膜电极密封组件和燃料电池

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种膜电极密封组件和燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种将燃料中的化学能通过化学反应转化为电能的发电装置，燃料电池主要由膜电极和双极板组成，由于燃料电池工作时内部有反应气体等介质，为了防止介质的外漏以及相互之间的串漏，需要在膜电极与位于膜电极两侧的双极板之间设置密封组件。

但是，相关技术中的密封组件的密封效果难以满足燃料电池中反应气体等介质的密封可靠性的需求。

发明内容

基于此，有必要针对相关技术中密封组件的密封可靠性不佳的问题，提供一种膜电极密封组件和燃料电池。

根据本申请的一个方面，提供了一种膜电极密封组件，膜电极密封组件包括：

第一密封件，设于膜电极的一侧；第一密封件包括：

本体，具有第一端和与第一端相对的第二端；

多个凸起部，多个凸起部设置于本体朝向膜电极的一侧，且每一凸起部构造为从本体的第一端延伸至第二端；以及

第二密封件，设于膜电极远离第一密封件的一侧，第一密封件和第二密封件配合构成用于对膜电极密封的密封结构；

其中，多个凸起部中的至少两个之间具有高度差。

上述的膜电极密封组件适用于燃料电池中膜电极的密封，第一密封件和第二密封件构成密封结构对膜电极进行密封。其中，第一密封件设置有多个凸起部，每一凸起部从本体的第一端延伸至第二端。如此，可以形成多道密封。且多个凸起部中的至少两个之间具有高度差，在多个凸起部的相对较高的一个或多个凸起部发生不可逆转的形变时，其余未发生形变的凸起部依旧可以起到密封效果，提高了膜电极密封组件的密封效果的可靠性。

在其中一个实施例中，多个凸起部之间间隔开。

在其中一个实施例中，凸起部构造为从本体的第一端直线延伸或弯折延伸至第二端。

在其中一个实施例中，多个凸起部中的至少一个背离本体的一侧设有沿凸起部的延伸方向延伸的凹槽。

在其中一个实施例中，凸起部构造为从本体的第一端直线延伸或弯折延伸至第二端；

多个凸起部的延伸方向彼此平行；

多个凸起部中的至少两个设有凹槽，至少两个凹槽彼此平行。

在其中一个实施例中，凹槽具有槽口、与槽口相对的槽谷，以及连接于槽谷并界定出槽口的两个槽壁；槽壁构造为呈弧状。

在其中一个实施例中，任意相邻的两个凸起部之间界定出一从本体的第一端延伸至第二端的间隔槽；

间隔槽的顶部的槽口的宽度，大于间隔槽的底部的宽度；

其中，宽度为间隔槽在本体上的正投影，在垂直于间隔槽的延伸方向上的尺寸。

在其中一个实施例中，多个凸起部中的至少一个的宽度从凸起部的顶部至底部渐扩设置；

其中，宽度为凸起部在本体上的正投影，在垂直于各自延伸方向上的尺寸。

在其中一个实施例中，沿凸起部的延伸方向，多个凸起部中的至少一个的至少部分构造为呈波浪状起伏。

根据本申请的另一个方面，提供了一种燃料电池，包括膜电极和上述任一实施例中的膜电极密封组件。

附图说明

图1为本申请膜电极密封组件的结构示意图；

图2为本申请图1中膜电极密封组件的正视图；

图3为本申请第一密封件的结构示意图；

图4为本申请第二密封件的结构示意图。

附图标记说明：

膜电极密封组件100；

第一密封件1；凸起部11；凹槽12；槽壁121；间隔槽13；

本体14；底座15；

第二密封件2；膜电极3；拔模角度A。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

燃料电池是一种把反应气体的化学能转换成电能的装置，主要包括膜电极和双极板，由于反应气体的高能量密度，故而在反应时对燃料电池的密封性要求极高。

燃料电池的密封通常将燃料电池的密封组件放置在双极板与膜电极之间，并在膜电极的两侧形成密封结构，通过控制密封组件的压缩率产生一定的接触压力来防止反应气体泄漏。但是，长时间的压缩会使密封组件产生不可逆转的形变，密封组件的密封效果变差，故而针对密封组件发生形变后密封效果变差对密封组件进行设置来提升密封组件的密封效果十分关键。

基于此，本申请提供一种膜电极密封组件和燃料电池，以提高膜电极密封组件的密封效果。

图1为本申请膜电极密封组件100的结构示意图。

参阅图1，本申请一实施例中的膜电极密封组件100，膜电极密封组件100包括设于膜电极3的一侧的第一密封件1，第一密封件1和膜电极3相互接触，第一密封件1包括具有第一端和与第一端相对的第二端的本体14，以及多个凸起部11，多个凸起部11设置于本体14朝向膜电极3的一侧，多个凸起部11中的至少一个远离本体14的一侧和膜电极3相互接触，且每一凸起部11构造为从本体14的第一端延伸至第二端，膜电极密封组件100还包括设于膜电极3远离第一密封件1的一侧的第二密封件2，第一密封件1和第二密封件2配合构成用于对膜电极3密封的密封结构，其中，多个凸起部11中的至少两个之间具有高度差。

可以理解的是，本申请设置第一密封件1和第二密封件2构成密封结构对膜电极3进行密封，具体地，本申请的第一密封件1设置有多个从本体14的第一端延伸至第二端的凸起部11，且多个凸起部11中的至少两个之间具有高度差，本申请的第一密封件1可以形成多层密封的结构，在多个凸起部11的相对较高的一个或多个凸起部11发生不可逆转的形变时，其余未发生形变的凸起部11依旧可以起到密封效果，提高了对带有本申请膜电极密封组件100的膜电极3的密封效果。其中，“多个”意指两个或两个以上。

在一些实施例中，可以设置有两个凸起部11，两个凸起部11之间存在高度差，在两个凸起部11中的其中之一首先发生形变之后，另一个仍旧可以保持密封。

在另一些实施例中，可以设置有三个凸起部11，三个凸起部11的至少两个之间存在高度差，例如三个凸起部11高度全不相同，或者三个凸起部11中的两个高度相同，且与另一个凸起部11存在高度差。还可以设置具有更多个凸起部11，多个凸起部11满足其中至少两个之间具有高度差即可。

图2为本申请图1中膜电极密封组件100的正视图，图3为本申请第一密封件1的结构示意图。

再结合图2和图3所示，本申请的第一密封件1的多个凸起部11之间间隔开。

燃料电池的密封通常将燃料电池的膜电极密封组件100放置在双极板与膜电极3之间，在膜电极3的两侧形成密封结构，通过定量控制膜电极密封组件的压缩率产生一定的接触压力来防止高能量密度的反应气体泄漏，因此，膜电极密封组件如何在一定的压缩率下产生更大的接触应力是提升膜电极密封组件密封效果的关键。

多个凸起部11的设置可以提高膜电极密封组件100和膜电极3之间的接触应力，将多个凸起部11间隔开，便于在控制膜电极密封组件的压缩率产生一定的接触压力来密封膜电极3时，为膜电极密封组件提供相应的形变空间，提高密封效果。

参阅图1和图3，凸起部11构造为从本体14的第一端直线延伸或弯折延伸至所述第二端。燃料电池密封时将膜电极密封组件100放置于膜电极3的两侧，在密封过程中，由于燃料电池的结构或者硬件本身的特性等因素会使膜电极密封组件100不同部位的受力不同，必然会存在受力相对薄弱的部位，高能量密度的反应气体容易从该部位泄漏，具体的体现为本体14第一端至第二端的分布的中间部位的膜电极密封组件的受力更小，故而凸起部11可以从第一端弯折延伸至第二端的设置，使得凸起部11弯曲延伸的部分可以在本体14的中间部位形成弧形凸起，弥补该处的受力缺失，提高膜电极密封组件的受力一致性，提高膜电极密封组件100的密封效果。

继续参阅图1和图3所示，多个凸起部11中的至少一个背离本体14的一侧设有沿凸起部11的延伸方向延伸的凹槽12。凹槽12使得凸起部11背离本体14的一侧形成两个凸起，也就是说，设有凹槽12的凸起部11靠近膜电极3的一侧具有两个凸起，可以进一步提高凸起部11和膜电极3之间的接触应力。

凸起部11构造为从本体14的第一端直线延伸或弯折延伸至第二端，多个凸起部11的延伸方向彼此平行，多个凸起部11中的至少两个设有凹槽12，至少两个凹槽12彼此平行。可以理解的是，相互平行的凸起部11使第一密封件1具有层层密封的结构，相互平行的凹槽12使得凸起部11具有两个平行的凸起，在进一步提高凸起部11和膜电极3之间的接触应力的同时，提高了层层密封的密封效果。

凹槽12具有槽口、与槽口相对的槽谷，以及连接于槽谷并界定出槽口的两个槽壁121，槽壁121构造为呈弧状。可以理解的是，与呈弧状的槽壁121相对应的凸起部11具有两个凸起结构，且该两个凸起结构之间即可界定出槽谷和槽口，槽壁121设置为弧状可以降低第一密封件1在密封过程受到的剪切应力，提高密封效果。具体的，凸起部的两个凸起结构可以设置为两个相同的圆弧状结构，圆弧状结构的半径范围为0.3-0.7mm，两个圆弧状结构的圆心距小于圆弧状结构的直径，此时，第一密封件1的凸起部11在密封过程中不会受到较大的剪切应力。

参阅图1和图2所示，任意相邻的两个凸起部11之间界定出一从本体14的第一端延伸至第二端的间隔槽13，间隔槽13的顶部的槽口的宽度，大于间隔槽13的底部的宽度，其中，宽度为间隔槽13在本体上的正投影，在垂直于间隔槽13的延伸方向上的尺寸。

间隔槽13的设置使相邻两个凸起部11之间具有间隔，为密组件对膜电极3密封时的凸起部11提供足够的形变空间，而间隔槽13设置为其顶部的槽口的宽度大于间隔槽13的底部的宽度的形式，相较于间隔槽13顶部的槽口的宽度小于间隔槽13的底部的宽度的形式，或者相较于间隔槽13顶部的槽口的宽度等于于间隔槽13的底部的宽度的形式，在第一密封件1受到接触压力时，具有更大的形变空间，且该设置在生产制造的过程中更便于脱模，提高了生产制造的速率。

参阅图2，多个凸起部11中的至少一个的宽度从凸起部11的顶部至底部渐扩设置，其中，宽度为凸起部11在本体上的正投影，在垂直于各自延伸方向上的尺寸。具体的，凸起部11的顶部至底部渐扩设置意为凸起部11的拔模角度A可以设为1°-5°，便于凸起部11生产制造时脱模。其中，“拔模角度”是指为了让工件更好的脱离模具而人为地设定的工件与模具分模面相交的侧面切向与模具分模面法向之间的夹角。

参阅图1和图3，沿凸起部11的延伸方向，多个凸起部11中的至少一个的至少部分构造为呈波浪状起伏，可以根据不同的燃料电池对第一密封件1不同部位的接触压力来将凸起部11的相应部位构造为波浪状起伏，也就是说使凸起部11的相应部位弯曲延伸，形成弧形凸起，提高第一密封件1的受力一致性，提高膜电极密封组件100的密封效果。

在一些实施例中，本申请的第一密封件1还包括底座15，底座15在朝向膜电极3方向的高度小于第一密封件1整体高度的5％，以保证密封效果，底座15和本体14远离膜电极3的一侧连接，膜电极密封组件100设置在膜电极3和双极板之间密封时，第一密封件1的凸起部11靠近膜电极3，则底座15靠近双极板，并与双极板接触，则可以在双极板上设置与底座15尺寸大小相同的密封槽，以将底座15放置在双极板的密封槽中，对第一密封件1进行限位，避免第一密封件1脱离，影响密封效果。

在一些实施例中，本体14沿凸起间隔方向的宽度为底座15宽度的50％-80％，以在对第一密封件1限位的同时，保证第一密封件1的凸起部11和本体14的密封效果。

图4为本申请第二密封件2的结构示意图。

参阅图4，本申请的膜电极密封组件100的第二密封件2为垂直延伸方向的横截面为矩形的柱体。

可以理解的是，一台燃料电池可以由数十上百块膜电极3和双极板堆叠而成，在实际装配过程中不可避免的会存在装配误差，因此通过膜电极密封组件的设置来降低装配误差或者降低装配误差对膜电极密封组件的密封效果的影响是提升膜电极密封组件的密封效果的关键。

第二密封件2在膜电极3背离第一密封件1的一侧与膜电极3接触的面为矩形面，在第一密封件1存在生产误差或者安装误差而相对于膜电极3发生偏移时，第二密封件2与膜电极3的矩形接触面处处平直，第一密封件1偏移前后与第二密封件2对位效果不变，不会影响第一密封件1和第二密封件2之间配合构成用于对膜电极3密封的密封结构，从而不会影响膜电极密封组件100对燃料电池的密封效果。

本申请一实施例公开的燃料电池，包括上述的膜电极密封组件100。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。