一种空冷燃料电池制造方法与流程

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种空冷燃料电池制造方法。

背景技术：

1、面对化石燃料资源逐渐枯竭以及价格波动的风险，寻求可替代能源成为了必然趋势。氢能作为一种清洁、高效的二次能源，能够通过电解水制取，并且可以利用可再生能源如风能、太阳能等进行大规模生产，有助于构建可持续发展的能源体系。

2、近年来，材料科学、电化学等领域取得了显著进展，为空冷燃料电池的研发提供了坚实的技术基础。例如，新型催化剂、质子交换膜和双极板等关键组件性能不断提升，使得空冷型质子交换膜燃料电池（pemfc）在效率、耐用性和成本方面都有了很大改善。

3、除了传统的交通领域外，空冷燃料电池还适用于无人机、两轮车等小型移动设备以及分布式发电系统中。这些应用不仅要求电池具有较高的能量密度和功率密度，同时也需要简化系统设计以降低成本并提高可靠性。空冷燃料电池以其结构简单、重量轻、无需复杂冷却装置的优势，在这类应用场景中展现出独特魅力。

4、由于空冷燃料电池阴极侧的栅格结构，导致部分区域悬空从而使膜电极边框未充分受力。为了实现密封效果，现有技术方案都是在水冷燃料电池的基础上，增加结构或者工序实现空冷燃料电池的密封。详细可分为以下三类：

5、一类是普通在阴极添加承压结构（如图1所示）（例如贴加厚的硬塑料条、钢条等）承受压力，此方法工艺复杂，贴合精度要求高，且贴片阻碍了气体流动，对性能影响较大；

6、第二类做封闭式的阴极设计（如图2所示），即两片极板贴合，使得中间的空气流道形成一个封闭的结构。原有的栅格结构被独立开来，不再影响气密性。此类方法相当于多加工一块极板，并且多出一道贴合工序，增加了物料成本和制造成本；

7、第三类加厚边框，增大悬空处的密封圈压力，此方法对膜电极密封要求高，且厚边框更易损伤质子交换膜和气体扩散层结构。

8、上述三种方法为了达到密封效果，部分放弃了部分成本和工艺便捷性，部分放弃了电堆性能。本质还是利用密封圈的弹力密封。

技术实现思路

1、本发明针对空冷燃料电池的特点，即针对阴极侧低空气压力的大栅格结构和阳极侧较高氢气压力的小栅格结构，提供了一种阳极利用密封剂的拉力密封，阴极利用密封圈弹力密封的方法。

2、本发明技术方案如下。

3、一种空冷燃料电池制造方法，阳极利用密封剂的拉力密封，阴极利用密封圈弹力密封，包括如下步骤：使用高粘性的树脂在阳极侧密封圈处粘接膜电极和极板，即主要利用密封剂的粘性密封；所述树脂包括聚烯烃类密封剂、热固型环氧树脂、热固型酚醛树脂、热熔胶、三元乙丙橡胶或硅橡胶；

4、对于阴极侧密封圈，由于阳极流道的致密性，使用弹力密封；即在阴极密封槽成型密封胶圈，并利用电堆的装配压力达到密封效果；

5、阳极流道的槽宽小于0.5mm，且孔隙率小于50%；

6、阳极侧流道对应密封区域，阴极侧对应区域为平面结构。

7、具体包括如下步骤：

8、（1）准备空冷极板、膜电极、阳极尾板和阴极尾板；

9、（2）在空冷极板的阳极侧密封圈处成型树脂；成型方式包括喷涂、点胶、丝印或高压注射成型；

10、（3）成型后将膜电极贴在极板阳极侧，并使用预压工装压紧；

11、（4）将工装与极板、膜电极置于100-150℃烤箱内，高温固化1-2h，制成单电池；然后取出单电池，静置冷却至室温；

12、（5）在单电池阴极侧密封圈处点胶成型热固型单组分液态硅胶，将单电池置于120-160℃烤箱内固化1-3h，取出单电池，将制好的单电池堆叠，并添加围板集流板、端板等结构组成空冷燃料电池电堆；

13、（6）给电堆提供压力并锁紧，保持电堆装堆力为10000n，制成空冷燃料电池电堆。

14、上述方法中，步骤（1）中，所述空冷极板的数量为9-59片，所述膜电极的数量为10-60片，膜电极数量需比双极板数量多1片，所述阴极尾板和阳极尾板的数量均为1；所述空冷极板的尺寸为：长150-250mm，宽40-80mm，厚度2.5-5mm，所述膜电极活性面积为30-190cm2。

15、上述方法中，步骤（3）中，所述工装与极板、膜电极接触面为平面，压紧力为500-10000n。

16、与现有技术相比，本发明的优势为：

17、相对于现有技术第一类方法，本发明减少了结构，简化了空冷燃料电池的制备工艺，同时减少了承压结构对空气流的扰动，有利于提升电堆性能；相比于现有技术第二类方法，本发明减少了一块双极板的加工，节约了物料成本和制造成本；相较于现有技术第三类方法，本发明可以采用更薄的膜电极边框，从而提升电堆的性能和耐久性。

1.一种空冷燃料电池制造方法，其特征在于，阳极利用密封剂的拉力密封，阴极利用密封圈弹力密封，包括如下步骤：使用高粘性的树脂在阳极侧密封圈处粘接膜电极和极板，即主要利用密封剂的粘性密封；所述树脂包括聚烯烃类密封剂、热固型环氧树脂、热固型酚醛树脂、热熔胶、三元乙丙橡胶或硅橡胶；

2.如权利要求1所述一种空冷燃料电池制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.如权利要求2所述所述一种空冷燃料电池制造方法，其特征在于，步骤（1）中，所述空冷极板的数量为9-59片，所述膜电极的数量为10-60片，膜电极数量需比双极板数量多1片。

4.如权利要求2所述所述一种空冷燃料电池制造方法，其特征在于，步骤（1）中，所述阴极尾板和阳极尾板的数量均为1。

5.如权利要求2所述所述一种空冷燃料电池制造方法，其特征在于，步骤（1）中，所述空冷极板的尺寸为：长150-250mm，宽40-80mm，厚度2.5-5mm。

6.如权利要求2所述所述一种空冷燃料电池制造方法，其特征在于，步骤（1）中，所述膜电极活性面积为30-190cm2。

7.如权利要求2所述所述一种空冷燃料电池制造方法，其特征在于，步骤（3）中，所述工装与极板、膜电极接触面为平面，压紧力为500-10000n。