一种膜电极组件结构及燃料电池的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别的涉及一种膜电极组件结构及燃料电池。


背景技术：

2.燃料电池是将燃料中的化学能通过氧化还原反应的形式转化为电能的一种能源转换装置。燃料电池的种类很多，如氢燃料电池、甲醇燃料电池等。氢燃料电池是能够以氢作为燃料，通过电化学反应将氢气的化学能转化为电能的燃料电池，其电化学反应产物是水，且在整个反应过程不会给环境带来污染。氢燃料电池中最具有代表性的就是质子交换膜(pem)燃料电池。一般地，氢燃料电池包括多个pem燃料电池单体，每个pem燃料电池单体至少包括阳极板、阴极板和被设置在该阳极板和该阴极板之间的膜电极组件(mea)。多个燃料电池单体堆叠形成一个燃料电池单元。其中，膜电极组件(mea)是燃料电池发电的关键核心部件，主要由阴极气体扩散层、阴极催化层、质子交换膜、阳极催化层和阳极气体扩散层组成，但在具体生产制作时，还需要根据生产工艺设计各层之间的连接结构。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种结构设计合理，便于生产的膜电极组件结构及燃料电池。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：
5.一种膜电极组件结构，包括阴极气体扩散层、质子交换膜和阳极气体扩散层，所述质子交换膜的朝向所述阴极气体扩散层的一侧涂覆有阴极催化层，另一侧涂覆有阳极催化层，其特征在于，还包括呈矩形片状的阴极边框和阳极边框，所述阴极边框和阳极边框的中部均具有贯通设置的气体交换区，所述质子交换膜夹设在所述阴极边框和阳极边框之间，并覆盖所述气体交换区；所述阴极气体扩散层和阳极气体扩散层分别贴设在所述阴极边框和阳极边框的外侧，并覆盖所述气体交换区；所述阴极气体扩散层、阴极边框、质子交换膜、阳极边框和阳极气体扩散层依次层叠地热压固定；所述阴极边框和阳极边框的两端均具有沿厚度贯穿设置的阳极气体输送孔和阴极气体输送孔。
6.进一步的，所述阴极边框和阳极边框的四角处各具有一个沿厚度方向贯穿设置的定位孔，四个所述定位孔呈中心对称布置；所述阴极边框和阳极边框的定位孔一一对应地叠合设置。
7.进一步的，所有所述定位槽的尺寸均相同，且位于所述阴极边框和阳极边框两侧的定位槽对称设置。
8.这样，既便于批量数控加工，还能够在组合时无需区分正反面，提升容错率和生产效率。
9.进一步的，位于所述阴极边框和阳极边框两端的所述阳极气体输送孔和阴极气体输送孔呈中心对称布置。
10.这样，两个阳极气体输送孔和两个阴极气体输送孔均呈对角线布置，便于气体在层间均布散开。另外，中心对称布置也可以降低加工和装配过程的难度，降低出错率。
11.进一步的，所述阴极气体扩散层、质子交换膜和阳极气体扩散层的边缘通过eva膜粘贴在对应的所述阴极边框和阳极边框上。
12.进一步的，所述阴极边框和阳极边框的两端还具有沿厚度贯穿设置的冷却液输送孔，所述冷却液输送孔位于所述阳极气体输送孔和阴极气体输送孔之间。
13.一种燃料电池，包括多个层叠设置的单体电池，所述单体电池包括阴极板和阳极板，其特征在于，所述阴极板和阳极板之间层叠设置有如上所述的膜电极组件结构，所述阴极板和阳极板的两端均贯通地设置有所述阳极气体输送孔和阴极气体输送孔，所述阴极板朝向所述膜电极组件结构的一侧具有阴极气体流道，所述阴极气体流道的两端分别汇集至对应的所述阴极气体输送孔；所述阳极板朝向所述膜电极组件结构的一侧具有阳极气体流道，所述阳极气体流道的两端分别汇集至对应的所述阳极气体输送孔。
14.综上所述，本实用新型具有结构设计合理，便于生产等优点。
附图说明
15.图1为膜电极组件结构的结构示意图。
16.图2为阴极板9和阳极板10的结构示意图。
具体实施方式
17.下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
18.具体实施时：如图1和图2所示，一种燃料电池，包括多个层叠设置的单体电池，所述单体电池包括阴极板9和阳极板10，所述阴极板9和阳极板10之间层叠设置有膜电极组件，所述膜电极组件包括阴极气体扩散层1、质子交换膜2和阳极气体扩散层3，所述质子交换膜2的朝向所述阴极气体扩散层1的一侧涂覆有阴极催化层，另一侧涂覆有阳极催化层，还包括呈矩形片状的阴极边框4和阳极边框5，所述阴极边框4和阳极边框5的中部均具有贯通设置的气体交换区，所述质子交换膜2夹设在所述阴极边框4和阳极边框5之间，并覆盖所述气体交换区；所述阴极气体扩散层1和阳极气体扩散层3分别贴设在所述阴极边框4和阳极边框5的外侧，并覆盖所述气体交换区；所述阴极气体扩散层1、阴极边框4、质子交换膜2、阳极边框5和阳极气体扩散层3依次层叠地热压固定；所述阴极边框4和阳极边框5的两端均具有沿厚度贯穿设置的阳极气体输送孔6和阴极气体输送孔7。
19.本实施例的燃料电池采用水冷，所述阴极边框4和阳极边框5的两端还具有沿厚度贯穿设置的冷却液输送孔8，所述冷却液输送孔8位于所述阳极气体输送孔6和阴极气体输送孔7之间。位于两端的所述阳极气体输送孔6、冷却液输送孔8和阴极气体输送孔7呈中心对称布置。
20.所述阴极边框4和阳极边框5的四角处各具有一个沿厚度方向贯穿设置的定位孔11，四个所述定位孔11呈中心对称布置；所述阴极边框4和阳极边框5的定位孔11一一对应地叠合设置。所述阴极气体扩散层1、质子交换膜2和阳极气体扩散层3的边缘通过eva膜粘贴在对应的所述阴极边框4和阳极边框5上的定位槽中。
21.如图2所示，所述阴极板9和阳极板10的两端均贯通地设置有所述阳极气体输送孔
6、冷却液输送孔8和阴极气体输送孔7，所述阴极板9朝向所述膜电极组件的一侧具有阴极气体流道(图中未示出)，所述阴极气体流道的两端分别汇集至对应的所述阴极气体输送孔7；所述阳极板10朝向所述膜电极组件结构的一侧具有阳极气体流道(图中未示出)，所述阳极气体流道的两端分别汇集至对应的所述阳极气体输送孔6。所述阴极板9阳极板10背离所述膜电极组件的一侧具有冷却液流道，所述冷却液流道的两端分别汇集至对应的所述冷却液输送孔8。
22.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不以本实用新型为限制，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种膜电极组件结构，包括阴极气体扩散层(1)、质子交换膜(2)和阳极气体扩散层(3)，所述质子交换膜(2)的朝向所述阴极气体扩散层(1)的一侧涂覆有阴极催化层，另一侧涂覆有阳极催化层，其特征在于，还包括呈矩形片状的阴极边框(4)和阳极边框(5)，所述阴极边框(4)和阳极边框(5)的中部均具有贯通设置的气体交换区，所述质子交换膜(2)夹设在所述阴极边框(4)和阳极边框(5)之间，并覆盖所述气体交换区；所述阴极气体扩散层(1)和阳极气体扩散层(3)分别贴设在所述阴极边框(4)和阳极边框(5)的外侧，并覆盖所述气体交换区；所述阴极气体扩散层(1)、阴极边框(4)、质子交换膜(2)、阳极边框(5)和阳极气体扩散层(3)依次层叠地热压固定；所述阴极边框(4)和阳极边框(5)的两端均具有沿厚度贯穿设置的阳极气体输送孔(6)和阴极气体输送孔(7)。2.如权利要求1所述的膜电极组件结构，其特征在于，所述阴极边框(4)和阳极边框(5)的四角处各具有一个沿厚度方向贯穿设置的定位孔(11)，四个所述定位孔(11)呈中心对称布置；所述阴极边框(4)和阳极边框(5)的定位孔(11)一一对应地叠合设置。3.如权利要求1所述的膜电极组件结构，其特征在于，位于所述阴极边框(4)和阳极边框(5)两端的所述阳极气体输送孔(6)和阴极气体输送孔(7)呈中心对称布置。4.如权利要求1所述的膜电极组件结构，其特征在于，所述阴极气体扩散层(1)、质子交换膜(2)和阳极气体扩散层(3)的边缘通过eva膜粘贴在对应的所述阴极边框(4)和阳极边框(5)上。5.如权利要求1所述的膜电极组件结构，其特征在于，所述阴极边框(4)和阳极边框(5)的两端还具有沿厚度贯穿设置的冷却液输送孔(8)，所述冷却液输送孔(8)位于所述阳极气体输送孔(6)和阴极气体输送孔(7)之间。6.一种燃料电池，包括多个层叠设置的单体电池，所述单体电池包括阴极板(9)和阳极板(10)，其特征在于，所述阴极板(9)和阳极板(10)之间层叠设置有如权利要求1～5中任一项所述的膜电极组件结构，所述阴极板(9)和阳极板(10)的两端均贯通地设置有所述阳极气体输送孔(6)和阴极气体输送孔(7)，所述阴极板(9)朝向所述膜电极组件结构的一侧具有阴极气体流道，所述阴极气体流道的两端分别汇集至对应的所述阴极气体输送孔(7)；所述阳极板(10)朝向所述膜电极组件结构的一侧具有阳极气体流道，所述阳极气体流道的两端分别汇集至对应的所述阳极气体输送孔(6)。

技术总结
本实用新型公开了一种膜电极组件结构，包括阴极气体扩散层、质子交换膜和阳极气体扩散层，所述质子交换膜的朝向所述阴极气体扩散层的一侧涂覆有阴极催化层，另一侧涂覆有阳极催化层，其特征在于，还包括呈矩形片状的阴极边框和阳极边框，所述阴极边框和阳极边框的中部均具有贯通设置的气体交换区，所述质子交换膜夹设在所述阴极边框和阳极边框之间，并覆盖所述气体交换区；所述阴极气体扩散层和阳极气体扩散层分别贴设在所述阴极边框和阳极边框的外侧，并覆盖所述气体交换区；所述阴极气体扩散层、阴极边框、质子交换膜、阳极边框和阳极气体扩散层依次层叠地热压固定。本实用新型具有结构设计合理，便于生产等优点。便于生产等优点。便于生产等优点。


技术研发人员：杨周 李进 袁洪根 聂海云 谭祥
受保护的技术使用者：重庆宗申氢能源动力科技有限公司
技术研发日：2021.12.28
技术公布日：2022/5/25