外氣囊式勻壓組裝方法
2023-05-27 06:43:21 3
專利名稱：外氣囊式勻壓組裝方法
技術領域：
本發明涉及一種壓力裝置，特別適合於質子交換膜燃料電池的組裝加工。
質子交換膜燃料電池在發電時無汙染、噪音低、具有無腐蝕、啟動快、製備容易、維修簡單、功率密度大、發電效率高、使用壽命長等許多優點。因此，在交通工具、發電設備、軍事、潛艇、航天和航空等各個領域中均有著廣闊的應用前景。
質子交換膜燃料電池是氣-固反應，質子交換膜燃料電池電堆通常要有幾十片或上百片的單膜電池串聯組成。質子交換膜燃料電池通常所用的燃料(氫氣和氧氣)若在電堆裡洩漏混合後會造成爆炸的危險。因此，密封與組裝一直是製備燃料電池電堆(大功率的燃料電池電堆)的關鍵技術。
在實驗室裡，通常實驗所用的燃料電池的活性面積很小(5-10平方釐米)，並且是單膜電池。傳統的，簡單的密封與組裝技術，即在電池端板的四周穿有數條螺栓，然後用扳手將螺栓上緊就足以解決問題。然而，對於那些人功率的燃料電池，這種傳統的，簡單的組裝技術便會立刻遇到問題。因為大功率的燃料電池電堆的活性面積通常都在200平方釐米以上，而且電堆一般都是由幾十片或兒百片的單膜電池串聯組成，簡單地，機械地上緊螺栓，極易使氣體導流板或膜電極集合體受力不勻而損壞。因此，目前在國際上對大功率的燃料電池的電堆，都是使用內氣囊組裝法或內穿孔組裝法的技術來密封和組裝的。所謂內氣囊法，即在燃料電池的端板內放置了一個氣囊。當電池裡的膜電極和氣體導流板排列整齊後，將氣囊內充入一定量的氣體(氮氣)或一定量的液體如水，整個燃料電池便會在一定的壓力下組合成一個整體(電堆)，從而達到密封與組裝的目的。此法最大的優點是使氣體導流板及膜電極表面上的受力均勻。在一般情況下，氣體導流板和膜電極決不會因受力不勻而損壞。然而此法最大的缺點是使本來已為燃料電池氣瓶(氫氣瓶、氧氣瓶)而傷腦筋的用戶又增添了一道麻煩，即攜帶氮氣瓶。此外，氣囊通常是由橡膠製成，在一定的溫度下，隨著時間的推移橡膠將會老化、穿孔，從而導緻密封的失敗。內穿孔組裝法是加拿大巴拉德公司的最新發明。此組裝法是將緊固燃料電池電堆的螺栓從氣體導流板及膜電極的中間穿過。這樣，在緊固電堆螺栓時，基本上可以保證電堆裡的氣體導流板和膜電極表面上的受力均勻。此法的優點足，在基本保證了氣體導流板和膜電極集合體受力均勻的條件下而省去了內氣囊組裝法所必需的氮氣瓶。然而，將緊固螺栓從電堆的中間穿過，不僅使得氣體導流板和膜電極集合體的設計和製備更加複雜化而且減少了電極應有的有效活性面積。
本發明的目的在於克服上述已知技術存在的不足，從而提供一種外氣囊式勻壓組裝方法，可保證燃料電池內氣體導流板和膜電極受力均勻，簡化了電池結構，並相應增大了電極的有效活性面積。
本發明的目的足通過如下方式實現本發明利用外氣囊、組裝平臺、電堆兩側端板、壓板及緊固螺栓，組裝方法如下(1)將電堆的各氣體導流板和膜電極集合體疊放在組裝平臺上；(2)在電堆端板內放置一片橡膠墊，在電堆的堅固螺栓上放置彈簧墊圈；(3)平臺上方的氣囊充入氣體(氮氣)，由氣囊下方的活動推板將電堆均勻壓緊；(4)均勻緊固電堆兩側壓板上的螺栓；
(5)排氣並除去氣囊完成組裝。
本發明與現有技術相比具有如下優點增加的外氣囊使組裝時電堆受力均勻，提高了電池組裝質量。與現有的內氣囊組裝法相比，省略了電池內部氣囊，相應縮小了體積，提高了功率密度，杜絕了因氣囊損壞引起的電堆損壞，提高了產品可靠性。與現有的內穿孔組裝法相比，螺栓無需從電堆中間穿過，簡化電池的結構並相應增加電池的有效活性面積。
下面結合附圖對本發明作進一步說明
圖1是內氣囊法組裝2是內穿孔組裝結構3是本發明組裝圖在圖3中(1)壓板；(2)平臺；(3)氣囊；(4)活動推板；(5)管路；(6)電堆。
本發明工作原理如下組裝設備由外氣囊及組裝平臺組成。和內氣囊組裝法的設計相反，氣囊不是安置在燃料電池內而是安置在燃料電池外(組裝平臺的上方)。和外氣囊組裝法相對應，燃料電池的壓板外端必須設計成＂T＂字、＂I＂字或＂U＂字型結構，以便在氣囊的推板壓緊燃料電池電堆後，電堆上的螺栓可以輕鬆地上緊。同時在燃料電池的壓板內放置一片橡膠墊及在電堆的緊固螺栓上放有多片彈簧圈，以保證電堆的受力得以足夠的均勻緩衝。此組裝法是在燃料電池電堆的氣體導流板和膜電極集體排列整齊後放在組裝平臺上，然後在組裝平臺上方的外氣囊充一定量的氣體，如氮氣，氣囊前面的推板即可將電堆均勻地壓緊，然後再將電堆四周的螺栓輕輕上緊(注意，每根螺栓的受力必須相同!)，最後除去氣囊，電堆組裝完畢。當電堆的功率不是很大時，如在2千瓦以下，用比較精密的小型平板壓力機取代外氣囊也可以達到類同的效果。顯而易見，採用外氣囊法密封和組裝燃料電池電堆既可以達到內氣囊組裝法的效果又不需要將氣囊安置在電堆內；同時，此法又不需將螺栓從電堆的中間穿過，因而不具有內穿孔組裝法的所有缺陷。
權利要求
一種外氣囊式勻壓組裝方法是採用氣囊式平面壓力裝置對質子交換膜燃料電池電堆進行密封組裝，所述加工方法其特徵在於(1)將電堆端的各氣體導流板和膜電極集合體疊放在組裝平臺上；
(2)在電堆端板內放置一片橡膠墊，在電堆的堅固螺栓上放置彈簧墊圈；
(3)平臺上方的氣囊充入氣體(氮氣)，由氣囊下方的活動推板將電堆均勻壓緊；
(4)均勻緊固電堆兩側壓板上的螺栓；
(5)排氣並除去氣囊，完成組裝。
全文摘要
一種外氣囊式勻壓組裝方法用於質子交換膜燃料電池的組裝。在電堆端板內放置橡膠墊,並將各氣體導流板和膜電極集合體疊放在組裝平臺上,向平臺上方的氣囊內充氣,氣囊下方的活動推板將電堆均勻壓緊,然後緊固電堆兩側壓板上的螺栓,排氣後組裝完畢。本發明可實現均勻組裝,簡化了電池內部結構,增大了電池有效活性面積,提高了產品的質量。
文檔編號H01M8/00GK1218305SQ9712265
公開日1999年6月2日 申請日期1997年11月24日 優先權日1997年11月24日
發明者魏金柱 申請人:鍾家輪, 魏金柱