[发明专利]燃料电池电堆模块的封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池的封装方法，尤其涉及一种质子交换 膜燃料电池电堆模块集成封装方法。

背景技术

当今全球能源紧张，油价高涨，寻找新能源作为化石燃料的替代品是当务 之急。燃料电池被认为是继水力、火力和原子能发电后的第四代发电技术，它 通过电催化反应将氧化剂和还原剂的化学能直接转换成电能，是一种高效、安 全、清洁、灵活的新型发电技术。其中的质子交换膜燃料电池因其具有效率高、 能量密度大、反应温度低、无噪音、无污染等显著优点而在地面发电站、电动 车和便携式电源等方面具有广泛的应用前景。燃料电池内部主要由质子交换膜、 电化学反应催化剂、扩散层和双极板组成。当燃料电池工作时，其内部发生下 述反应过程：反应气体在扩散层内扩散，当反应气体到达催化层时，在催化层 内被催化剂吸附并发生电催化反应；阳极反应生成的质子通过质子交换膜内传 递到阴极侧，电子经外电路到达阴极，同氧分子反应结合成水，同时放出热量。 电极反应为：

阳极(负极)：H₂→2H⁺+2e

阴极(正极)：1/2O₂+2H⁺+2e→H₂O

电池反应：H₂+1/2O₂→H₂O

一个典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极放在两块导电的导流极板中间， 两块导流板分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这样形成的一个 燃料电池称为单电池，为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，需要将多 个单电池通过直叠的方式串联成电池组，又叫燃料电池电堆。在燃料电池电堆 中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导 流面，另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。 电堆通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起。

燃料电池发电系统主要由燃料电池堆与电池堆支持运行系统组成。当燃料电 池发电系统用作车、船等运载工具的动力系统时，燃料电池发电系统又叫做燃 料电池发动机。

当燃料电池发电系统用作燃料电池发动机时，对周围的使用环境要求比较 高，燃料电池在工作过程中，尤其是在室外工作环境，会有大量的灰尘或水侵 蚀电堆，这些灰尘或水一旦进入电堆，则将导致电堆漏电、漏氢，甚至使电堆 遭到致命性的破坏，另外在汽车使用环境下，震动也会对电堆本身造成极大的 影响。为此燃料电池堆需要进行模块化集成封装，达到作为一种符合特定场合 用途的一体化设计的防水防尘、抗震、绝缘、隔热、氢气泄露保护以及美观的 产品要求。

专利号为99219220.X的实用新型专利提到现有的两种燃料电池压装方式— —内穿螺栓压装方式和外置螺栓压装方式，这两种压装方式存在明显的缺陷， 如内穿螺栓压装由于需在导流板、碳纸及膜上打孔而减少了材料的有效电化学 面积，使电池的体积比功率降低，而外置螺栓压装容易引起单电池在压装螺栓 的垂直方向上发生位移。针对上述两种燃料电池压装方式缺点设计了一种整体 封装的外壳，增加了结构的稳定性，可在各种强震动、冲击环境下工作。但是 没有考虑到封装外壳的防水防尘以及电绝缘设计。

专利号为200520047310.5的实用新型专利针对普通燃料电池堆发电系统零 部件集成度不够，太杂、太多，缺少人性化考虑，直接将去点插座，操作开关， 安全指示灯等直接设计在壳体上，人性化、产品化、便携式的设计。空气过滤 网直接封贴于侧板内侧，起到一定的散热，防水防尘作用。但是忽略了电堆封 装外壳的电绝缘问题，并且没有考虑到车用情况下的抗震问题。

专利号为200710172354.4的发明专利和专利号为200420019588.7的实用新 型专利都提到了一种大型集成式燃料电池堆的封装与固定，主要为承受较重的 燃料电池堆，具有结构牢固、不易变形、维修及拆卸方便等优点。但是没有专 门在防水防尘和电绝缘方面进行设计封装。