丰田第二代Mirai单电池封装工艺

与丰田第一代Mirai(图片|配置|询价)燃料电池采用EPDM硫化粘接方案不同，第二代Mirai因采用热塑性粘合和紫外线UV辐射固化工艺，单电池封装时间从十几分钟降至几秒。本文分享丰田第二代Mirai一体化单电池封装方法及工艺。

丰田一体式单元电池封装结构示意

区别于丰田的一体式单元电池结构，目前国内主流的PEM燃料电池结构为膜电极和双极板的分离式结构，即膜电极和双极板分别作为物理上独立的两个子零件。注意，在分离结构中，双极板组件中的阴、阳极板分别为某一节发电单元的阴极板和相邻节发电单元的阳极板。而在先进的一体式单元电池结构中，物理上仅有单电池一个子零件，该单电池由阴极板、阳极板和膜电极构成一个完成的发电单元。下面将首先分享当前国内主流的膜电极和双极板分离式结构。

双极板和膜电极分离式结构

在国内主流的分离式结构中，膜电极封装工艺为双边框结构膜电极，主要制备过程如下：

• 通过转印或涂布方法在质子膜两侧形成阴极催化层和阳极催化层，制成三层结构CCM；
• 将CCM外围与预涂有胶粘剂的两个边框热压粘接，形成五层结构；
• 将阴极气体扩散层和阳极气体扩散层分别通过胶粘剂粘接边框，形成七层结构的膜电极。

在国内主流的分离式结构中，金属双极板工艺过程主要为冲压、焊接、涂层和粘贴密封件，具体工艺过程为：

• 对超薄金属薄板通过冲压成型方式制成阴极板和阳极板；
• 通过激光焊接工艺将阴极板和阳极板进行机械连接，形成冷却液腔密封；
• 将焊接后的双极板组件进行涂层处理，提高寿命；
• 将事先预制成型的密封件粘贴在双极板两侧以进行气腔密封。

为提升一致性、维护便利性和规模量产能力，丰田全球率先开发和使用了业界领先的一体式单元电池结构。在一体式单元电池结构中，膜电极和极板通过EPDM硫化粘接或边框热熔粘接形成一体的单电池。下面将分享丰田第二代Mirai一体式单元电池封装方法及工艺。

第二代Mirai粘接密封结构

首先，通过阴极直涂、阳极转印方法在质子交换膜两侧分别形成阴极催化层和阳极催化层，此后将阳极气体扩散层热压至阳极催化层，构成不带阴极气体扩散层的膜电极接合体。

准备两侧预涂有固体胶膜的树脂边框，如下图所示。注意，树脂边框是将极板内流动的氢气、空气和防冻液密封的构件。

采用丝网印刷方法在树脂边框开口部的边缘区域涂敷粘合剂-UV光固化胶，如下图所示。

反转树脂边框，将涂有UV光固化胶的树脂边框侧朝下，如下图所示。

使涂有UV胶的树脂边框按压膜电极接合体，此时粘合剂会向树脂边框的开口部溢出到阴极气体扩散层的预定区域。通过UV照射装置从上方对粘合剂进行UV照射，使粘合剂固化形成UV胶层，如下图所示。

将阴极气体扩散层配置在树脂边框的开口部内，通过粘合剂的粘力保持在预定位置，与膜电极接合体贴合，如下图所示。

将树脂边框夹入阴极板、阳极板内，使用内置加热装置的模具对树脂边框进行热压接合，最终形成一体式单元电池结构，如下图所示。

文章来源：燃料电池干货

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