一种氢燃料电池膜电极低温梯度冷压成型装置

本技术涉及膜电极冷压成型的，特别是指一种氢燃料电池膜电极低温梯度冷压成型装置。

背景技术：

1、膜电极在组装和工作过程中，需要精准的压力控制和可靠的密封性能，以保证反应效率和稳定性。

2、但是现有膜电极的加压装置多采用单一压力模式，例如授权公告号为cn219998267u的中国专利，公开了一种氢燃料电池膜电极保压用的压合装置，涉及燃料电池生产技术领域，包括主体机架和冷却流道二，所述主体机架的内部设置有用于冷却的冷却供水组件，所述主体机架顶部表面的两侧安装有导向条，且主体机架顶部的前端安装有限位弹块，所述限位弹块的上方设置有用于推拉的移动组件，且移动组件包括推拉平台板、冷却流道一，所述推拉平台板和冷却流道一，且推拉平台板的内部设置有冷却流道一。

3、上述公开加压装置中的上压板朝向推拉平台板移动实现对膜电极的加压，但是这种膜电极的加压装置只能传递压合机提供的单一压力，而膜电极不同区域的压力需求存在差异，中心反应区需要提供较小压力：减小膜电极与催化层/气体扩散层接触电阻，强化质子、电子传导；边缘过渡区需要提供中等压力：避免气体扩散层过度压实，保障气体扩散，减少局部浓差极化和排水顺畅；边框密封区需要提供较大压力：阻断气体泄漏，固定膜电极各层位置防止层间位移，同时抵消内部压力差异，避免局部应力损伤，保障密封效果与结构稳定。即膜电极的中心反应区、边缘过渡区、边框密封区的压力需求存在差异，而现有的单一压力模式难以满足膜电极不同区域（中心反应区、边缘过渡区、边框密封区）的差异化压力需求。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种氢燃料电池膜电极低温梯度冷压成型装置，解决现有对膜电极的加压装置难以满足膜电极不同区域差异化压力需求的技术问题。

2、本实用新型的技术方案是这样实现的：一种氢燃料电池膜电极低温梯度冷压成型装置，包括基座，所述基座的顶部设有用于对膜电极进行加压的三阶梯度压板，所述基座的顶部设有固定壳体，所述固定壳体上设有升降单元，所述升降单元的一端贯穿伸出固定壳体、另一端与三阶梯度压板连接，所述三阶梯度压板包括活动端板和能够发生不同程度的形变、用于传递不同压力的压板单元，所述基座的顶面为加压底面，压板单元的底面为加压顶面，所述活动端板与升降机构连接，压板单元的顶面和活动端板之间设有用于满足膜电极中心反应区压力需求的第一弹性件、用于满足膜电极边缘过渡区压力需求的第二弹性件和用于满足膜电极边框密封区压力需求的第三弹性件。本技术的冷压成型装置当中采用能够发生不同程度的形变、用于传递不同压力的压板单元，其中压板单元上设有用于满足膜电极中心反应区压力需求的第一弹性件、用于满足膜电极边缘过渡区压力需求的第二弹性件和用于满足膜电极边框密封区压力需求的第三弹性件，通过第一弹性件、第二弹性件和第三弹性件分别对压板单元不同区域施加不同的压力，将不同的压力对应施加到膜电极对应的区域，以实现对膜电极不同区域不同的压力需求，即实现对膜电极中心反应区减小膜电极与催化层/气体扩散层接触电阻，强化质子、电子传导、实现对膜电极边缘过渡区避免气体扩散层过度压实，保障气体扩散，减少局部浓差极化和排水顺畅、实现对膜电极边框密封区阻断气体泄漏，固定膜电极各层位置防止层间位移，同时抵消内部压力差异，避免局部应力损伤，保障密封效果与结构稳定的目的，解决现有对膜电极的加压装置难以满足膜电极不同区域差异化压力需求的技术问题。

3、优选的，所述压板单元包括竖直设置的第一压板、第二压板和第三压板，所述第一压板和第二压板之间设置第二弹性件和第三弹性件，所述第二压板和第三压板之间设置第一弹性件和第三弹性件，第一压板与活动端板之间通过第三弹性件连接。竖直设置的第一压板、第二压板和第三压板极大的降低了压板单元所需要的横向面积，在能够安装上第一弹性件、第二弹性件和第三弹性件的基础上极大的降低压板单元的横向面积，设备体积缩小%，有利于实现设备体积的小型化。

4、优选的，所述第一压板、第二压板和第三压板均是由可以发生不同程度的形变、传递不同压力的软金属材料制成的板。软金属材料制成的第一压板、第二压板和第三压板一方面能够保证第一压板、第二压板和第三压板能够发生不同程度的形变、用于传递不同压力，另一方面保证第一压板、第二压板和第三压板的硬度和使用寿命。其中软金属材料优选为铝材料，因为铝材料制成的第一压板、第二压板和第三压板在保证能够发生不同程度的形变、用于传递不同压力的同时生产成本相对较低。

5、优选的，所述第一弹性件、第二弹性件和第三弹性件均为碟形弹簧。第一弹性件、第二弹性件和第三弹性件均采用碟形弹簧是因为碟形弹簧具有高载荷承受能力、优良的缓冲吸振性能、紧凑的轴向空间占用性能，相比传统螺旋弹簧，碟形弹簧在相同载荷下体积更小，节省安装空间。同时碟形弹簧还可通过对合、叠合或复合不同厚度/片数的方式调整弹簧特性，满足多样化载荷需求。

6、优选的，所述压板单元上对称设置两个第一弹性件、四个第二弹性件和十八个第三弹性件。其中优选的对于膜电极中心反应区均匀分布两个刚度为120n/mm的第一弹性件，对膜电极边缘过渡区均匀分布四个刚度为80n/mm的第二弹性件，对膜电极边框密封区均匀分布十八个刚度为40n/mm的第三弹性件。通过对第一弹性件、第二弹性件和第三弹性件进行对应数量的安装实现对膜电极的分级加压，满足膜电极上各区域的压力需求。通过十八个刚度为40n/mm的第三弹性件提供的较强的压力对膜电极进行密封，以实现阻断气体泄漏，固定膜电极各层位置防止层间位移，同时抵消内部压力差异，避免局部应力损伤，保障密封效果与结构稳定的目的。

7、优选的，所述升降单元包括螺杆，所述螺杆与固定壳体螺纹连接，所述螺杆的一端位于固定壳体的外部、另一端位于固定壳体的内部，位于固定壳体外部的螺杆上连接有转动手柄，位于固定壳体内部的螺杆与活动端板可转动连接。本技术通过转动手柄调整螺杆伸入固定壳体的长度来调整压板单元与基座之间的间距，当螺杆正向旋转伸入固定壳体带动压板单元朝向靠近基座的方向移动，实现压板单元对基座上的膜电极施加压力，当螺杆反向旋转伸出固定壳体带动压板单元朝向远离基座的方向移动，实现压板单元对基座上的膜电极施加压力。

8、其中螺杆与活动端板可转动连接可以是在螺杆的端部焊接上轴承，在活动端板上钻出容纳轴承的腔体，然后将轴承可转动限制在腔体内即可实现螺杆与活动端板的可转动连接。

9、优选的，所述压板单元的中心位置和活动端板的中心位置在一条直线上，螺杆连接在活动端板的中心位置处。螺杆分别与活动端板的中心位置和压板单元的中心位置螺纹连接有利于保证压板单元和活动端板施加压力的稳定性。

10、优选的，所述基座的顶面连接有加压支撑板，所述加压支撑板的中心位置与压板单元的中心位置在一条直线上。加压支撑板的设置是为了支撑进行冷压成型的膜电极，其中加压支撑板的大小和形状均可与膜电极相适配。其中加压支撑板的中心位置与压板单元的中心位置在一条直线上有利于保证施加压力过程中的稳定性。

11、优选的，所述基座的内部设有循环冷却管道，所述循环冷却管道内可设有用于保证加压过程持续低温的冷却液，循环冷却管道位于加压支撑板正下方。高温易导致磺化离聚物热降解、铂基催化剂团聚，进而降低膜电极功率密度与使用寿命，循环冷却管道的设置是为了在加压过程，往循环冷却管道内通入冷却液，通过循环冷却液维持25 ℃±2 ℃的冷压环境，使得膜电极加压的全程都处于不大于27 ℃的低温环境当中，彻底避免热降解与团聚，使用循环冷却管道进行冷却后膜电极功率密度提升不小于12%，同时良品率由传统的60%提升至不小于90%。

12、优选的，所述基座采用6061-t6铝合金材质制成的基座，6061-t6铝合金材质制成的基座平整度较高且耐腐性能较高。其中基座的表面经硬质阳极氧化处理，基座的粗糙度ra≤0.4μm。

13、本实用新型的有益效果：

14、本技术的冷压成型装置当中采用能够发生不同程度的形变、用于传递不同压力的压板单元，其中压板单元上设有用于满足膜电极中心反应区压力需求的第一弹性件、用于满足膜电极边缘过渡区压力需求的第二弹性件和用于满足膜电极边框密封区压力需求的第三弹性件，通过第一弹性件、第二弹性件和第三弹性件分别对压板单元不同区域施加不同的压力，将不同的压力对应施加到膜电极对应的区域，以实现对膜电极不同区域不同的压力需求，即实现对膜电极中心反应区减小膜电极与催化层/气体扩散层接触电阻，强化质子、电子传导、实现对膜电极边缘过渡区避免气体扩散层过度压实，保障气体扩散，减少局部浓差极化和排水顺畅、实现对膜电极边框密封区阻断气体泄漏，固定膜电极各层位置防止层间位移，同时抵消内部压力差异，避免局部应力损伤，保障密封效果与结构稳定的目的。