一种高可靠性的薄双极板密封结构.pdf

一种高可靠性薄双极板密封结构，薄双极板的密封区上分别布有均匀分布极板凸起；密封片通过极板凸起压紧定位；密封片两侧比薄双极板两侧外沿大，密封片位于薄双极板两侧外沿外的对应位置分别设有密封片凸起和密封片凹槽，密封片凸起置于密封片凹槽内，通过凸凹封口使密封片契合在一起。有益效果是：密封结构可靠有效：在各节薄双极板间形成有效限位，可防止单池过压，保证电堆的一致性；利于保护膜电极的边框不形变，避免膜电极的物理结构被破坏；密封片定位及放置方便，操作效率高；密封片用材广泛；密封片外缘凸出电堆外侧，可以防止金属薄双极板间短路，保证电堆的绝缘性，并具有缓冲减震的作用，提高工程应用时的可靠性。

权利要求书1.  一种高可靠性薄双极板密封结构，包括薄双极板(6)、阴极板侧密 封片(8)和阳极板侧密封片(7)，阴极板侧密封片(8)和阳极板侧密封片 (7)分别置于薄双极板(6)的阴极板和阳极板的密封区(1)，其特征在于： 所述薄双极板(6)的阴极板和阳极板的密封区(1)上分别布有一定数量的 间隔的阴极板极板凸起(4)和阳极板极板凸起(3)，阴极板极板凸起(4) 和阳极板极板凸起(3)的背面形成挖坑，阴极板极板凸起(4)和阳极板极 板凸起(3)在密封区(1)上均匀分布；所述阴极板侧密封片(8)和阳极 板侧密封片(7)分别通过薄双极板上的阴极板极板凸起(4)和阳极板极板 凸起(3)压紧定位；所述阴极板侧密封片(8)和阳极板侧密封片(7)的 两侧比薄双极板(6)两侧外沿大1.0～5.0mm，阴极板侧密封片(8)和阳极 板侧密封片(7)位于薄双极板(6)两侧外沿外的对应位置分别设有密封片 凸起(5)和密封片凹槽(9)，密封片凸起(5)置于密封片凹槽(9)内， 通过凸凹封口使阴极板侧密封片(8)和阳极板侧密封片(7)契合在一起， 形成稳定密封结构。 2.  根据权利要求1所述一种高可靠性的薄双极板密封结构，其特征在 于：所述薄双极板密封区(1)为平面结构，密封区(1)宽度3.0～10.0mm， 阴极板极板凸起(4)和阳极板极板凸起(3)是对位的或者是错位的，极板 凸起的形状和尺寸是相同的或者是不同的。 3.  根据权利要求2所述一种高可靠性的薄双极板密封结构，其特征在 于：所述阴极板极板凸起(4)和阳极板极板凸起(3)形状是圆形或长方形， 极板凸起的高度为0.1～1.8mm，极板凸起等距离排列，极板凸起外沿间隔 10～50mm。 4.  根据权利要求3所述一种高可靠性的薄双极板密封结构，其特征在 于：所述圆形的极板凸起的直径为Φ0.2～3.0mm，长方形的极板凸起的长为 0.5～5.0mm，宽0.2～3.0mm)。 5.  根据权利要求1所述一种高可靠性的薄双极板密封结构，其特征在 于：所述阴极板侧密封片(8)和阳极板侧密封片(7)厚度高于或等于阴极 板极板凸起(4)和阳极板极板凸起(3)高度。 6.  根据权利要求5所述一种高可靠性的薄双极板密封结构，其特征在 于：所述阴极板侧密封片(8)和阳极板侧密封片(7)位于薄双极板(6) 两侧外沿外对应位置分别设有的密封片凸起(5)和密封片凹槽(9)结构为 圆凹槽与圆凸起或燕尾槽与燕尾，密封片凸起(5)和密封片凹槽(9)数量 为1～2个，通过拉锁、工装加压或人工按压使之连接。 7.  根据权利要求6所述一种高可靠性的薄双极板密封结构，其特征在 于：所述密封片为丁腈橡胶、氯丁橡胶、氯基橡胶、氟橡胶、氯醚橡胶、硅 橡胶、工程塑料、陶瓷、石墨或者石墨复合材料的密封片。

说明书一种高可靠性的薄双极板密封结构
技术领域
本发明属于质子交换膜燃料电池领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池薄 双极板与膜电极之间的密封结构。
背景技术
现有技术的燃料电池薄双极板与膜电极之间的密封主要通过胶线密封 实现，包括线密封和面密封两种。线密封是将胶线置于密封槽内，为防止胶 线溢出或错位，通常采用胶粘接(将胶线粘在薄双极板的密封槽上，或粘在 膜电极边框上，或两者兼具)或在胶线槽沿线预留胶线溢出的空间；面密封 是用密封片在薄双极板的密封区密封。现有技术的不足是：线密封由于粘接 是用粘接力将胶线束缚，造成应力较为集中，导致膜电极边框形变，进而造 成膜电极物理结构失效；而且对粘接力和操作精度要求较高，实际密封效果 难以保证；预留空间式线密封在胶线溢出到预留空间时，胶线在膜电极两侧 会发生错位，导致该处密封能力下降，同时也会对膜电极边框形成剪切进而 造成膜电极物理结构失效；面密封时密封片与极板间的结合力或者是摩擦力 不够，密封可靠性难以保障。
发明内容
本发明的目的是开发一种高可靠性薄双极板密封结构，克服现有技术的 不足。
本发明采取的技术方案是：一种高可靠性薄双极板密封结构，包括薄双 极板、阴极板侧密封片和阳极板侧密封片，阴极板侧密封片和阳极板侧密封 片分别置于薄双极板的阴极板和阳极板的密封区，其特征在于：所述薄双极 板的阴极板和阳极板的密封区上分别布有一定数量的间隔的阴极板极板凸 起和阳极板极板凸起，阴极板极板凸起和阳极板极板凸起的背面形成挖坑， 阴极板极板凸起和阳极板极板凸起在的密封区上均匀分布；所述阴极板侧密 封片和阳极板侧密封片分别通过薄双极板上的阴极板极板凸起和阳极板极 板凸起压紧定位；所述阴极板侧密封片和阳极板侧密封片的两侧比薄双极板 两侧外沿大1.0～5.0mm，阴极板侧密封片和阳极板侧密封片位于薄双极板两 侧外沿外的对应位置分别设有密封片凸起和密封片凹槽，密封片凸起置于密 封片凹槽内，通过凸凹封口使阴极板侧密封片和阳极板侧密封片契合在一 起，形成稳定密封结构。
本发明所述一种高可靠性的薄双极板密封结构，其特征在于：所述薄双 极板密封区为平面结构，密封区宽度3.0～10.0mm，阴极板极板凸起和阳极 板极板凸起是对位的或者是错位的，极板凸起的形状和尺寸是相同的或者是 不同的。
本发明所述一种高可靠性的薄双极板密封结构，其特征在于：所述阴极 板极板凸起和阳极板极板凸起形状是圆形或长方形，阴极板极板凸起和阳极 板极板凸起的高度为0.1～1.8mm，极板凸起等距离排列，极板凸起外沿间隔 10～50mm。
本发明所述一种高可靠性的薄双极板密封结构，其特征在于：所述圆形 的极板凸起的直径为Φ0.2～3.0mm，长方形的极板凸起的长为0.5～5.0mm， 宽0.2～3.0mm)。
本发明所述一种高可靠性的薄双极板密封结构，其特征在于：所述阴极 板侧密封片和阳极板侧密封片厚度高于或等于极板凸起高度。
本发明所述一种高可靠性的薄双极板密封结构，其特征在于：所述阴极 板侧密封片和阳极板侧密封片位于薄双极板两侧外沿外对应位置分别设有 的密封片凸起和密封片凹槽结构为圆凹槽与圆凸起或燕尾槽与燕尾，密封片 凸起和密封片凹槽数量为1～2个，通过拉锁、工装加压或人工按压使之连 接。
本发明所述一种高可靠性的薄双极板密封结构，其特征在于：所述密封 片为丁腈橡胶、氯丁橡胶、氯基橡胶、氟橡胶、氯醚橡胶、硅橡胶、工程塑 料、陶瓷、石墨或者石墨复合材料的密封片。
本发明的有益效果是：
1、密封结构可靠有效：通过极板密封区域的凸点对密封片定位，通过 密封片两侧的密封片凸起和密封片凹槽将薄双极板两侧外的密封片结合一 体，形成密封片与薄双极板间结合的双保险；
2、在各节薄双极板间形成有效限位，有助于防止单池过压，进而保证 电堆多节间的一致性；
3、与膜电极边框直接接触的是较宽的密封片平面，利于保护膜电极的 边框不形变，进而避免膜电极的物理结构被破坏；
4、密封片定位及放置方便，利于提高操作效率；
5、密封片用材广泛，如丁腈橡胶、氯丁橡胶、氯基橡胶、氟橡胶、氯 醚橡胶、硅橡胶、工程塑料、陶瓷、石墨及其复合材料；
6、密封片外缘凸出电堆外侧，可以防止金属薄双极板间短路，保证电 堆的绝缘性；可以防止外界冲击振动直接作用于电堆本体，起到缓冲减震的 作用，提高工程应用时的可靠性。
附图说明
图1是阴阳极板密封区极板凸起对称时的薄双极板密封区结构示意图。
图2是图1的A-A剖视示意图。
图3是图1的B-B剖视示意图。
图4是阴阳极板密封区极板凸起错位时的薄双极板密封区结构示意图。
图5是图4的C-C剖视示意图。
图6是图4的D-D剖视示意图。
图7是阴阳极板密封区极板凸起对称时的密封片密封结构为单燕尾槽 的示意图。
图8是阴阳极板密封区极板凸起对称时的密封片密封结构为复式燕尾 槽的示意图。
图9是阴阳极板密封区极板凸起对称时的密封片密封结构为单圆凸起 /凹槽的示意图。
图10是阴阳极板密封区极板凸起对称时的密封片密封结构为复式圆凸 起/凹槽的示意图
图中：1、薄双极板密封区；2、薄双极板流场区；3、阳极板极板凸起； 4、阴极板极板凸起；5、密封片凸起；6、双极板；7、阳极板侧密封片；8、 阴极板侧密封片；9、密封片凹槽。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
高可靠性薄双极板密封结构包括薄双极板6、阴极板侧密封片8和阳极 板侧密封片7，阴极板侧密封片8和阳极板侧密封片7分别置于薄双极板6 的阴极板和阳极板的密封区1，薄双极板6的阴极板和阳极板的密封区1上 分别布有一定数量的间隔的阴极板极板凸起4和阳极板极板凸起3，阴极板 极板凸起4和阳极板极板凸起3的背面形成挖坑，阴极板极板凸起4和阳极 板极板凸起3在密封区1上均匀分布；所述阴极板侧密封片8和阳极板侧密 封片7分别通过薄双极板上的阴极板极板凸起4和阳极板极板凸起3压紧定 位；阴极板侧密封片8和阳极板侧密封片7的两侧比薄双极板6两侧外沿大 1.0～5.0mm，阴极板侧密封片8和阳极板侧密封片7位于薄双极板6两侧外 沿外的对应位置分别设有密封片凸起5和密封片凹槽9，密封片凸起5置于 密封片凹槽9内，通过凸凹封口使阴极板侧密封片8和阳极板侧密封片7契 合在一起，形成稳定密封结构。
实施例1：
薄双极板的密封区1为平面结构，密封区1宽度3.0mm，阴极板极板凸 起4和阳极板极板凸起3是对位的形状相同的圆形，直径为Φ1.0mm，高度 为0.5mm，极板凸起等距离排列，极板凸起外沿间隔10mm；阴极板侧密封片 8和阳极板侧密封片7厚度为1.0mm；阴阳极板两侧密封片等宽，密封片两 侧凸出薄双极板外沿尺寸为1.0mm；密封片两侧凸凹密封结构是燕尾槽与燕 尾结构，数量1个，通过工装加压使之连接；密封片用材是工程塑料。
实施例2：
薄双极板的密封区1为平面结构，密封区1宽度10.0mm，阴极板极板凸 起4和阳极板极板凸起3是错位的长方形，长方形长1.0mm，宽3.0mm，高 度为0.5mm，极板凸起等距离排列，极板凸起外沿间隔50mm；阴极板侧密封 片8和阳极板侧密封片7厚度0.5mm；阴阳极板两侧密封片等宽，密封片两 侧凸出薄双极板外沿尺寸为5.0mm；阴阳极板两侧凸凹密封结构是圆凹槽与 圆凸起，数量2个，通过拉锁方式使之连接；密封片用材为膨胀石墨。
实施例3：
薄双极板的密封区1为平面结构，密封区1宽度8.0mm，阴极板极板凸 起4和阳极板极板凸起3是错位的不相同形状，阴极板极板凸起4的形状是 直径为Φ1.0mm的圆形，阳极板极板凸起3的形状是长方形，长方形长0.5mm， 宽0.2mm，极板凸起的高度为0.3mm，极板凸起等距离排列，极板凸起外沿 间隔20mm；阴极板侧密封片8和阳极板侧密封片7厚度2.0mm；阴阳极板两 侧密封片等宽，密封片凸出薄双极板外沿尺寸为3.0mm；密封片两侧凸凹密 封结构是燕尾槽与燕尾结构，数量2个，通过人工按压方式使之连接；密封 片用材为丁腈橡胶。