一种折叠式燃料电池模组制造工艺的制作方法

专利2025-11-04  43


本发明涉及燃料电池,尤其涉及一种折叠式燃料电池模组制造工艺。


背景技术:

1、氢燃料电池是一种以氢气为燃料、氧气为氧化剂的环保发电装置,该装置的核心结构由双极板和膜电极交叉堆叠而成。双极板起导电、导热和导气的作用,而膜电极则是发电的主要组件,其中氢气和氧气的反应主要发生在膜电极上,因此双极板和膜电极的制造工艺以及两个部件的交叉堆叠工艺是氢燃料电池发电装置制造的核心工艺环节。

2、目前,金属双极板的主要工艺路线为:(1)双极板的主要工艺路线为将两个单极板焊接在一起形成“两板三场”的结构,即两侧为氢气、空气流道,中间为冷却介质流道;(2)膜电极的主要工艺路线为将ccm、pen边框、气体扩散层压合而成的多层结构;(3)电堆则为多片膜电极、双极板交叉堆叠压合而成。其中,主要的堆叠工艺路线为将双极板、膜电极作为两个单独的部件,通过人工或者机器手臂抓取,交叉式地堆叠在一起,期间需要通过内、外限位工装精准控制部件之间的堆叠精度。由于双极板为硬质结构,膜电极为软质结构,因此抓取动作存在一定的难度,两个部件之间的堆叠精度难以保证,导致堆叠工序耗时较大,且容易出现损伤,导致良品率下降。


技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提出的一种折叠式燃料电池模组制造工艺。

2、为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:一种燃料电池模组制造工艺,具体步骤包括:

3、s1,通过交叉冲压形成上下两组单极板,焊接形成双极板模组,贴合连续的边框膜层组成金属双极板模组;

4、s2,通过制浆涂覆封装形成膜电极组件,通过粘接形成膜电极模组;

5、s3,金属双极板模组和膜电极模组交叉粘接形成单电池模组,经过冲裁工艺形成软连接结构;

6、s4,通过软连接结构定向折叠并依次堆叠膜电极模组形成电堆结构。

7、作为上述技术方案的进一步描述,所述金属双极板模组制备工艺包括:

8、s11,冲压成型工艺:将单极板冲裁出定位孔和气口,再交叉冲压出阴极流道和阳极流道;

9、s12,激光焊接工艺:将两组单极板通过激光焊接形成双极板模组;

10、s13,边框模组制备工艺:将边框膜冲裁出气孔和活性区;

11、s14,点胶粘接工艺:将双极板模组和边框模组贴合形成金属双极板模组。

12、作为上述技术方案的进一步描述,所述单极板包括第一单极板模组和第二单极板模组,所述单极板上的阴极流道和阳极流道依次交叉冲压,所述第一单极板模组上的阴极流道对应所述第二单极板模组上的阳极流道,所述第一单极板模组上的阳极流道对应所述第二单极板模组的阴极流道。

13、作为上述技术方案的进一步描述,所述膜电极模组制备流程包括:

14、s21,催化剂制浆工艺:将催化剂粉液物料制备成阴极催化剂和阳极催化剂;

15、s22,质子交换膜组件制备工艺:将制备好的催化剂浆料涂覆在质子交换膜两侧表面;

16、s23,质子交换膜组件裁切工艺:将质子交换膜组件分片裁切;

17、s24,边框制备工艺:将边框膜裁切对应活性区形成膜电极边框;

18、s25,膜电极组件制备工艺:将膜电极边框装载到质子交换膜组件的上下两侧进行封装贴合形成膜电极组件;

19、s26,气体扩散层制备工艺:将卷料对照膜电极组件分片裁切形成气体扩散层;

20、s27,膜电极模组制备工艺:将气体扩散层点胶后装载到膜电极组件的上下两侧进行封装贴合形成膜电极模组。

21、作为上述技术方案的进一步描述,所述膜电极模组制备流程还包括成品检测工艺,所述膜电极模组成品进行气密泄漏检测和膜层缺陷检测后进入单电池模组制备流程。

22、作为上述技术方案的进一步描述,所述质子交换膜组件制备工艺采用卷对卷直涂或转印工艺将催化剂浆料涂覆在质子交换膜两侧表面。

23、作为上述技术方案的进一步描述,所述边框制备工艺采用圆刀辊切进行卷对卷边框预制备。

24、作为上述技术方案的进一步描述,所述单电池模组制备流程包括:

25、s31,单电池模组制备工艺:将膜电极模组装载到金属双极板模组上下两侧进行错位交叉封装贴合形成单电池模组;

26、s32,软连接结构制备工艺:将单电池模组边缘连接处冲裁出软连接结构。

27、作为上述技术方案的进一步描述,所述单电池模组制备工艺采用交叉粘接,上侧所述膜电极模组的膜电极组件阴极面朝上粘接金属双极板阳极面,上侧所述膜电极模组的无活性区边框粘接金属双极板阴极面,下侧所述膜电极模组错位一片粘接。

28、作为上述技术方案的进一步描述,所述软连接机构包括复合连接结构和冲裁孔隙,所述复合连接结构之间等距冲裁有所述冲裁孔隙。

29、本发明具有如下有益效果:

30、本发明,通过改进金属单极板和金属双极板模组的制造工艺,以阳极、阴极流道交叉冲压的方式,形成了新型的金属双极板模组结构,并将制备好的“七合一”膜电极模组交叉式地贴合至金属双极板模组的两面,形成了新型的“单电池”燃料电池模组,最后通过冲裁工艺制备出单电池之间的软连接结构,最终得到折叠式单电池模组,在电堆堆叠工序中,通过将单电池模组定向折叠,可以精准快速地完成电堆的堆叠过程,且不会对单电池模组造成损伤,提高良品率的同时,整体上有效加快了电堆的制造效率。



技术特征:

1.一种燃料电池模组制造工艺,其特征在于,具体步骤包括:

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池模组制造工艺,其特征在于,所述金属双极板模组(9)制备工艺包括:

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池模组制造工艺,其特征在于,所述单极板包括第一单极板模组(1)和第二单极板模组(2),所述单极板上的阴极流道和阳极流道依次交叉冲压,所述第一单极板模组(1)上的阴极流道对应所述第二单极板模组(2)上的阳极流道,所述第一单极板模组(1)上的阳极流道对应所述第二单极板模组(2)的阴极流道。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池模组制造工艺,其特征在于,所述膜电极模组(10)制备流程包括:

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池模组制造工艺,其特征在于,所述膜电极模组(10)制备流程还包括成品检测工艺,所述膜电极模组(10)成品进行气密泄漏检测和膜层缺陷检测后进入单电池模组(11)制备流程。

6.根据权利要求4所述的一种燃料电池模组制造工艺,其特征在于,所述质子交换膜组件(5)制备工艺采用卷对卷直涂或转印工艺将催化剂浆料涂覆在质子交换膜两侧表面。

7.根据权利要求4所述的一种燃料电池模组制造工艺,其特征在于,所述边框制备工艺采用圆刀辊切进行卷对卷边框预制备。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池模组制造工艺,其特征在于,所述单电池模组(11)制备流程包括:

9.根据权利要求8所述的一种燃料电池模组制造工艺,其特征在于,所述单电池模组(11)制备工艺采用交叉粘接,上侧所述膜电极模组(10)的膜电极组件(8)阴极面朝上粘接金属双极板阳极面,上侧所述膜电极模组(10)的无活性区边框粘接金属双极板阴极面,下侧所述膜电极模组(10)错位一片粘接。

10.根据权利要求9所述的一种燃料电池模组制造工艺,其特征在于,所述软连接机构包括复合连接结构(12)和冲裁孔隙(13),所述复合连接结构(12)之间等距冲裁有所述冲裁孔隙(13)。


技术总结
本发明公开了一种折叠式燃料电池模组制造工艺,包括:通过交叉冲压、焊接和边框贴合形成金属双极板模组;通过制浆、涂覆、封装形成膜电极模组;金属双极板模组和膜电极模组交叉粘接形成单电池模组,经过冲裁工艺形成软连接结构后折叠形成折叠式电堆结构。本发明,通过改进金属单极板和金属双极板模组的制造工艺形成了金属双极板模组结构,将膜电极模组交叉式地贴合至金属双极板模组的两面,最后通过冲裁工艺制备出单电池之间的软连接结构,得到折叠式单电池模组,在电堆堆叠工序中,通过将折叠式单电池模组定向折叠,可以精准快速地完成堆叠过程,且不会对单电池模组造成损伤,提高良品率的同时,整体上有效加快了电堆的制造效率。

技术研发人员:张旭,谢建华,张伯涛,张资涵,牟晓杰
受保护的技术使用者:北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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