[实用新型]非焊接式金属板单电池的密封结构

说明书

本实用新型涉及一种非焊接式金属板单电池的密封结构，包括由阳极板、膜电极和阴极板叠设在一起形成的单电池，空气主通道通过空侧进气涵道，穿过阴极板空侧凸台与阴极流场连通，氢气主通道通过氢侧进气涵道，穿过阳极板氢侧凸台与阳极流场连通；阳极板空侧凸台通过第一通道与阳极板水侧凸台连通，阳、阴极板水侧凸台之间的膜电极边框上开设有第一连通孔，阴极板水侧凸台通过第二通道与阴极板氢侧凸台连通，阳极板空侧凸台、第一通道、阳极板水侧凸台、阴极板水侧凸台、第二通道和阴极板氢侧凸台内通过一体注胶形成密封圈。该密封结构不仅可靠性高，而且生产成本低，生产效率高。

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，具体涉及一种非焊接式金属板单电池的密封结构。

背景技术

氢燃料电池是一种直接将化学能转化成电能的实时发电装置，目前燃料电池在汽车领域已经有了很多成功的示范案例。相对于储能电池，燃料电池具有功率密度高、续航里程长、能量补充快、衰减小、低温性能好等显著特点。当下氢燃料电池技术路线主要分为石墨双极板和金属双极板两种。金属双极板的重量轻、强度好、体积小、冷启动因热容小而表现非常好，且批量生产的成本更低，因此在乘用车领域倍受青睐。

双极板是燃料电池电堆的核心部件，对电堆的性能和成本有着决定性的影响。双极板的主要作用是通过表面的流场运输气体，收集、传导反应产生的电流、热量和水。传统的金属双极板是将阴极流场板与阳极流场板通过激光焊接的方式加工成为一个整体。激光焊接的作用一是将两片单极板焊接成双极板传递电流，二是通过激光焊接来实现三种介质间的两两隔绝。单极的流场板大都为钛或不 SUS316L材质，厚度普遍为0.1mm或者是更薄，在焊接过程中容易出现焊穿、烧蚀、焊渣飞溅、虚焊、气孔等缺陷而导致产品报废。焊接后的双极板可能会出现翘曲、贴合不良或错位等现象，给双极板的密封圈带来很大的挑战，严重地影响燃料电池长时间的稳定运行。

双极板的涂层是双极板长期、稳定运行的保证。传统的金属双极板都是在焊接后，采用PVD和CVD的方式，在表面形成一层致密的镀层，这种加工方式成本较高（批量生产时涂层的生产成本占金属板生成成本的20-25%）。为降低燃料电池的成本，国外的一些企业开发了预涂层金属薄板，可进行压型、切割、焊接等工序加工，但涂层在加工过程中，尤其是在焊接环节容易出现不可避免的损伤，影响产品的品质。

现在的金属板燃料电池堆普遍为“半电池结构”，也就是说需要由两块双极板和一片膜电极组成“三明治结构”。与半电池结构相比，单电池结构，即膜电池与两片流场板组成一个独立的单电池，具有如下显著的优点：1）电堆的装配、拆卸和更换更便捷，效率更高，更适合大批量生产；2）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；3）避免了阴、阳极流场受到污染；4）密封可靠性高。

双极板的密封是双极板的技术难点之一，尤其是金属双极板的密封圈性能对燃料电池堆长期运行的可靠性起到了至关重要的作用。现在双极板的密封圈主要有两种加工方式，即模压密封圈后再用胶粘的方式贴合在双极板之上，以及采用点胶的方式在双极板上点胶后再固化成型。

传统的半电池结构每块双极板上都必须贴合密封圈，才能在堆叠时与膜电极边框形成密封而单电池结构只需要在两块极板间贴合一条密封圈即可（即单电池可设计成一面有密封圈，另一面无密封圈），因此密封圈的数量可以减半，降低了生产成本同时提高了生产效率。

如上所述，因为双极板上两面都要贴合密封圈，因此每条密封圈的厚度很薄（一般都低于0.6mm）。若密封圈厚压缩量太小，容易引起密封失效；若密封圈厚压缩量太大则会导致密封圈应力过大，而橡胶的加工特性决定了其厚度会在一定范围内波动，因此密封圈的设计和加工难度很大。

若双极板密封圈采用贴合的方法加工，首先需要在极板上涂粘结胶，还必须用多个工装来保证每个密封圈的位置度，生产效率极低。若不采用工装贴合，一旦密封圈发生错位，就容易导致密封失效。