本發(fā)明涉及電解水制氫、燃料電池，尤其是指一種pem電解水制氫氣體擴(kuò)散層與極板的集成結(jié)構(gòu)及方法。

背景技術(shù)：

1、目前pem（質(zhì)子交換膜）電解槽領(lǐng)域，電解槽的槽芯結(jié)構(gòu)由若干帶有流場(chǎng)的極板和帶有催化劑的膜電極依次組合而成，其中任意相鄰的兩塊雙極板之間均需要放置一片膜電極，膜電極由一片帶塑料邊框的質(zhì)子交換膜和兩片分別位于質(zhì)子交換膜兩側(cè)的氣體擴(kuò)散層組成，其中氣體擴(kuò)散層在行業(yè)內(nèi)常見(jiàn)的材料包括但不限于鈦氈、鈦網(wǎng)、燒結(jié)鈦、碳紙、碳布等。

2、由于采用膠水集成氣體擴(kuò)散層與質(zhì)子交換膜，會(huì)增加堵塞氣體擴(kuò)散層和污染質(zhì)子交換膜的風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)有常見(jiàn)的解決方式一般有兩種：

3、一是在裝配過(guò)程中會(huì)將該部分結(jié)構(gòu)依次按照氣體擴(kuò)散層—質(zhì)子交換膜—?dú)怏w擴(kuò)散層的順序進(jìn)行獨(dú)立裝配，由于三者沒(méi)有足夠的約束能力，裝配精度較低，裝配過(guò)程中容易出現(xiàn)因錯(cuò)位問(wèn)題引發(fā)氣體擴(kuò)散層邊緣毛刺刺破質(zhì)子交換膜的風(fēng)險(xiǎn)，裝配效率低，難度高，風(fēng)險(xiǎn)大。同時(shí)質(zhì)子交換膜也容易因裝配時(shí)間過(guò)長(zhǎng)發(fā)生溶脹或收縮，導(dǎo)致不可逆的損傷。

4、二是采用焊接的方式將氣體擴(kuò)散層與極板進(jìn)行集成，該工藝方式可以提高零部件之間的定位精度，但是焊接的方式會(huì)同時(shí)破壞極板以及氣體擴(kuò)散層表面的涂層，降低產(chǎn)品對(duì)腐蝕性環(huán)境的抗性，引起壽命及安全相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為此，本發(fā)明提供一種pem電解水制氫氣體擴(kuò)散層與極板的集成結(jié)構(gòu)及方法，能夠不破環(huán)現(xiàn)有材料涂層的情況下，減少槽芯零部件數(shù)量，降低裝配難度，減少質(zhì)子交換膜變形、污染、損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種pem電解水制氫氣體擴(kuò)散層與極板的集成結(jié)構(gòu)，包括：

3、極板，包括相對(duì)設(shè)置的第一極面和第二極面；

4、第一極密封件，設(shè)置于所述極板的第一極面上；

5、第一極氣體擴(kuò)散層，通過(guò)所述第一極密封件與所述極板的第一極面相連；

6、第二極密封件，設(shè)置于所述極板的第二極面上；

7、第二極氣體擴(kuò)散層，通過(guò)所述第二極密封件與所述極板的第二極面相連。

8、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述第一極和所述第二極的其中一者為陰極，另一者為陽(yáng)極。

9、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述第一極密封件和所述第二極密封件采用氟橡膠。

10、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述第一極密封件與所述極板的第一極面之間、所述第一極氣體擴(kuò)散層與所述第一極密封件之間、所述第二極密封件與所述極板的第二極面之間、所述第二極氣體擴(kuò)散層與所述第二極密封件之間均通過(guò)粘接劑相連。

11、本發(fā)明還提供一種pem電解水制氫氣體擴(kuò)散層與極板的集成方法，包括：

12、s1、提供預(yù)成型模具，所述預(yù)成型模具包括密封件成型?？颉⑽挥谒雒芊饧尚湍？騼?nèi)的密封件成型模腔以及與所述密封件成型模腔相互配合的密封件成型上模，在所述預(yù)成型模具內(nèi)制作出第一極密封件；

13、s2、提供一次成型上模和極板，將所述極板定位放置于所述一次成型上模的腔體內(nèi)，并在所述極板的第一極面的部分區(qū)域涂覆一層粘接劑，通過(guò)所述一次成型上模與所述密封件成型?？蚺浜?，使得所述第一極密封件的第一表面與所述極板的第一極面相連；

14、s3、提供第一極氣體擴(kuò)散層、二次成型?？蛞约拔挥谒龆纬尚湍？騼?nèi)的二次成型模腔，將所述第一極氣體擴(kuò)散層定位放置于所述二次成型模腔的腔體內(nèi)，在所述第一極氣體擴(kuò)散層表面的部分區(qū)域涂覆一層粘接劑，通過(guò)所述二次成型模腔與所述一次成型上模配合，使得所述第一極密封件的第二表面與所述第一極氣體擴(kuò)散層相連；

15、s4、重復(fù)步驟s1，制作出第二極密封件，重復(fù)步驟s2~s3，將所述極板的第二極面、第二極密封件和第二極氣體擴(kuò)散層進(jìn)行集成。

16、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，步驟s1中，所述第一極密封件的固化程度為60~90%。

17、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，步驟s2中，所述一次成型上模與所述密封件成型?？虻暮夏毫υ?mpa~8mpa，維持5~30分鐘后取出所述極板。

18、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，步驟s3中，所述第一極密封件的固化程度為100%。

19、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，步驟s3中，所述二次成型模腔與所述一次成型上模的合模壓力在2mpa~8mpa，溫度在100~180℃，完成所述第一極密封件的二次固化。

20、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述第一極和所述第二極的其中一者為陰極，另一者為陽(yáng)極。

21、本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

22、本發(fā)明所述的一種pem電解水制氫氣體擴(kuò)散層與極板的集成結(jié)構(gòu)及方法，利用密封件表面進(jìn)行粘接，不需要將氣體擴(kuò)散層與極板焊接，避免了破壞各自材料的涂層。

23、本發(fā)明通過(guò)專用模具將氣體擴(kuò)散層和極板集成，不僅可以提高兩者裝配精度，還可以減少槽芯零部件的數(shù)量，降低裝配難度。

24、本發(fā)明大大縮短了質(zhì)子交換膜裝配過(guò)程中在外部環(huán)境暴露的時(shí)間，降低了質(zhì)子交換膜出現(xiàn)變形、污染、損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

25、本發(fā)明采用的粘接劑具有易揮發(fā)、低殘留的特性，減少了堵塞氣體擴(kuò)散層的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種pem電解水制氫氣體擴(kuò)散層與極板的集成結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種pem電解水制氫氣體擴(kuò)散層與極板的集成結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一極和所述第二極的其中一者為陰極，另一者為陽(yáng)極。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種pem電解水制氫氣體擴(kuò)散層與極板的集成結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一極密封件（4）和所述第二極密封件（2）采用氟橡膠。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種pem電解水制氫氣體擴(kuò)散層與極板的集成結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一極密封件（4）與所述極板（3）的第一極面之間、所述第一極氣體擴(kuò)散層（5）與所述第一極密封件（4）之間、所述第二極密封件（2）與所述極板（3）的第二極面之間、所述第二極氣體擴(kuò)散層（1）與所述第二極密封件（2）之間均通過(guò)粘接劑相連。

5.一種pem電解水制氫氣體擴(kuò)散層與極板的集成方法，其特征在于，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種pem電解水制氫氣體擴(kuò)散層與極板的集成方法，其特征在于，步驟s1中，所述第一極密封件（4）的固化程度為60~90%。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種pem電解水制氫氣體擴(kuò)散層與極板的集成方法，其特征在于，步驟s2中，所述一次成型上模（12）與所述密封件成型?？颍?1）的合模壓力在2mpa~8mpa，維持5~30分鐘后取出所述極板（3）。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種pem電解水制氫氣體擴(kuò)散層與極板的集成方法，其特征在于，步驟s3中，所述第一極密封件（4）的固化程度為100%。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種pem電解水制氫氣體擴(kuò)散層與極板的集成方法，其特征在于，步驟s3中，所述二次成型模腔（13）與所述一次成型上模（12）的合模壓力在2mpa~8mpa，溫度在100~180℃，完成所述第一極密封件（4）的二次固化。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種pem電解水制氫氣體擴(kuò)散層與極板的集成方法，其特征在于，所述第一極和所述第二極的其中一者為陰極，另一者為陽(yáng)極。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種PEM電解水制氫氣體擴(kuò)散層與極板的集成結(jié)構(gòu)及方法。本發(fā)明包括極板，包括相對(duì)設(shè)置的第一極面和第二極面；第一極密封件，設(shè)置于所述極板的第一極面上；第一極氣體擴(kuò)散層，通過(guò)所述第一極密封件與所述極板的第一極面相連；第二極密封件，設(shè)置于所述極板的第二極面上；第二極氣體擴(kuò)散層，通過(guò)所述第二極密封件與所述極板的第二極面相連。本發(fā)明能夠在不破環(huán)現(xiàn)有材料涂層的情況下，減少槽芯零部件數(shù)量，降低裝配難度，減少質(zhì)子交換膜變形、污染、損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：楊康,范陽(yáng),趙鋒,郭顯斌,李剛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：無(wú)錫威孚高科技集團(tuán)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14