燃料电池单电池的制备方法

技术领域

本发明涉及一种燃料电池单电池的制备方法。

背景技术

现有技术中，燃料电池通常有三种种密封方式，一种是在燃料电池双极板的阳极板和阴极板加密封胶线或密封垫圈，一种方式是使用液态硅胶通过注塑的方式在极板表面形成弹性密封层，另外一种是点胶方式形成弹性密封层。这种密封方法都存在密封胶线粘结不牢、滑动错位、模具成本高、工艺不成熟、胶线尺寸不均一、容易密封失效等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中密封方法都存在密封胶线粘结不牢、滑动错位、模具成本高、工艺不成熟、胶线尺寸不均一、容易密封失效的缺陷，提供一种燃料电池单电池的制备方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明公开了一种燃料电池单电池的制备方法，所述制备方法包括：在阳极板水腔侧的密封槽位置进行丝网印刷以形成水腔密封胶线；在阴极板的气腔侧的密封槽内和阳极板的气腔侧的密封槽内均进行丝网印刷以形成气腔密封胶线；将限位板分别放置于所述阳极板和膜电极之间，以及所述阴极板和膜电极之间；通过固化完成单电池的组装。

在本方案中，丝网印刷工艺能够提供可靠的密封性、胶线厚度、宽度均匀一致，图案设计可以灵活多变，胶水适应性强，产品开发后期也有利于进行自动化生产。水腔采用橡胶密封方式，防止金属板在焊接过程中出现腐蚀；气腔采用粘结密封的方式，避免了胶线滑移和漏气风险，提高了气腔的密封性。采用上述结构形式，可以通过密封胶线的厚度公差填补了极板密封槽的加工误差，使碳纸和反应区流道完全全部接触，彻底减少堆内的接触电阻，并且可以通过控制限位板的厚度来改变密封胶线的厚度，来达到整个电堆理想的接触电阻。

较佳地，步骤将限位板分别放置于所述阳极板和膜电极之间，以及所述阴极板和膜电极之间之前，所述制备方法还包括：选择薄片；将所述薄片制成和所述膜电极边框相匹配的所述限位板。

在本方案中，可以通过薄片的厚度快速调整胶线厚度，不用精确要求丝印后胶线的厚度。采用上述结构形式，具有生产工艺简单，生产成本低，能够灵活匹配电堆前期厚度，从而确保密封胶线可以达到理想厚度。

较佳地，步骤在阳极板水腔侧的密封槽位置进行丝网印刷以形成水腔密封胶线，包括：选择液体硅橡胶；在所述阳极板水腔侧的密封槽位置进行所述丝网印刷；对丝网印刷后的硅橡胶进行硅橡胶硫化成型工艺，形成水腔密封胶线。

在本方案中，采用上述结构形式，水腔密封采用丝网印刷的方式，避免了金属板在焊接过程中被腐蚀。

较佳地，步骤在阴极板的气腔侧的密封槽内和阳极板的气腔侧的密封槽内均进行丝网印刷以形成气腔密封胶线，包括：选择钢丝网板，并放置在丝印机工装上；将阳极板气腔侧的密封槽表面放入工装中固定，并将所述密封槽图案与网板图案对齐；选择液体硅橡胶，并将所述液体硅橡胶混合完全；将混合后的液体硅橡胶放入真空脱泡箱中脱泡后，放置在所述网板图案上方；选择刮刀，并将刮刀压紧印有所述网板图案的网板，以使硅橡胶在所述网板图案位置处穿过，完成阳极板的丝网印刷；更换阴极板，重复上述步骤。

在本方案中，气腔采用硅橡胶粘结密封的方式，避免了胶线滑移和漏气风险，密封可靠性提高。采用上述结构形式，充分利用了硅橡胶的密封性能和粘结性能。

较佳地，步骤选择刮刀，并将刮刀压紧印有所述网板图案的网板，以使硅橡胶在所述网板图案位置处穿过中，所述刮刀的硬度为65A-90A，所述刮刀的运动速度为80mm/sec-150mm/sec，所述刮刀的角度为13-20度。

较佳地，所述气腔密封胶线的厚度与所述丝网印刷次数成正比。

较佳地，步骤通过固化完成单电池的组装，包括：按照阴极板、限位板、膜电极、限位板、阳极板的顺序平铺在单电池模具中；通过橡胶硫化工艺对所述单电池模具进行硫化成型；取出所述限位板，完成所述单电池的组装。

较佳地，步骤通过所述橡胶硫化工艺对所述单电池模具进行硫化成型，包括：对所述单电池模具中所述水腔密封胶线位置设置加热区域；对所述单电池模具中质子交换位置设置冷区区域。

较佳地，步骤对所述单电池模具中所述水腔密封胶线位置设置加热区域中的压力为0.5MPA-2MPA，温度为90℃-150℃，加热固化时间为5min-30min；和/或，步骤对所述单电池模具中所述质子交换位置设置冷区区域中的温度为50℃以下。

较佳地，步骤通过固化完成单电池的组装，包括：按照阴极板、限位板、膜电极、限位板、阳极板的顺序平铺在单电池模具中；在压力0.1MPA-1MPA压力下室温固化；取出所述限位板，完成所述单电池的组装。

本发明的积极进步效果在于：

丝网印刷工艺能够提供可靠的密封性、胶线厚度、宽度均匀一致，图案设计可以灵活多变，胶水适应性强，产品开发后期也有利于进行自动化生产。水腔采用橡胶密封方式，防止金属板在焊接过程中出现腐蚀；气腔采用粘结密封的方式，避免了胶线滑移和漏气风险，提高了气腔的密封性。采用上述结构形式，可以通过密封胶线的厚度公差填补了极板密封槽的加工误差，使碳纸和反应区流道完全全部接触，彻底减少堆内的接触电阻，并且可以通过控制限位板的厚度来改变密封胶线的厚度，来达到整个电堆理想的接触电阻。

附图说明

图1为本发明实施例中的燃料电池单电池的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本实施例提供了一种燃料电池单电池的制备方法，用于解决密封方法都存在密封胶线粘结不牢、滑动错位、模具成本高、工艺不成熟、胶线尺寸不均一、容易密封失效的问题。

如图1所示，制备方法包括：

步骤S1、在阳极板水腔侧的密封槽位置进行丝网印刷以形成水腔密封胶线；具体地，水腔密封采用丝网印刷的方式，避免了金属板在焊接过程中被腐蚀。

在具体使用时，充分利用了硅橡胶的密封性能和粘结性能。即选择粘度为5-15*104mPa.S@25℃的双组分或单组份液体硅橡胶，在阳极板水腔侧的密封槽位置进行丝网印刷。在其他实施例中，丝网印刷的材质可以不做限制。

步骤S2、在阴极板的气腔侧的密封槽内和阳极板的气腔侧的密封槽内均进行丝网印刷以形成气腔密封胶线；具体地，气腔采用硅橡胶粘合密封的方式，避免了胶线滑移和漏气风险，密封可靠性提高。密封胶线的厚度公差可以弥补单极板加工过程自身尺寸不够平整的曲线，使气体扩散层和反应区能够充分接触，电堆内的接触电阻能达到最优化。同时生产工艺简单，模具生产成本低，能够灵活解决电堆在前期厚度匹配问题，方便后期的大批量单电池生产。

步骤S3、将限位板分别放置于阳极板和膜电极之间，以及阴极板和膜电极之间；具体地，通过限位板的厚度可以快速调整胶线厚度，不用精确要求丝印后胶线的厚度。

步骤S4、通过固化完成单电池的组装。

在考虑到在封装力作用下有效的减少电堆组件的接触电阻，同时需要根据电池性能调整密封胶线的厚度，并且上述形式可以根据电池测试结果随时控制限位板的厚度来改变密封胶线的厚度，来达到整个电堆理想的接触电阻。采用上述结构形式，可以通过密封胶线的厚度公差填补了极板密封槽的加工误差，使碳纸和反应区流道完全全部接触，彻底减少堆内的接触电阻，并且可以通过控制限位板的厚度来改变密封胶线的厚度，来达到整个电堆理想的接触电阻。通过密封胶线的厚度公差填补了极板密封槽的加工误差，使碳纸和反应区流道完全全部接触，彻底减少堆内的接触不良的现象，使得电堆的装配模块化、拆卸更换更便捷，效率更高，更适合大批量生产。

步骤S3之前，制备方法还包括：

选择薄片；具体地，薄片的材质为不锈钢。在其他实施例中，薄片的材质可以为其他类型，在此不做限制，另外薄片的厚度可以根据所要达到的理想密封胶线的厚度与限位板厚度之间的对应关系进行选择。

将所述薄片制成和所述膜电极边框相匹配的所述限位板。采用上述结构形式，具有生产工艺简单，生产成本低，能够灵活匹配电堆前期厚度，从而确保密封胶线可以达到理想厚度。

步骤S1包括：

步骤S11、选择液体硅橡胶；具体地，上述形式利用了硅橡胶的密封性能和粘结性能。

步骤S12、在阳极板水腔侧的密封槽位置进行所述丝网印刷；

步骤S13、对丝网印刷后的硅橡胶进行硅橡胶硫化成型工艺，形成水腔密封胶线。

步骤S2包括：

步骤S21、选择钢丝网板，并放置在丝印机工装上；具体地，钢丝网板的目数为80-200目，线径50-150μm，膜厚15-100μm。在其他实施例中，钢丝网板的型号可以不做限制。

步骤S22、将阳极板气腔侧的密封槽表面放入工装中固定，并将所述密封槽图案与网板图案对齐；具体地，通过酒精可以擦拭阳极板气腔侧的密封槽。

步骤S23、选择液体硅橡胶，并将所述液体硅橡胶混合完全；具体地，选择粘度为5-15*104mPa.S@25℃的双组分或单组份液体硅橡胶，将液体胶混合完全后，放入真空脱泡箱中脱泡后，放置在网板图案上方。

步骤S24、将混合后的液体硅橡胶放入真空脱泡箱中脱泡后，放置在网板图案上方；选择刮刀，并将刮刀压紧印有所述网板图案的网板，以使硅橡胶在所述网板图案位置处穿过，完成阳极板的丝网印刷；具体地，刮刀可以选择聚氨酯刮刀，其硬度为65-90A，刮刀的运动速度为80mm/sec-150mm/sec，刮刀的角度为13-20度。气腔密封胶线的厚度与丝网印刷次数成正比。即，刮刀穿过次数越多，气腔密封胶线厚度越厚。采用上述结构形式，根据所需要的气腔密封胶线的厚度对丝印次数进行控制。

在具体使用时，刮刀位于网板的上方，刮刀的面积比网板图案面积大。

步骤S25、更换阴极板，重复上述步骤。丝印完成后放置待用。

步骤S4包括：

步骤S41、按照阴极板、限位板、膜电极、限位板、阳极板的顺序平铺在单电池模具中；

步骤S42、通过橡胶硫化工艺对所述单电池模具进行硫化成型；具体地，该模具密封胶线相关位置设置加热区域，质子交换相关区域设置冷却区域，在压力为0.1MPA-1MPA，温度为90℃-150℃下加热固化5-30min；冷却区域温度设置在50摄氏度以下，使硅橡胶进行硫化。

步骤S43、取出限位板，完成单电池的组装。具体地，待橡胶固化后，取出限位板。

在具体使用时，如遇室温固化硅橡胶，则模具不需要加热，只需要在压力为0.1MPA-1MPA压力下室温固化即可。

实施例1

选择粘度为5*104mPa.S@25℃的双组分液体硅橡胶瓦克硅胶，在阳极板水腔侧的密封槽位置进行丝网印刷，温度为150℃下加热固化5min，形成水腔密封胶线。

选择目数为200目、线径150μm、膜厚100μm的钢丝网板,并放置在丝印机工装上。

用酒精擦拭阳极板气腔侧的密封槽表面，并放入工装中固定，并将气腔密封平台图案与网板图案对齐。

选择粘度为5*104mPa.S@25℃的双组分液体硅橡胶瓦克624，将胶混合完全后，放入真空脱泡箱中脱泡后，放置在网板图案上方。

选择聚氨酯刮刀，硬度为65A。刮板压紧网板，速度在80mm/sec，角度为13度，并使硅胶在所提供的图案的位置处穿过。来回丝印3次。

更换阴极单极板，重复上述相关步骤，丝印完成后放置待用。

选择0.3mm厚度的不锈钢薄片，制成和膜电极边框形状类似的限位板，将限位板分别放置于所述阳极板和膜电极之间，以及所述阴极板和膜电极之间。

按照阴极单极板、限位板、膜电极、限位板、阳极单极板的顺序平铺在单电池模具中。

该模具密封胶线相关位置设置加热区域，质子交换相关区域设置冷却区域，在压力0.1MPA，温度为150℃下加热固化5min；冷却区域温度设置在50摄氏度以下，使硅橡胶进行硫化。

待橡胶固化后，取出不锈钢限位板，单电池组装完成。

实施例2

选择粘度为7*104mPa.S@25℃的双组分液体硅橡胶迈图硅胶，在阳极板水腔侧的密封槽位置进行丝网印刷，温度为150℃下加热固化3min，形成水腔密封胶线。

选择目数为150目、线径80μm、膜厚80μm的钢丝网板,并放置在丝印机工装上。

用酒精擦拭阳极板气腔侧的密封槽表面，并放入工装中固定，并将气腔密封平台图案与网板图案对齐。

选择粘度为9*104mPa.S@25℃的双单组分硅橡胶道康宁单组分硅胶，放置在网板图案上方。

选择聚氨酯刮刀，硬度为45A。刮板压紧网板，速度为100mm/sec，角度为13度，并使硅胶在所提供的图案的位置处穿过。来回丝印2次。

更换阴极单极板，重复上述相关步骤，丝印完成后放置待用。

选择0.2mm厚度的不锈钢薄片，制成和膜电极边框形状类似的限位板，将限位板分别放置于所述阳极板和膜电极之间，以及所述阴极板和膜电极之间。

按照阴极单极板、限位板、膜电极、限位板、阳极单极板的顺序平铺在单电池模具中。

模具不需要加热，只需要在压力为0.1MPA压力下室温固化24H即可待橡胶固化后，取出不锈钢限位板，单电池组装完成。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。