用于燃料电池的单元电池制造技术

本发明专利技术涉及一种用于燃料电池的单元电池，其包括膜电极组件(MEA)、设置在MEA的一个表面上的气体扩散层、设置成与气体扩散层间隔开的隔板以及至少一个螺旋弹簧，该至少一个螺旋弹簧插置在气体扩散层与隔板之间，以弹性支撑气体扩散层和隔板，同时将气体扩散层与隔板电连接，并提供反应气体通路以输送反应气体。

Cell for Fuel Cells

【技术实现步骤摘要】
用于燃料电池的单元电池相关申请的交叉引用本申请要求于2018年2月9日提交的第10-2018-0016449号韩国专利申请的优先权，由此该申请通过引用并入本文。
本公开涉及一种用于燃料电池的单元电池。
技术介绍
燃料电池组是通过氢气和氧气的氧化还原反应生成作为燃料电池车辆的主要动力源的电力的装置。通常，燃料电池组通过堆叠包括膜电极组件(MEA)和设置在MEA两侧上的隔板的多个单元电池而形成。MEA包括聚合物电解质膜、设置在聚合物电解质膜的一个表面上的阳极以及设置在聚合物电解质膜的相反表面上的阴极。隔板包括用于向阳极供应氢气的氢气通道、用于向阴极供应空气的空气通道以及用于供应冷却剂的冷却剂通道。阳极通过隔板的氢气通道接收从储氢罐供应的高纯度氢气。阴极通过隔板的空气通道接收由诸如空气压缩机的空气供应装置供应的大气中的空气。然后，随着氢气的氧化反应进行，在阳极中生成质子和电子。生成的质子和电子通过聚合物电解质膜和隔板移动到阴极。另外，在阴极中进行还原反应，从阳极移动的质子和电子以及从空气供应装置供应的大气中的氧气参与该还原反应，从而产生水和由电子流引起的电能。同时，近年来，通过将形成的多孔体和可发泡多孔体插置在隔板与气体扩散层之间而不是在隔板中形成空气通道，已开发并使用了被设置为通过形成的多孔体或可发泡多孔体输送空气的单元电池。当形成通过使用形成的多孔体或可发泡多孔体输送空气的空气通路时，为了单元电池的设计目的，必须调节形成的多孔体或可发泡多孔体的孔隙率。然而，由于可发泡多孔体具有随机形成的几何形状，因此可能难以为了设计目的精确地调节孔隙率。此外，为了制造形成的多孔体，由于制造过程的特性，所以需要模具。因此，形成的多孔体具有以下问题：在安装模具时需要许多成本，并且在为了设计目的而需要形状改变同时优化形成的多孔体的情况下，需要改变模具结构的附加成本。
技术实现思路
本公开的实施例可以解决现有技术中出现的问题，同时通过现有技术所实现的优点维持不变。本公开的方面提供一种用于燃料电池的单元电池，其具有改进的结构以为了设计目的而精确地调节反应气体通路的孔隙率。本公开的另一方面提供一种用于燃料电池的单元电池，其具有改进的结构以根据反应气体通路的区段而不同地调节反应气体通路的孔隙率。本公开的另一方面提供一种用于燃料电池的单元电池，其具有改进的结构以稳定地维持单元电池中的部件之间的接触状态。本公开所要解决的技术问题不限于上述问题，并且本公开所属领域的技术人员将从以下描述中清楚地理解此处未提及的任何其他技术问题。根据本公开的方面，一种用于燃料电池的单元电池包括膜电极组件(MEA)、设置在MEA的一个表面上的气体扩散层、设置成与气体扩散层间隔开的隔板以及至少一个螺旋弹簧，该螺旋弹簧插置在气体扩散层与隔板之间以弹性地支撑气体扩散层和隔板，同时将气体扩散层与隔板电连接，并提供反应气体通路以输送反应气体。优选地，螺旋弹簧被布置成使得每个螺旋弹簧的轴向垂直于MEA的厚度方向。优选地，每个螺旋弹簧固定到隔板上。优选地，每个螺旋弹簧焊接到隔板上。优选地，每个螺旋弹簧由粘合剂粘结到隔板上。优选地，隔板包括至少一个锁定突起以锁定螺旋弹簧中的一个。优选地，每个螺旋弹簧被锁定到锁定突起上，使得螺旋弹簧的弹簧螺距根据反应气体通路的区段而变化。优选地，螺旋弹簧被设置成使得螺旋弹簧的螺距、螺旋弹簧的直径、螺旋弹簧之间的重叠比率以及螺旋弹簧的弹簧丝的直径中的至少一个变化，以根据反应气体通路的区段改变反应气体通路的孔隙率。优选地，螺旋弹簧被布置成从反应气体通路的上游朝向反应气体通路的下游增大反应气体通路的孔隙率。优选地，螺旋弹簧被布置成使得从反应气体通路的上游朝向反应气体通路的下游增大螺旋弹簧的弹簧螺距。优选地，螺旋弹簧被布置成使得从反应气体通路的上游朝向反应气体通路的下游放置螺旋弹簧中具有更长弹簧螺距的螺旋弹簧。优选地，螺旋弹簧被布置成使得从反应气体通路的上游朝向反应气体通路的下游减小螺旋弹簧之间的重叠比率。优选地，螺旋弹簧被布置成使得从反应气体通路的上游朝向反应气体通路的下游增大螺旋弹簧之间的布置距离。优选地，其中，螺旋弹簧被布置成使得从反应气体通路的上游朝向反应气体通路的下游放置螺旋弹簧中具有直径更小的弹簧丝的螺旋弹簧。优选地，螺旋弹簧被布置成使得从反应气体通路的上游朝向反应气体通路的下游放置螺旋弹簧中具有更小直径的螺旋弹簧。优选地，螺旋弹簧被布置成使得每个螺旋弹簧的轴向与反应气体的流动方向形成指定角度。优选地，螺旋弹簧中的至少一些被布置成使得螺旋弹簧中的至少一些的轴向平行于反应气体的流动方向。优选地，螺旋弹簧中的至少一些被布置成使得螺旋弹簧中的至少一些的轴向垂直于反应气体的流动方向。优选地，螺旋弹簧被布置成朝向具有更高电流密度的区域减小反应气体通路的孔隙率。如上所述，本公开涉及用于燃料电池的单元电池并且具有以下效果。首先，根据本专利技术的方面，输送反应气体的反应气体通路的孔隙率通过使用螺旋弹簧进行调节，从而为了单元电池的设计目的而精确地调节反应气体通路的孔隙率，并精确地调节气体扩散层与隔板之间的电阻以与电流密度匹配。其次，根据本专利技术的方面，通过螺旋弹簧的弹性恢复力来补偿气体扩散层的永久收缩应变，从而稳定地维持单元电池中的部件之间的接触状态。附图说明从下面结合附图的详细描述中，本公开的上述和其他目的、特征和优点将更加明显：图1是示出根据本公开的示例性实施例的用于燃料电池的单元电池的堆叠结构的透视图；图2是示出MEA的堆叠结构的截面图；图3是示意性地示出螺旋弹簧的形状的视图；图4是示出被布置成多行的螺旋弹簧的状态的视图；图5A是示出图4所示的螺旋弹簧被布置成平行于反应气体的流动方向的状态的视图；图5B是示出图4所示的螺旋弹簧被布置成垂直于反应气体的流动方向的状态的视图；图6是示出以Z字形图案折叠的螺旋弹簧的布置状态的视图；图7是示出以盘旋状折叠的螺旋弹簧的布置状态的视图；图8是示出焊接到第一隔板上的螺旋弹簧的视图；图9A至图9C是示出螺旋弹簧被锁定到第一隔板的锁定突起上的状态的视图；图10A至图10C是示出螺旋弹簧被布置成彼此重叠的状态的视图；以及图11至图14是示出通过使用螺旋弹簧调节反应气体通路的孔隙率的方式的视图。具体实施方式在下文中，将参考附图详细描述本公开的一些实施例。在以下描述中，尽管元件在不同的附图中示出，但是相同的标号将被赋予相同的元件。另外，在以下对本公开的实施例的描述中，将排除公知特征或功能的详细描述，以便避免不必要地模糊本公开的主旨。在根据本公开的实施例的元件的以下描述中，可以使用词语“第一”、“第二”、“A”、“B”、“(a)”和“(b)”。这些词语仅用于区分相关元件与其他元件，而相关元件的性质、顺序或序列不限于这些词语。另外，除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术或科学术语)具有与本公开所属领域的技术人员通常所理解的相同的含义。如在通常使用的字典中定义的那些术语应被解释为具有等同于相关
中的情境含义，并且不应被解释为具有理想的或过于正式的含义，除非明确在本申请中定义为具有此含义。图1是示出根据本公开的示例性实施例的用于燃料电池的单元电池的堆叠结构的透视图，并且图2是示出MEA的堆叠结构的截面图。参考图1，根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于燃料电池的单元电池，所述单元电池包括：膜电极组件；气体扩散层，设置在所述膜电极组件的一个表面上；隔板，设置成与所述气体扩散层间隔开；以及螺旋弹簧，插置在所述气体扩散层与所述隔板之间，以弹性支撑所述气体扩散层和所述隔板，同时将所述气体扩散层与所述隔板电连接，并提供反应气体通路以输送反应气体。

【技术特征摘要】
2018.02.09 KR 10-2018-00164491.一种用于燃料电池的单元电池，所述单元电池包括：膜电极组件；气体扩散层，设置在所述膜电极组件的一个表面上；隔板，设置成与所述气体扩散层间隔开；以及螺旋弹簧，插置在所述气体扩散层与所述隔板之间，以弹性支撑所述气体扩散层和所述隔板，同时将所述气体扩散层与所述隔板电连接，并提供反应气体通路以输送反应气体。2.根据权利要求1所述的单元电池，其中，所述螺旋弹簧包括多个螺旋弹簧。3.根据权利要求1所述的单元电池，其中，所述螺旋弹簧被布置成使得所述螺旋弹簧的轴向垂直于所述膜电极组件的厚度方向。4.根据权利要求1所述的单元电池，其中，所述螺旋弹簧被固定到所述隔板上。5.根据权利要求4所述的单元电池，其中，所述螺旋弹簧被焊接到所述隔板上。6.根据权利要求4所述的单元电池，其中，所述螺旋弹簧由粘合剂粘结到所述隔板上。7.根据权利要求2所述的单元电池，其中，所述隔板包括锁定突起以锁定所述螺旋弹簧中的一个。8.根据权利要求7所述的单元电池，其中，每个螺旋弹簧被锁定到所述锁定突起上，使得所述螺旋弹簧的弹簧螺距根据所述反应气体通路的区段而变化。9.根据权利要求2所述的单元电池，其中，所述螺旋弹簧被设置成使得改变所述螺旋弹簧的至少一个特性，以根据所述反应气体通路的区段改变所述反应气体通路的孔隙率，所述特性选自由以下组成的组：所述螺旋弹簧的螺距、所述螺旋弹簧的直径、所述螺旋弹簧之间的重叠比率以及所述螺旋弹簧的弹簧丝的直径。10.根据权利要求2所述的单元电池，其中，所述螺旋弹簧被布置成从所述反应气体通路的上游朝向所述反应气体通路的下游增大所述反应气体通路的孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：金正翊，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，起亚自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR