[发明专利]一种质子交换膜燃料电池单体电池及其电堆的制造方法

说明书

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池单体电池及其电堆的制造方法。本发明包括以下步骤：（1）准备流道隔离板；（2）将阳极气体扩散层、阴极气体扩散层、催化剂涂覆膜的外周边施上液态胶黏剂，将三者贴合在一起，密封封装，形成无加强边框的MEA；（3）将封装好的无加强边框的MEA贴合到流道隔离板的一侧，密封封装形成单体电池；（4）在流道隔离板无MEA的一侧贴上密封垫或密封圈；（5）多个单体电池叠加形成电堆。本发明的膜‑电极‑气体扩散层组件通过胶黏剂固定在流道隔离板上，能够解决燃料电池组堆过程中MEA与流道隔离板的错位问题，提高电堆一致性，减少MEA护边在电堆内长时间工作开裂问题，保证电堆性能稳定。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池单体电池及其电堆的制造方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池为多层结构，每一层中均包含能够独立进行电化学反应的物质输送流道，为了防止反应物氢气、空气及冷却液泄露，层与层之间设计有相应的密封结构，密封结构的可靠性直接决定了燃料电池的使用寿命。

燃料电池电堆是由多个电池单元以串联方式层叠组合而成。电池单元电极连接时，必须要有严格的密封，密封不良会导致氢气泄露，降低氢的使用率，影响燃料电池的效率，严重时会导致电池无法工作，影响电池寿命。高压高功率密度燃料电池具有产气压力大的特点，因此对气体密封的要求更为严格。随着燃料电池技术的发展，燃料电池的功率越来越大，组成燃料电池电堆的单电池数量也越来越多，目前大功率电堆的单电池数量在200片以上，有的甚至达到500片，随着单电池的数量越来越多，对电堆组装与一致性要求也越来越高，而电堆组装的一致性是否良好决定了电堆的性能。组装良好的电堆才能最大发挥部件性能，而且一致性好的电堆可以在大电流密度下工作，有利于提高电堆的功率密度。

传统的电池单元由独立膜-电极-气体扩散层组件（MEA）和双极板组成，采用预制成形（密封垫片）密封（在双极板上安装橡胶密封垫片并与膜电极组边框进行挤压密封），如附图1放大部分所示：其中PEM将延伸出来并通过粘接剂与边框粘接，形成带有加强边框的膜-电极-气体扩散层组件（MEA）。密封垫片安装在流道隔离板上，通过流道隔离板挤压边框形成接触密封。由于两次面需要对称挤压，形成对称的载荷，否则边框容易产生变形，进而影响气密性和发电效率。随着电堆中电池单元数量的增加，对电堆组装难度和一致性提出了更高的要求。

传统的电堆组装过程通常是在压力机上进行的，一般是依据一定的组装顺序及定位方法，把一片带有加强边框的膜-电极-气体扩散层组件（MEA）与一片流道隔离板间隔交替摞装起来并附以集流板、端板，通过紧固装置固定形成一个完整的电堆。在组装过程中，电堆组装要保证电堆密封性，而电堆的密封是通过附加在流道隔离板橡胶密封条和MEA的护边密封实现的，这要求上下两块流道隔离板上的密封圈严格对正，偏差小于0.01mm，这既对燃料电池电堆的零部件如流道隔离板、密封圈、带有加强边框的膜-电极-气体扩散层组件（MEA）加工精度控制，也对电堆的装配精度提出严格的要求，既要保证带有加强边框的膜-电极-气体扩散层组件（MEA）与双极板界面的良好接触，又要防止带有加强边框的膜-电极-气体扩散层组件（MEA） 与双极板之间过压，造成气体扩散层塌陷，影响电池性能和寿命。这样在电堆设计阶段要考虑电堆密封元件形变与带有加强边框的膜-电极-气体扩散层组件（MEA）形变的匹配，通过控制电堆高度定量双极板向膜电极扩散层中嵌入深度，并同时使密封元件达到预定的变形量，没有防过压设计，在电堆组装过程中经常出现由于电堆部件由于部件加工误差而出现过压现象，电堆组装品质难以控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种质子交换膜燃料电池单体电池及其电堆的制造方法。本发明的膜-电极-气体扩散层组件通过胶黏剂固定在流道隔离板上，能够解决在燃料电池组堆过程中膜-电极-气体扩散层组件（MEA）与流道隔离板的错位问题，提高电堆一致性，并解决MEA护边在电堆内长时间工作开裂问题，保证电堆性能稳定。MEA结合到流道隔离板上，组成单体电池，解决电堆组装与一致性以及密封问题。