[发明专利]一种燃料电池的密封方法

说明书

技术领域

本发明属于一种燃料电池的密封方法，所述的燃料电池包括被动式自呼吸直 接甲醇燃料电池、直接甲酸燃料电池和乙醇燃料电池。

背景技术

燃料电池是通过电化学反应将化学能直接转化为电能的一种装置。1839年， Gove首次提出了燃料电池的概念。它作为一种高效无污染的能量转换装置近年 来得到了越来越多的关注。而现阶段氢氧燃料电池存在氢的生产、储存、运输、 安全上的技术问题及费用等问题而不能大规模应用。人们将目光转向了小的有机 分子比如甲醇、甲酸等。与气体燃料相比，这种液体燃料易于储备和运输，具有 较高的能量转换效率，无需外重整及氢气净化装置，便于携带与储存，反应产物 主要为水和少量二氧化碳，是环境友好的绿色能源。

自呼吸式直接甲醇燃料电池被认为是最有市场化潜力的一种燃料电池，它是 将电池阴极直接暴露在自然空气中，空气中的氧气通过浓差扩散和空气对流等扩 散传递形式到达阴极催化层进行电化学还原反应。它无需甲醇蠕动泵、空气泵等 电池辅助设备以及加热系统，从而降低了电池本身的能量消耗和生产成本，简化 了燃料电池结构系统，使电池系统的重量和体积能够顺利实现微型化和商业化。

由于自呼吸直接甲醇燃料电池(DMFC)采用液体燃料，传统采用硅胶垫依靠 两极板界面压力来密封的方法，如图1所示，在石墨板或不锈钢片上雕刻或压制 成流场的阳极极板1，在石墨板或不锈钢片上雕刻或压制成流场的阴极极板8； 阳极集流材料2和阴极集流材料9分别置于流场上并在膜电极4两侧，起到支撑 和反应物分布的作用；硅胶垫或橡胶垫制成的密封垫3置于阳极极板1和膜电极 4之间，硅胶垫或橡胶垫制成的密封垫7置于阴极极板8和膜电极之4间，依靠 两极板之间的压力达到密封效果，其中密封垫的厚度取决于集流材料和膜电极的 接触侧电极厚度。其缺点有：密封垫很容易老化，极板和膜电极之间压力会变小 导致降低甚至失去密封效果；密封垫的厚度不易控制。太厚导致接触不紧密，电 阻变大，密封垫太薄，很柔软，难以操作，不好实现密封；在组装过程中，密封 垫不是很容易固定。效果并不是很理想。

也有很多研究者提出了不同的改进方法比如专利CN2475144Y， CN1964099A，CN2854819Y等，但是大部分是针对氢气燃料电池或主动式甲醇 燃料电池，并不适合在自呼吸直接液体燃料电池上面应用。在自呼吸直接甲醇燃 料电池中，有的采用硅胶垫或橡胶垫依靠极板的压力来实现密封，有的采用灌密 封胶来密封等方法，这些方法难以保证密封效果，并且实现起来复杂，有时拆卸 起来对膜电极有破坏，组装起来增加难度，因此，需要对燃料电池的密封方法进 行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池的密封方法，所述的燃料电池包括被动 式自呼吸直接甲醇燃料电池、直接甲酸燃料电池和乙醇燃料电池。

该方法比传统采用硅胶垫和密封胶的方法，更简单、方便，效果更好，更适 合在燃料电池上应用。

首先介绍本发明适用的被动式自呼吸燃料电池的结构：该燃料电池为平面式 结构，包括窗口式燃料储存腔、膜电极和极板三部分。膜电极是一种固体聚合物 质子交换膜电极，它由阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层、阴 极扩散层组成；在膜电极两侧相应的为阴极集流网、阳极集流网，最外层分别是 支撑极板，分别起到集流和支撑的作用，所述的支撑极板由金属板、不饱和聚脂 板或石墨板经雕刻制成，阴极集流网和阳极集流网为镀金不锈钢网或石墨网；依 次将阳极极板、阳极集流网、膜电极、阴极集流网、阴极极板固定在窗口式燃料 储存腔上，进行密封，就得到完整的电池。

本发明提供的一种被动式自呼吸直接甲醇燃料电池的密封方法的步骤和条 件如下：

如图2所示，在阳极极板11和阴极极板18上分别制备出第一第一凹槽状流 场12和第二凹槽状流场19，第一凹槽状流场12的深度与第一集流材料13及三 合一膜电极16的阳极侧电极的厚度相等；19的深度与第二集流材料20及三合 一膜电极16的阴极侧电极的厚度相等；

将第一集流材料13嵌在阳极极板11凹槽状的流场13上面形成复合的阳极 板；将第二集流材料20嵌在阴极极板18第二凹槽状流场19上面形成复合的阴 极板；

所述的三合一膜电极16由阴极侧电极、阳极侧电极和质子交换膜组成；