專利名稱：外氣囊式勻壓組裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力裝置，特別適合于質(zhì)子交換膜燃料電池的組裝加工。
質(zhì)子交換膜燃料電池在發(fā)電時(shí)無污染、噪音低、具有無腐蝕、啟動(dòng)快、制備容易、維修簡(jiǎn)單、功率密度大、發(fā)電效率高、使用壽命長等許多優(yōu)點(diǎn)。因此，在交通工具、發(fā)電設(shè)備、軍事、潛艇、航天和航空等各個(gè)領(lǐng)域中均有著廣闊的應(yīng)用前景。
質(zhì)子交換膜燃料電池是氣-固反應(yīng)，質(zhì)子交換膜燃料電池電堆通常要有幾十片或上百片的單膜電池串聯(lián)組成。質(zhì)子交換膜燃料電池通常所用的燃料(氫氣和氧氣)若在電堆里泄漏混合后會(huì)造成爆炸的危險(xiǎn)。因此，密封與組裝一直是制備燃料電池電堆(大功率的燃料電池電堆)的關(guān)鍵技術(shù)。
在實(shí)驗(yàn)室里，通常實(shí)驗(yàn)所用的燃料電池的活性面積很小(5-10平方厘米)，并且是單膜電池。傳統(tǒng)的，簡(jiǎn)單的密封與組裝技術(shù)，即在電池端板的四周穿有數(shù)條螺栓，然后用扳手將螺栓上緊就足以解決問題。然而，對(duì)于那些人功率的燃料電池，這種傳統(tǒng)的，簡(jiǎn)單的組裝技術(shù)便會(huì)立刻遇到問題。因?yàn)榇蠊β实娜剂想姵仉姸训幕钚悦娣e通常都在200平方厘米以上，而且電堆一般都是由幾十片或兒百片的單膜電池串聯(lián)組成，簡(jiǎn)單地，機(jī)械地上緊螺栓，極易使氣體導(dǎo)流板或膜電極集合體受力不勻而損壞。因此，目前在國際上對(duì)大功率的燃料電池的電堆，都是使用內(nèi)氣囊組裝法或內(nèi)穿孔組裝法的技術(shù)來密封和組裝的。所謂內(nèi)氣囊法，即在燃料電池的端板內(nèi)放置了一個(gè)氣囊。當(dāng)電池里的膜電極和氣體導(dǎo)流板排列整齊后，將氣囊內(nèi)充入一定量的氣體(氮?dú)?或一定量的液體如水，整個(gè)燃料電池便會(huì)在一定的壓力下組合成一個(gè)整體(電堆)，從而達(dá)到密封與組裝的目的。此法最大的優(yōu)點(diǎn)是使氣體導(dǎo)流板及膜電極表面上的受力均勻。在一般情況下，氣體導(dǎo)流板和膜電極決不會(huì)因受力不勻而損壞。然而此法最大的缺點(diǎn)是使本來已為燃料電池氣瓶(氫氣瓶、氧氣瓶)而傷腦筋的用戶又增添了一道麻煩，即攜帶氮?dú)馄?。此外，氣囊通常是由橡膠制成，在一定的溫度下，隨著時(shí)間的推移橡膠將會(huì)老化、穿孔，從而導(dǎo)致密封的失敗。內(nèi)穿孔組裝法是加拿大巴拉德公司的最新發(fā)明。此組裝法是將緊固燃料電池電堆的螺栓從氣體導(dǎo)流板及膜電極的中間穿過。這樣，在緊固電堆螺栓時(shí)，基本上可以保證電堆里的氣體導(dǎo)流板和膜電極表面上的受力均勻。此法的優(yōu)點(diǎn)足，在基本保證了氣體導(dǎo)流板和膜電極集合體受力均勻的條件下而省去了內(nèi)氣囊組裝法所必需的氮?dú)馄?。然而，將緊固螺栓從電堆的中間穿過，不僅使得氣體導(dǎo)流板和膜電極集合體的設(shè)計(jì)和制備更加復(fù)雜化而且減少了電極應(yīng)有的有效活性面積。
本發(fā)明的目的在于克服上述已知技術(shù)存在的不足，從而提供一種外氣囊式勻壓組裝方法，可保證燃料電池內(nèi)氣體導(dǎo)流板和膜電極受力均勻，簡(jiǎn)化了電池結(jié)構(gòu)，并相應(yīng)增大了電極的有效活性面積。
本發(fā)明的目的足通過如下方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明利用外氣囊、組裝平臺(tái)、電堆兩側(cè)端板、壓板及緊固螺栓，組裝方法如下(1)將電堆的各氣體導(dǎo)流板和膜電極集合體疊放在組裝平臺(tái)上；(2)在電堆端板內(nèi)放置一片橡膠墊，在電堆的堅(jiān)固螺栓上放置彈簧墊圈；(3)平臺(tái)上方的氣囊充入氣體(氮?dú)?，由氣囊下方的活動(dòng)推板將電堆均勻壓緊；(4)均勻緊固電堆兩側(cè)壓板上的螺栓；
(5)排氣并除去氣囊完成組裝。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)增加的外氣囊使組裝時(shí)電堆受力均勻，提高了電池組裝質(zhì)量。與現(xiàn)有的內(nèi)氣囊組裝法相比，省略了電池內(nèi)部氣囊，相應(yīng)縮小了體積，提高了功率密度，杜絕了因氣囊損壞引起的電堆損壞，提高了產(chǎn)品可靠性。與現(xiàn)有的內(nèi)穿孔組裝法相比，螺栓無需從電堆中間穿過，簡(jiǎn)化電池的結(jié)構(gòu)并相應(yīng)增加電池的有效活性面積。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明

圖1是內(nèi)氣囊法組裝2是內(nèi)穿孔組裝結(jié)構(gòu)3是本發(fā)明組裝圖在圖3中(1)壓板；(2)平臺(tái)；(3)氣囊；(4)活動(dòng)推板；(5)管路；(6)電堆。
本發(fā)明工作原理如下組裝設(shè)備由外氣囊及組裝平臺(tái)組成。和內(nèi)氣囊組裝法的設(shè)計(jì)相反，氣囊不是安置在燃料電池內(nèi)而是安置在燃料電池外(組裝平臺(tái)的上方)。和外氣囊組裝法相對(duì)應(yīng)，燃料電池的壓板外端必須設(shè)計(jì)成＂T＂字、＂I＂字或＂U＂字型結(jié)構(gòu)，以便在氣囊的推板壓緊燃料電池電堆后，電堆上的螺栓可以輕松地上緊。同時(shí)在燃料電池的壓板內(nèi)放置一片橡膠墊及在電堆的緊固螺栓上放有多片彈簧圈，以保證電堆的受力得以足夠的均勻緩沖。此組裝法是在燃料電池電堆的氣體導(dǎo)流板和膜電極集體排列整齊后放在組裝平臺(tái)上，然后在組裝平臺(tái)上方的外氣囊充一定量的氣體，如氮?dú)?，氣囊前面的推板即可將電堆均勻地壓緊，然后再將電堆四周的螺栓輕輕上緊(注意，每根螺栓的受力必須相同!)，最后除去氣囊，電堆組裝完畢。當(dāng)電堆的功率不是很大時(shí)，如在2千瓦以下，用比較精密的小型平板壓力機(jī)取代外氣囊也可以達(dá)到類同的效果。顯而易見，采用外氣囊法密封和組裝燃料電池電堆既可以達(dá)到內(nèi)氣囊組裝法的效果又不需要將氣囊安置在電堆內(nèi)；同時(shí)，此法又不需將螺栓從電堆的中間穿過，因而不具有內(nèi)穿孔組裝法的所有缺陷。
權(quán)利要求
一種外氣囊式勻壓組裝方法是采用氣囊式平面壓力裝置對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池電堆進(jìn)行密封組裝，所述加工方法其特征在于(1)將電堆端的各氣體導(dǎo)流板和膜電極集合體疊放在組裝平臺(tái)上；
(2)在電堆端板內(nèi)放置一片橡膠墊，在電堆的堅(jiān)固螺栓上放置彈簧墊圈；
(3)平臺(tái)上方的氣囊充入氣體(氮?dú)?，由氣囊下方的活動(dòng)推板將電堆均勻壓緊；
(4)均勻緊固電堆兩側(cè)壓板上的螺栓；
(5)排氣并除去氣囊，完成組裝。
全文摘要
一種外氣囊式勻壓組裝方法用于質(zhì)子交換膜燃料電池的組裝。在電堆端板內(nèi)放置橡膠墊,并將各氣體導(dǎo)流板和膜電極集合體疊放在組裝平臺(tái)上,向平臺(tái)上方的氣囊內(nèi)充氣,氣囊下方的活動(dòng)推板將電堆均勻壓緊,然后緊固電堆兩側(cè)壓板上的螺栓,排氣后組裝完畢。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)均勻組裝,簡(jiǎn)化了電池內(nèi)部結(jié)構(gòu),增大了電池有效活性面積,提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。
文檔編號(hào)H01M8/00GK1218305SQ9712265
公開日1999年6月2日 申請(qǐng)日期1997年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月24日
發(fā)明者魏金柱 申請(qǐng)人:鐘家輪, 魏金柱