熱壓即可。

以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。