[发明专利]一种用于燃料电池的组装装置及其组装工艺

说明书

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池的组装装置及其组装工艺。

背景技术

燃料电池是通过电催化反应将氧化剂和还原剂的化学能直接转换成电能的装置，是一种高效、安全、清洁、灵活的新型发电技术。其中的质子交换膜燃料电池因其具有效率高、能量密度大、反应温度低、无噪音、无污染等显著优点而在地面发电站、电动车和便携式电源等方面具有广泛的应用前景。燃料电池内部主要由质子交换膜、电化学反应催化剂、扩散层和双极板组成。当燃料电池工作时，其内部发生下述反应过程：反应气体在扩散层内扩散，当反应气体到达催化层时，在催化层内被催化剂吸附并发生电催化反应；阳极反应生成的质子通过质子交换膜内传递到阴极侧，同氧分子反应结合成水，电子经外电路到达阴极，同时放出热量。电极反应为：

阳极(负极)：H₂→2H⁺+2e

阴极(正极)：1/2O₂+2H⁺+2e→H₂O

电池反应：H₂+1/2O2→H₂O

一般质子交换膜燃料电池堆由石墨板(12)、膜电极、前后端板(11)、电极板组成，石墨板(12)表面涂有密封胶来实现密封，在电堆初次安装时，将所有的零件叠放在一起，然后利用装置施加一定压力，让膜电极表面的扩散层被压缩，从而使石墨板(12)流道更靠近膜电极的催化层，以提高化学反应性能。

在电堆初次压紧的时候，一般不会直接将电堆压缩到膜电极扩散层的最佳厚度，因为石墨板(12)表面的密封胶有一定弹性极限。

在电堆第一次压紧后，需要进行活化，活化时电堆温度在60～65℃,活化完毕后等待电堆温度降至25～30℃,此时，石墨板(12)表面密封胶软化，再次紧固电堆到膜电极扩散层的最佳厚度。

所以一般质子交换膜燃料电池堆有2次紧固，批量生产燃料电池时，都会为燃料电池安装和紧固加工专用的设备，但是在数量少，或者处于研发阶段时，生产专用的设备成本较高，当电堆结构需要变更时，往往设备也需要调整，再次增加了成本。

专利号：200580023038.X所述设备构造复杂，适合批量化生产的产品所使用，不适合研发型的产品，由于研发型产品有很多不确定性，经常需要变更产品结构设计，所以需要一种低成本，使用简便的电堆紧固方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简便灵活，成本低且便于电堆主体的紧固的组装装置及其组装工艺。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于燃料电池的组装装置，包括便于该燃料电池的电堆主体进行电堆活化处理的第一夹具、便于将活化处理后的电堆主体进行压缩的第二夹具、以及用于压缩后的电堆主体紧固的第三夹具，所述第二夹具上设置有便于第一夹具和第三夹具拆卸的通道；

当所述第二夹具与所述电堆主体相配后，所述第一夹具从所述通道内拆出；

当所述第三夹具与所述电堆主体相配后，所述第二夹具从所述电堆主体拆除。

其中，所述电堆主体由后端板、石墨板、膜电极组合体以及前端板依次叠加组合而成，所述后端板和石墨板之间设置有正电极，所述前端板与所述膜电极组合体之间设置有负电极。

其中，所述第一夹具包括分别与所述后端板和所述前端板上的固定槽相配合的后卡箍和前卡箍，所述后卡箍和前卡箍分别呈C形设置且两端紧固。

其中，所述第二夹具包括分别夹设在所述电堆主体两侧的后夹板和前夹板，以及用于所述后夹板和前夹板上下两端分别锁紧的螺栓和螺母。

其中，所述后夹板和前夹板上分别贯穿设置有所述通道，所述通道设置为长槽。

其中，所述第三夹具包括用于穿过所述长槽与所述后端板和所述前端板上的固定槽相配合的四边形卡箍，所述四边形卡箍的一侧壁上开设有端口，所述端口的两侧壁通过螺丝紧固。

一种如上述所述一种用于燃料电池的组装装置的组装工艺，包含以下步骤：

S1.将所述第一夹具与组装后的电堆主体的固定槽相配合并紧固，然后对装配有第一夹具的电堆主体进行活化处理；

S2.取出活化处理后的电堆主体，并与所述第二夹具紧固；

S3.将装配有所述第二夹具的电堆主体上的第一夹具拆除；

S4.将第三夹具与步骤3中的电堆主体紧固，并拆下所述第二夹具，完成电堆主体的装配。

其中，所述第二夹具安装时，所述电堆主体的内部温度设置为20度至35度。