燃料电池堆组件制造技术

本公开提供了一种用于车辆的燃料电池堆组件，其包括第一端板、第二端板以及设置在第一端板与第二端板之间的多个第一燃料电池。多个第一燃料电池可限定邻近薄燃料电池的厚燃料电池的重复模式。多个第一燃料电池中的各燃料电池具有活性区域厚度。本公开的燃料电池堆组件可进一步包括多个第二标称燃料电池。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池堆组件
本公开涉及车辆中使用的燃料电池堆，并且更具体地涉及一种效率改进的燃料电池堆。
技术介绍
以下公开内容涉及质子交换膜(PEM)燃料电池堆。制造方法还可用于其他类型的燃料电池堆，例如，SOFC燃料电池堆、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)或直接甲醇燃料电池(DMFC)。进一步地，本公开还可用于电解电池(例如，固体氧化物电解电池)以及此类电池堆。由于燃料电池或电解电池的电化学反应及功能并不构成本专利技术的实质内容，因此，这些内容将不在此进行详细描述，而是将其视为是本领域技术人员所熟知的。在传统的燃料电池堆114(如图1A所示)中，多个燃料电池单元118与传统的平端板110组装形成燃料电池堆114。将理解的是，UEA116可设置在双极板上，由此在其他结构相似的燃料电池118之间形成燃料电池118，其中额外燃料电池由虚线115示意性地示出。UEA116可包括被设置成邻近膜电解质组件(MEA)的阳极面和阴极面的扩散介质(也被称为气体扩散层)。MEA包括薄质子导电聚合物膜电解质，其中阳极电极膜形成在该膜电解质的一个面上，而阴极电极膜形成在其相对面上。一般而言，此类膜电解质由离子交换树脂制成，并通常包括全氟磺酸聚合物，例如，可从E.I.DuPontdeNemeours&Co.购得的NAFIONTM。另一方面，阳极膜和阴极膜通常包括(1)细化分裂的碳微粒、附着在碳微粒的内、外表面上的非常细化分裂的催化剂微粒以及与催化剂微粒和碳微粒混合的质子导电材料(例如，NAFIONTM)或(2)仅催化剂微粒而无碳微粒分布在聚四氟乙烯(PTFE)粘结剂中。燃料电池堆114的效率取决于各种UEA116与双极板之间的小接触电阻。压缩力132必须足够大，并在燃料电池堆114的整个长度130上均匀分布，以确保各燃料电池118之间存在电接触；但该压缩力不得过大，以至于使得过多的压缩力132损坏电解质、电极或电互连，或阻碍流过UEA116的气流。为了保持燃料电池堆114的气密性，燃料电池堆的压缩对于燃料电池堆的各层之间的密封同样至关重要。然而，相当常见的是，沿着燃料电池堆114的长度130存在有各种压缩力132，从而导致燃料电池堆114的操作效率较低。在这种情况下，燃料电池堆114内的特定区域可能会出现压缩力132过高的情况，而同一燃料电池堆内的其他区域则可能会出现压缩力132不足的情况。如图所示，若整个燃料电池堆上的力不均匀，则可能会导致燃料电池堆发生损坏或性能降低。因此，需要提供一种制造耐用的燃料电池堆的方法，其使得负载(压缩力132)沿着燃料电池堆的长度从一个端板均匀地分布至另一端板。在本
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅为了加强对本专利技术的
技术介绍
的理解，因此，其可能含有并不构成这个国家的本领域技术人员已经知晓的现有技术的信息。因此，需要一种用于燃料电池堆的改进端板单元，其使得压缩负载能够在整个燃料电池堆上更好地进行分布。
技术实现思路
本公开提供了一种用于在车辆中使用的燃料电池堆组件，其中燃料电池堆中的各燃料电池的活性区域之间的压缩力基本上相等。换言之，整个燃料电池堆上的压缩力沿着燃料电池堆的长度均匀地分布。根据本公开的燃料电池堆组件包括第一端板、第二端板以及设置在第一端板与第二端板之间的多个第一燃料电池。多个第一燃料电池可限定燃料电池的第一重复模式，其中这些燃料电池选自标称燃料电池、厚燃料电池以及薄燃料电池中的至少一个。各标称燃料电池可选自第一组，各厚燃料电池可选自第三组，且各薄燃料电池可选自第二组。可在多个第一燃料电池中重复的第一模式可包括邻近薄燃料电池以及各燃料电池的厚燃料电池。可在多个第一燃料电池中重复的可选第一模式可为邻近第二标称燃料电池的第一标称燃料电池。然而，可在多个第一燃料电池中重复的另一可选第一模式可为设置在厚燃料电池与标称燃料电池之间的薄燃料电池。多个第一燃料电池中的各燃料电池可限定具有公差的活性区域厚度，其中各薄燃料电池的公差在约-25μm至约-10μm之间的范围内，各厚燃料电池的公差在约10μm至约25μm之间的范围内，且各标称燃料电池的公差在约-10μm至约10μm之间的范围内。将理解的是，第一实施例的燃料电池堆组件可进一步包括多个第二燃料电池，其中多个第二燃料电池限定燃料电池的第二模式，其中这些燃料电池由薄燃料电池、厚燃料电池以及标称燃料电池中的至少一个限定。多个第二燃料电池的第二模式不同于多个第一燃料电池的第一模式。多个第二燃料电池可设置在多个第一燃料电池与第二端板之间。多个第一燃料电池和多个第二燃料电池中的各燃料电池包括由第一气体扩散层、第二气体扩散层以及设置在第一辅助垫圈与第二辅助垫圈之间的中间层形成的活性区域，其中活性区域厚度由第一辅助垫圈的第一表面与第二辅助垫圈的第二表面之间的距离限定。将理解的是，多个第一燃料电池设置在第一端板与第二端板之间，该多个燃料电池由设置在厚燃料电池与薄燃料电池之间的标称燃料电池的重复模式限定。在第二实施例中，本公开的燃料电池堆组件可由多个第一燃料电池以及多个第二燃料电池形成，其中多个第一燃料电池随机选自第一组燃料电池、第二组燃料电池以及第三组燃料电池，且多个第二燃料电池特意选自第一组、第二组以及第三组中的至少一组，其中多个第一燃料电池和多个第二燃料电池都设置在第一端板与第二端板之间。通过以下参考附图进行的详细说明，本公开及其特定特征和优点将变得更加显而易见。附图说明通过以下详细说明、最佳方式、权利要求以及附图，本公开的这些及其他特征和优点将变得显而易见。在这些附图中：图1A是示出了传统PEM燃料电池堆的展开图。图1B是示出了根据本公开各种实施例的燃料电池的示意性剖视图。图1C是示出了根据本公开的示例性非限制性PEM燃料电池堆的展开图。图2是示出了根据本公开的制造燃料电池堆的第一种方法的流程图。图3是示出了根据本公开的制造燃料电池堆的第二种方法的流程图。图4是示出了根据本公开的制造燃料电池堆的第三种方法的流程图。图5是示出了根据本公开的制造燃料电池堆的第四种方法的流程图。图6是示出了根据第一种方法进行组装的燃料电池堆组件的第一实施例以及燃料电池的示意图。图7是示出了根据第一实施例的另一燃料电池堆组件的示意图。图8是示出了根据第三种方法进行组装的燃料电池堆组件以及燃料电池的示意图。图9是示出了同样根据第一实施例的可选非限制性示例性燃料电池堆组件的示意图。在对附图的若干视图进行的说明中，相同的附图标记表示相同的部件。具体实施方式现将详细地参考本公开当前优选的组合物、实施例以及方法，其构成了实践专利技术人目前所知的本公开内容的最佳方式。附图并不一定是成比例的。然而，将理解的是，所公开的实施例仅仅是本公开的示例性实施例，其可以以各种可选的形式进行实现。因此，本文中公开的具体细节不应被解释为具有限制性，而是仅仅作为本公开任一方面的代表性基础和/或作为用于教导本领域技术人员以不同方式运用本公开内容的代表性基础。除了在示例中或另外明确指出的以外，本说明书中表示材料的量或反应和/或使用的条件的所有数值量应被理解为在描述本公开的最宽范围时被词语“约”所修饰。通常优选的是在说明的数值范围内的实用值。此外，除非明确指出与此相反，否则：百分比、“份数”以及比值均以重量计；针对适于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于车辆的燃料电池堆组件，包括：第一端板；第二端板；以及设置在所述第一端板与所述第二端板之间的多个第一燃料电池，其中所述多个第一燃料电池限定邻近薄燃料电池的厚燃料电池的重复模式，且其中所述多个第一燃料电池中的各燃料电池具有活性区域厚度。

【技术特征摘要】
2017.05.04 US 15/5865221.一种用于车辆的燃料电池堆组件，包括：第一端板；第二端板；以及设置在所述第一端板与所述第二端板之间的多个第一燃料电池，其中所述多个第一燃料电池限定邻近薄燃料电池的厚燃料电池的重复模式，且其中所述多个第一燃料电池中的各燃料电池具有活性区域厚度。2.根据权利要求1所述的燃料电池堆组件，其中所述薄燃料电池选自第二组燃料电池，且所述厚燃料电池选自第三组燃料电池。3.根据权利要求2所述的燃料电池堆组件，其中所述多个第一燃料电池中的各燃料电池包括所述活性区域厚度的公差，且其中，各薄燃料电池的所述活性区域厚度的所述公差在约-25μm至约-10μm之间的范围内，且各厚燃料电池的所述活性区域厚度的所述公差在约10μm至约25μm之间的范围内。4.根据权利要求3所述的燃料电池堆组件，其中多个第二燃料电池设置在所述多个第一燃料电池与所述第二端板之间，其中所述多个第二燃料电池中的各燃料电池为选自第一组燃料电池的标称燃料电池。5.根据权利要求4所述的燃料电池堆组件，其中所述多个第二燃料电池中的各燃料电池具有活性区域厚度公差，其中所述活性区域厚度公差在约-10μm至约10μm之间的范围内。6.根据权利要求5所述的燃料电池堆组件，其中所述多个第一燃料电池和所述多个第二燃料电池中...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·罗克，杨曦，席亮，S·徐，YH·黎，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US