CN101118972A - 一种燃料电池的密封结构和制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种燃料电池的密封结构，包括一侧气体隔离板、一侧气体扩散层、一侧催化剂、质子交换膜、另一侧催化剂、另一侧气体扩散层和另一侧气体隔离板，依次排列，其特征在于：所述另一侧气体扩散层的面积小于质子交换膜的面积，所述质子交换膜的面积不大于一侧气体扩散层的面积，所述一侧气体扩散层的面积小于一侧气体隔离板的面积，从而形成阶梯状；与上述阶梯状相对应的反阶梯状的密封区域，被固化的密封材料所充填而形成气密。本发明还披露了制造上述密封结构的燃料电池的两种方法。与现有技术相比，本发明中的电解质膜不易发生烧穿漏气，且为了密封而对电解质膜造成的浪费较小。

Description

一种燃料电池的密封结构和制造方法
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池的密封结构和制造方法。
背景技术
燃料电池采用氢气或富氢气体为燃料，氧气为氧化物，其化学反应的副产品主要是水，一般无其它有害物质，能量转换效率远高于内燃机，是一种安全、可靠、清洁、环境友好、节能的发电装置。随着燃料电池技术的完善，已在大到潜艇、汽车，小到手提电脑、手机上得到应用。
燃料电池的阴极往往与外界大气直接或间接相通，从空气中获得氧气作为氧化剂，因此不需要密封，至少不需要严格密封。而燃料电池的阳极气室流过的是有一定压力的可燃性气体，因此必须密封。
美国曼哈顿科学公司的专利“由双极板和聚合物电解质膜燃料的膜-电极单元组成的气密组件”，中国申请号99808103.5，公开了：一种由作为燃料电池堆的结构元件的燃料电池双极板和膜电极单元组成的组件，其中膜电极单元包括一个聚合物电解质膜并在该膜上面除膜边部以外在组件内的一个气体扩散层，双极板靠在与膜相对的该气体扩散层一侧并位于气体扩散层的边部上面，形成被双极板、气体扩散层和膜从上面、内侧和下侧分界的环形边侧体积区域，其特征在于环形体积区域直至它的边界面用固化的粘合剂无缝隙和气密地填充。附图4是其尚未装配前的示意图，其中1为双极板，2为粘合剂，3为气体扩散层，4为电解质膜。
上述技术方案虽然具有结构简单、工艺简单的优点，但是也存在不足之处。在施工过程中，偶尔会在粘合剂的填充区贴近电解质膜及气体扩散层处存在微小空洞，而长期闲置的燃料电池，微小空洞中会充满空气，一旦再次使用时，通入的燃料会与空气在电解质膜表面的催化剂作用下迅速反应，产生较高的温度，导致电解质膜烧穿漏气。另外，为了提高密封的可靠性，往往需要加大粘合剂填充区的宽度，这必然导致电解质膜的浪费，而电解质膜及其所附着的催化剂，是比较昂贵的。
发明内容
为了克服上述背景技术中电解质膜偶尔会烧穿漏气，以及提高密封可靠性就会加大浪费的缺点，本发明提出了下述技术方案：
一种燃料电池的密封结构，包括一侧气体隔离板、一侧气体扩散层、一侧催化剂、质子交换膜、另一侧催化剂、另一侧气体扩散层和另一侧气体隔离板，所述一侧气体隔离板上以彼此先后重叠方式依次安置一侧气体扩散层、一侧催化剂、质子交换膜、另一侧催化剂、另一侧气体扩散层、另一侧气体隔离板，其特征在于：所述另一侧气体扩散层的面积小于质子交换膜的面积，所述质子交换膜的面积不大于一侧气体扩散层的面积，所述一侧气体扩散层的面积小于一侧气体隔离板的面积，从而形成阶梯状；与上述阶梯状相对应的反阶梯状的密封区域，基本上被固化的密封材料所充填而形成气密。
在优化的情况下，所述一侧气体扩散层和质子交换膜的面积及形状相同。
所述的燃料电池还可以包含至少一个密封圈；从气体隔离板至另一侧气体隔离板的每个板层上可以各设有至少一个连通的通孔，孔心位置在装配中相对应；另一侧气体扩散层和另一侧气体隔离板的通孔直径大于等于所述密封圈的外径，其它板层的通孔直径小于所述密封圈的外径；所述密封圈密封安置在另一侧气体扩散层和另一侧气体隔离板的通孔中，但是并不进入其它板层的通孔。
在所述的燃料电池中，一侧的催化剂可以附着在一侧气体扩散层表面并与质子交换膜相对，或者也可以附着在质子交换膜表面并与一侧气体扩散层相对；另一侧的催化剂可以附着在另一侧气体扩散层表面并与质子交换膜相对，或者也可以附着在质子交换膜表面并与另一侧气体扩散层相对。
在需要构造电堆的情况下，所述的由一侧气体隔离板、一侧气体扩散层、一侧催化剂、质子交换膜、另一侧催化剂、另一侧气体扩散层和另一侧气体隔离板组成的单元结构，至少重复2次，纵向相叠形成电堆；单元结构之间，可以直接相贴，也可以由导电材料相隔，并且有纵向的压紧力使其连接。
如以上所述的具有适于密封的阶梯式燃料电池的结构，其中，所述一侧气体隔离板、一侧气体扩散层、质子交换膜、另一侧气体扩散层和另一侧气体隔离板可均为四边形的或均为圆形的。
所述另一侧气体隔离板可以为不透气的导电材料，其边缘与外界没有通道。
所述另一侧气体隔离板可以为透气或不透气的导电材料，贯穿其边缘处有通道与外界相连。
所述形成阶梯状的一侧气体隔离板、一侧气体扩散层和质子交换膜以及另一侧气体扩散层的宽度是阶梯形减小的，通常是下面一阶级的宽度比上面的一阶级各大0.2～30mm，即，每一阶梯阶面的宽度为0.2～30mm。
所述一侧和另一侧气体隔离板可以是软石墨板、硬石墨板、经改性处理的金属板、塑料导电板或导电的碳纤维板。
所述另一侧气体隔离板与所述燃料电池的其它部分之间，可以没有固定连接，仅依靠装配的压紧力连接。
所述另一侧气体隔离板与所述燃料电池的其它部分之间，可以通过所述的充填在反阶梯状密封区域中的流体密封材料在该区域中固化形成连接。
所述的燃料电池还可以包括另一侧追加气体扩散层，处于另一侧气体扩散层与另一侧气体隔离板之间，其面积与一侧气体隔离板基本相同，其与所述燃料电池的其它部分之间，通过所述的充填在反阶梯状密封区域中的流体密封材料在该区域中固化形成连接。
所述的填充在反阶梯状的密封区域的，可以为一预先成型的密封圈。
一种适合生产所述的燃料电池的密封结构的方法，燃料电池结构包括一侧气体隔离板，另一侧气体隔离板、数块气体扩散层、涂有催化剂的质子交换膜和圆形密封圈，其步骤包括：
a，准备一块一侧气体隔离板，一块一侧气体扩散层和质子交换膜，它们的面积相等但小于一侧气体隔离板的面积，一块另一侧气体扩散层，其面积小于一侧气体扩散层和质子交换膜的面积，并且在各板和各层上设置至少一对作为氢气流道的通孔；
b，将上述各不同面积的质子交换膜和扩散层按大到小依次重叠在一侧气体隔离板上并形成阶梯状重叠结构；
c，首先，在反阶梯状的密封区域内灌注密封材料；
d，再在另一侧气体扩散层上安放一面积不小于气体隔离板的面积，并且不粘胶的平板或平片，其位置投影应能够覆盖气体隔离板的面积，并施加纵向压紧力，使点胶和涂胶的上下两端可与其相邻的板和扩散层的表面粘结一起；
e，将胶粘结的各板和各层固化10～24小时，然后移除不粘胶的平板或平片；
f，将另一侧气体隔离板安放在已经粘合的另一侧气体扩散层之上，然后施加一定的纵向压紧力形成单电池，或者将上述单元多个纵向重叠后施加一定的纵向压紧力，形成燃料电池电堆。
另一种适合生产所述的燃料电池的密封结构的方法，燃料电池结构包括一侧气体隔离板，另一侧气体隔离板、数块气体扩散层、涂有催化剂的质子交换膜和圆形密封圈，其步骤包括：
a，准备一块一侧气体隔离板，一块一侧气体扩散层和质子交换膜，它们的面积相等但小于一侧气体隔离板的面积，一块另一侧气体扩散层，其面积小于一侧气体扩散层和质子交换膜的面积，一块另一侧追加气体扩散层，其面积等于一侧气体隔离板的面积，并且在各板和各层上设置至少一对作为氢气流道的通孔；
b，将上述各不同面积的质子交换膜和扩散层按大到小依次重叠在一侧气体隔离板上并形成阶梯状重叠结构；
c，首先，在反阶梯状的密封区域内灌注密封材料；
d，再在另一侧气体扩散层上安放一块另一侧追加气体扩散层，其面积等于一侧气体隔离板的面积，其位置投影应能够覆盖气体隔离板的面积，并施加纵向压紧力，使点胶和涂胶的上下两端可与其相邻的板和扩散层的表面粘结一起；
e，将胶粘结的各板和各层固化10～24小时；
f，将另一侧气体隔离板安放在已经粘合的另一侧追加气体扩散层之上，然后施加一定的纵向压紧力形成单电池，或者将上述单元多个纵向重叠后施加一定的纵向压紧力，形成燃料电池电堆。
与现有技术相比，本发明中的电解质膜不易发生烧穿漏气，且为了可靠密封而对电解质膜造成的浪费较小。
附图说明
图1是运用本发明的一种方法制造的本发明的燃料电池的密封结构示意图。
图2是运用本发明的另一种方法制造的本发明的燃料电池的密封结构示意图。
图3是运用本发明的另一种方法制造的本发明的燃料电池的密封结构示意图。
图4是现有技术的一种燃料电池的密封结构示意图。
具体实施方式
例1
请参阅图1，是本发明实施例的一燃料电池的密封结构。它包括一气体隔离板1、一侧气体扩散层为氢侧气体扩散层2、两侧均涂有催化剂的质子交换膜3、另一侧气体扩散层为氧侧气体扩散层4，另一侧追加气体扩散层5，另一侧气体隔离板6和密封圈7。
上述各板和各层都被制成矩形并且设有两个作为气孔的连通的通孔10，密封圈7安置于通孔10处，其下沿压住质子交换膜3，被氧侧气体扩散层4、另一侧追加气体扩散层5、另一侧气体隔离板6所包围。
其中，氢侧气体扩散层2和质子交换膜3具有相等的面积，但小于气体隔离板1的面积，从而在气体隔离板1的上表面的四周，形成阶面；而氧侧气体扩散层4的面积小于氢侧气体扩散层2或质子交换膜3的面积，从而在质子交换膜3的上表面的四周，形成阶面。在本例的两个子例中，每一阶梯阶面的宽度分别为0.5mm及20mm。
另一侧追加气体扩散层5，另一侧气体隔离板6的面积是与气体隔离板1一样的。另一侧追加气体扩散层5与填充于反阶梯形区域的密封材料8及9粘结。
此外，另一侧气体隔离板6为透气的导电材料，且设计成在其板面上具有多个平行的长条形的开孔61。在本例的两个子例中，另一侧气体隔离板的材料分别为硬石墨板和碳纤维板。
上述结构重复20次，再加上两边的端板、紧固螺钉等附件，即可构成一个燃料电池电堆。
制作方法如下：
a，准备一块一侧气体隔离板，一块一侧气体扩散层和质子交换膜，它们的面积相等但小于一侧气体隔离板的面积，一块另一侧气体扩散层，其面积小于一侧气体扩散层和质子交换膜的面积，一块另一侧追加气体扩散层，其面积等于一侧气体隔离板的面积，并且在各板和各层上设置至少一对作为氢气流道的通孔；
b，将上述各不同面积的质子交换膜和扩散层按大到小依次重叠在一侧气体隔离板上并形成阶梯状重叠结构；
c，首先，在反阶梯状的密封区域内灌注密封材料；
d，再在另一侧气体扩散层上安放一块另一侧追加气体扩散层，其面积等于一侧气体隔离板的面积，其位置投影应能够覆盖气体隔离板的面积，并施加纵向压紧力，使点胶和涂胶的上下两端可与其相邻的板和扩散层的表面粘结一起；
e，将胶粘结的各板和各层固化10～24小时；
f，将另一侧气体隔离板安放在已经粘合的另一侧追加气体扩散层之上，然后施加一定的纵向压紧力形成单电池，或者将上述单元多个纵向重叠后施加一定的纵向压紧力，形成燃料电池电堆。
例2
请参阅图2，是本发明实施例的一燃料电池的密封结构。它包括一气体隔离板1、一侧气体扩散层为氢侧气体扩散层2、两侧均涂有催化剂的质子交换膜3、另一侧气体扩散层为氧侧气体扩散层4，另一侧追加气体扩散层5’，另一侧气体隔离板6’和密封圈7。
上述各板和各层都被制成矩形并且设有两个作为气孔的连通的通孔10。
其中，氢侧气体扩散层2和质子交换膜3具有相等的面积，但小于气体隔离板1的面积，从而在气体隔离板1的上表面的四周，形成阶面；而另一侧气体扩散层4及另一侧追加气体扩散层5’的面积相等，但小于氢侧气体扩散层2或质子交换膜3的面积，从而在质子交换膜3的上表面的四周，形成阶面；另一侧气体隔离板6’的面积是与气体隔离板1一样的。另一侧气体隔离板6’与填充于反阶梯形区域的密封材料11及12粘结。在本例的两个子例中，每一阶梯阶面的宽度分别为0.5mm及20mm。
此外，另一侧气体隔离板6’为不透气的导电材料，设计成在其板面上，位于面向另一侧追加气体扩散层5’的一面，具有一些长条形的流槽62。
值得特别指明的是，图2仅为密封圈及通孔处的剖面图，该流槽并不延伸至另一侧气体隔离板6’的边缘，也就是说，其边缘与外界没有通道。该流槽62为参与反应的空气流槽，其与外界的通道在该燃料电池的另一处剖面中采用另一密封圈及纵向通孔形成，这种结构是阴极封闭式燃料电池，俗称双路空气燃料电池。由于这是现有技术公知的，本文不再详细描述。
例3
请参阅图3，是本发明实施例的一燃料电池的密封结构。它包括一气体隔离板1、一侧气体扩散层为氢侧气体扩散层2、两侧均涂有催化剂的质子交换膜3、另一侧气体扩散层为氧侧气体扩散层4，另一侧气体隔离板6和密封圈7。
上述各板和各层都被制成矩形并且设有两个作为气孔的连通的通孔10。
其中，氢侧气体扩散层2和质子交换膜3具有相等的面积，但小于气体隔离板1的面积，从而在气体隔离板1的上表面的四周，形成阶面；而氧侧气体扩散层4的面积小于氢侧气体扩散层2或质子交换膜3的面积，从而在质子交换膜3的上表面的四周，形成阶面；另一侧气体隔离板6的面积是与气体隔离板1一样的，此外，另一侧气体隔离板6设计成在其板面上具有多个平行的长条形的开孔61。在本例的两个子例中，每一阶梯阶面的宽度分别为0.5mm及20mm。
以上这些板层以图3所示的从下而上的先后叠在一起，即，气体隔离板1上以重叠方式依次安置氢侧气体扩散层2、质子交换膜3、氧侧气体扩散层4和另一侧气体隔离板6，其中，从气体隔离板1、氢侧气体扩散层2、质子交换膜3至氧侧气体扩散层4的面积是同阶形减小的，因而在它们的周边间形成阶梯状，并在氧侧气体扩散层4上周边上涂有胶线层8，再在氢侧气体扩散层2、质子交换膜3和已涂的第一氧侧气体扩散层4的胶线层8上涂上涂胶层9。这些胶线层8和涂胶层9可形成对周边间阶梯状的补偿，从而使涂胶层的周面与其余板层的周面垂直对齐。密封圈7密封安置在氧侧气体扩散层4和另一侧气体隔离板6的所在的部分通孔10中，用于实现燃料电池的单电池。
另一侧气体隔离板6与所述燃料电池的其它部分之间，没有固定连接，仅依靠装配的压紧力连接。
制作方法如下：
a，准备一块一侧气体隔离板，一块一侧气体扩散层和质子交换膜，它们的面积相等但小于一侧气体隔离板的面积，一块另一侧气体扩散层，其面积小于一侧气体扩散层和质子交换膜的面积，并且在各板和各层上设置至少一对作为氢气流道的通孔；
b，将上述各不同面积的质子交换膜和扩散层按大到小依次重叠在一侧气体隔离板上并形成阶梯状重叠结构；
c，首先，在反阶梯状的密封区域内灌注密封材料；
d，再在另一侧气体扩散层上安放一面积不小于气体隔离板的面积，并且不粘胶的平板或平片，其位置投影应能够覆盖气体隔离板的面积，并施加纵向压紧力，使点胶和涂胶的上下两端可与其相邻的板和扩散层的表面粘结一起；
e，将胶粘结的各板和各层固化10～24小时，然后移除不粘胶的平板或平片；
f，将另一侧气体隔离板安放在已经粘合的另一侧气体扩散层之上，然后施加一定的纵向压紧力形成单电池，或者将上述单元多个纵向重叠后施加一定的纵向压紧力，形成燃料电池电堆。
例4
其结构与例3基本相同，也可参考图3。唯一的区别是，填充在反阶梯状的密封区域的，为一预先成型的密封圈。
尽管本发明通过实施例揭示了燃料电池的密封结构和制造方法，但本领域的普通技术人员可了解到本发明还可在其结构上作各种修改或修饰，所以本发明并不限于实施例，凡是与之等同的技术和原理均应认为落入本发明的权利要求范围内。

Claims (15)

1.一种燃料电池的密封结构，包括一侧气体隔离板、一侧气体扩散层、一侧催化剂、质子交换膜、另一侧催化剂、另一侧气体扩散层和另一侧气体隔离板，所述一侧气体隔离板上以彼此先后重叠方式依次安置一侧气体扩散层、一侧催化剂、质子交换膜、另一侧催化剂、另一侧气体扩散层、另一侧气体隔离板，其特征在于：
a，所述另一侧气体扩散层的面积小于质子交换膜的面积，所述质子交换膜的面积不大于一侧气体扩散层的面积，所述一侧气体扩散层的面积小于一侧气体隔离板的面积，从而形成阶梯状；
b，与上述阶梯状相对应的反阶梯状的密封区域，被固化的密封材料所充填而形成气密。
2.如权利要求1所述的燃料电池的密封结构，其特征在于：所述一侧气体扩散层和质子交换膜的面积及形状相同。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池的密封结构，其特征在于：所述的燃料电池还包含至少一个密封圈；从气体隔离板至另一侧气体隔离板的每个板层上各设有至少一个连通的通孔，孔心位置在装配中相对应；另一侧气体扩散层和另一侧气体隔离板的通孔直径大于等于所述密封圈的外径，其它板层的通孔直径小于所述密封圈的外径；所述密封圈密封安置在另一侧气体扩散层和另一侧气体隔离板的通孔中，但是并不进入其它板层的通孔。
4.如权利要求1或2所述的燃料电池的密封结构，其特征在于：在所述的燃料电池中，一侧的催化剂附着在一侧气体扩散层表面并与质子交换膜相对，或者附着在质子交换膜表面并与一侧气体扩散层相对；另一侧的催化剂附着在另一侧气体扩散层表面并与质子交换膜相对，或者附着在质子交换膜表面并与另一侧气体扩散层相对。
5.如权利要求1或2所述的燃料电池的密封结构，其特征在于：所述的由一侧气体隔离板、一侧气体扩散层、一侧催化剂、质子交换膜、另一侧催化剂、另一侧气体扩散层和另一侧气体隔离板组成的单元结构，至少重复2次，纵向相叠形成电堆；单元结构之间，直接相贴，或者由导电材料相隔，并且有纵向的压紧力使其连接。
6.如权利要求1或2所述的燃料电池的密封结构，其特征在于：所述另一侧气体隔离板为不透气的导电材料，其边缘与外界没有通道。
7.如权利要求1或2所述的燃料电池的密封结构，其特征在于：所述另一侧气体隔离板为透气或不透气的导电材料，贯穿其边缘处有通道与外界相连。
8.如权利要求1或2所述的燃料电池的密封结构，其特征在于：所述形成阶梯状的一侧气体隔离板、一侧气体扩散层和质子交换膜以及另一侧气体扩散层的宽度是阶梯形减小的，下面一阶级的宽度比上面的一阶级各大0.2～30mm，即，每一阶梯阶面的宽度为0.2～30mm。
9.如权利要求1或2所述的燃料电池的密封结构，其特征在于：所述一侧和另一侧气体隔离板是软石墨板、硬石墨板、经改性处理的金属板、塑料导电板或导电的碳纤维板。
10.如权利要求1或2所述的燃料电池的密封结构，其特征在于：所述另一侧气体隔离板与所述燃料电池的其它部分之间，没有固定连接，仅依靠装配的压紧力连接。
11.如权利要求1或2所述的燃料电池的密封结构，其特征在于：所述另一侧气体隔离板与所述燃料电池的其它部分之间，通过所述的充填在反阶梯状密封区域中的流体密封材料在该区域中固化形成连接。
12.如权利要求1或2所述的燃料电池的密封结构，其特征在于：还包括另一侧追加气体扩散层，处于另一侧气体扩散层与另一侧气体隔离板之间，其面积与一侧气体隔离板基本相同，其与所述燃料电池的其它部分之间，通过所述的充填在反阶梯状密封区域中的流体密封材料在该区域中固化形成连接。
13.如权利要求1或2所述的燃料电池的密封结构，其特征在于：所述的填充在反阶梯状的密封区域的，为一预先成型的密封圈。
14.一种生产如权利要求10所述的燃料电池的密封结构的方法，燃料电池结构包括一侧气体隔离板，另一侧气体隔离板、数块气体扩散层、涂有催化剂的质子交换膜和圆形密封圈，其步骤包括：
a，准备一块一侧气体隔离板，一块一侧气体扩散层和质子交换膜，它们的面积相等但小于一侧气体隔离板的面积，一块另一侧气体扩散层，其面积小于一侧气体扩散层和质子交换膜的面积，并且在各板和各层上设置至少一对作为氢气流道的通孔；
b，将上述各不同面积的质子交换膜和扩散层按大到小依次重叠在一侧气体隔离板上并形成阶梯状重叠结构；
c，首先，在反阶梯状的密封区域内灌注密封材料；
d，再在另一侧气体扩散层上安放一面积不小于气体隔离板的面积，并且不粘胶的平板或平片，其位置投影应能够覆盖气体隔离板的面积，并施加纵向压紧力，使点胶和涂胶的上下两端可与其相邻的板和扩散层的表面粘结一起；
e，将胶粘结的各板和各层固化10～24小时，然后移除不粘胶的平板或平片；
f，将另一侧气体隔离板安放在已经粘合的另一侧气体扩散层之上，然后施加一定的纵向压紧力形成单电池，或者将上述单元多个纵向重叠后施加一定的纵向压紧力，形成燃料电池电堆。
15.一种生产如权利要求12所述的燃料电池的密封结构的方法，燃料电池结构包括一侧气体隔离板，另一侧气体隔离板、数块气体扩散层、涂有催化剂的质子交换膜和圆形密封圈，其步骤包括：
a，准备一块一侧气体隔离板，一块一侧气体扩散层和质子交换膜，它们的面积相等但小于一侧气体隔离板的面积，一块另一侧气体扩散层，其面积小于一侧气体扩散层和质子交换膜的面积，一块另一侧追加气体扩散层，其面积等于一侧气体隔离板的面积，并且在各板和各层上设置至少一对作为氢气流道的通孔；
b，将上述各不同面积的质子交换膜和扩散层按大到小依次重叠在一侧气体隔离板上并形成阶梯状重叠结构；
c，首先，在反阶梯状的密封区域内灌注密封材料；
d，再在另一侧气体扩散层上安放一块另一侧追加气体扩散层，其面积等于一侧气体隔离板的面积，其位置投影应能够覆盖气体隔离板的面积，并施加纵向压紧力，使点胶和涂胶的上下两端可与其相邻的板和扩散层的表面粘结一起；
e，将胶粘结的各板和各层固化10～24小时；
f，将另一侧气体隔离板安放在已经粘合的另一侧追加气体扩散层之上，然后施加一定的纵向压紧力形成单电池，或者将上述单元多个纵向重叠后施加一定的纵向压紧力，形成燃料电池电堆。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014048254A1 (zh) * 2012-09-28 2014-04-03 引峰新能源科技（上海）有限公司 紧凑安全型燃料电池系统
CN107742735A (zh) * 2017-09-05 2018-02-27 江苏清能新能源技术股份有限公司 一种mea包胶的密封结构及其制造方法和使用方法
CN108711639A (zh) * 2018-05-28 2018-10-26 广州凯风电容器有限公司 一种锂离子电池的封口方法
CN110010920A (zh) * 2019-04-25 2019-07-12 重庆宗申氢能源动力科技有限公司 一种燃料电池流场板
CN111640959A (zh) * 2020-06-02 2020-09-08 浙江锋源氢能科技有限公司 单电池组件和燃料电池电堆
CN111640972A (zh) * 2020-06-02 2020-09-08 浙江锋源氢能科技有限公司 膜电极、单电池组件和燃料电池电堆
CN114586204A (zh) * 2019-11-29 2022-06-03 Avl李斯特有限公司 用于燃料电池堆的单元电池组件和制造方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6287556B2 (ja) * 2014-05-08 2018-03-07 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
US10868320B2 (en) 2014-09-23 2020-12-15 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Stackless fuel cell
WO2018217586A1 (en) 2017-05-25 2018-11-29 Ballard Power Systems Inc. Sealing arrangement for a solid polymer electrolyte fuel cell
CN110518268A (zh) * 2019-08-07 2019-11-29 浙江锋源氢能科技有限公司 燃料电池及其制作方法和模具

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5972196A (en) * 1995-06-07 1999-10-26 Lynntech, Inc. Electrochemical production of ozone and hydrogen peroxide
US5945192A (en) * 1995-06-29 1999-08-31 Japan Gore-Tex, Inc. Sealing assembly for a solid polymer ion exchange membrane
DE19840517A1 (de) * 1998-09-04 2000-03-16 Manhattan Scientifics Inc Gasdiffusionsstruktur senkrecht zur Membran von Polymerelektrolyt-Membran Brennstoffzellen
US6660422B2 (en) 1998-12-11 2003-12-09 Utc Fuel Cells, Llc Proton exchange membrane fuel cell external manifold seal
US6660442B2 (en) * 2001-04-03 2003-12-09 Kao Corporation Nonmagnetic black toner for reversal development
CA2464204C (en) * 2003-04-14 2009-08-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell and conductive separator for the same
EP1643573B1 (en) * 2003-06-24 2012-01-11 Asahi Glass Company, Limited Membrane electrode assembly for solid polymer fuel cell and method for producing same
US7112384B2 (en) * 2003-07-15 2006-09-26 Utc Fuel Cells, Llc Fuel cell manifold seal with rigid inner layer
TWI241046B (en) * 2003-12-12 2005-10-01 Asia Pacific Fuel Cell Tech Sealing structure of modulized proton-exchange-membrane fuel battery
CN100511794C (zh) * 2004-08-30 2009-07-08 旭硝子株式会社 固体高分子型燃料电池用膜电极接合体及固体高分子型燃料电池
US7413826B2 (en) * 2006-02-16 2008-08-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Anode electrodes for direct oxidation fuel cells and systems operating with concentrated liquid fuel

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014048254A1 (zh) * 2012-09-28 2014-04-03 引峰新能源科技（上海）有限公司 紧凑安全型燃料电池系统
CN107742735A (zh) * 2017-09-05 2018-02-27 江苏清能新能源技术股份有限公司 一种mea包胶的密封结构及其制造方法和使用方法
CN107742735B (zh) * 2017-09-05 2021-08-31 上海清能合睿兹新能源科技有限公司 一种mea包胶的密封结构及其制造方法和使用方法
CN108711639A (zh) * 2018-05-28 2018-10-26 广州凯风电容器有限公司 一种锂离子电池的封口方法
CN110010920A (zh) * 2019-04-25 2019-07-12 重庆宗申氢能源动力科技有限公司 一种燃料电池流场板
CN114586204A (zh) * 2019-11-29 2022-06-03 Avl李斯特有限公司 用于燃料电池堆的单元电池组件和制造方法
CN114586204B (zh) * 2019-11-29 2024-06-28 Avl李斯特有限公司 用于燃料电池堆的单元电池组件和制造方法
CN111640959A (zh) * 2020-06-02 2020-09-08 浙江锋源氢能科技有限公司 单电池组件和燃料电池电堆
CN111640972A (zh) * 2020-06-02 2020-09-08 浙江锋源氢能科技有限公司 膜电极、单电池组件和燃料电池电堆

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