燃料电池部件及燃料电池制造技术

本实用新型专利技术涉及一种燃料电池部件，该燃料电池部件包括：金属双极板和流场密封件；该金属双极板具有流场通道图案，该通道图案已由涉及金属片的片状金属变形的过程而产生，该金属片具有小于1毫米的厚度；该流场密封件形成在第一片状元件上，所述流场密封件包括板侧密封层和电极侧密封层，所述板侧密封层是在一侧上附接至第一片状元件的丝网印刷的硅氧烷聚合物层，所述电极侧密封层是被设置在板侧密封层之上并连接至板侧密封层的丝网印刷的硅氧烷聚合物层；其中板侧密封层和电极侧密封层具有不同的压缩变形比，板侧密封层具有比电极侧密封层更低的压缩变形比。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池部件及燃料电池
本专利技术涉及燃料电池部件、包含这种燃料电池部件的燃料电池以及制备燃料电池部件的方法。
技术介绍
为了产生电力，燃料电池通常要求氢气流过阳极以及氧气或空气流过阴极。在实际的实施例中，这是通过为氢气和氧气或空气提供槽形通道以流动穿过而实现的。氢气通过槽形通道的开口侧与阳极接触，氢气流动穿过该槽形通道。这可以通过覆盖槽形通道的开口侧来实现，氢气利用阳极流动穿过该槽形通道。在不同的实施例中，槽形通道的开口侧被气体扩散层覆盖，且阳极被设置在气体扩散层的相对侧上。然后氢气从槽形通道扩散穿过气体扩散层，随后与阳极接触。同样地，氧气或空气氢通过槽形通道的开口侧与阴极接触，氧气或空气流动穿过该槽形通道。这可以通过覆盖槽形通道的开口侧来实现，氧气或空气利用阴极流动穿过该槽形通道。在不同的实施例中，槽形通道的开口侧被气体扩散层覆盖，且阴极被设置在气体扩散层的相对侧上。然后氧气或空气从槽形通道扩散穿过气体扩散层，随后与阴极接触。槽形通道可设于燃料电池双极板中，在这种情况下槽形通道被称作流场。在质子交换膜燃料电池中，阳极和阴极形成部分的膜电极组件（MEA）。可选地，气体扩散层在双极板和邻近的膜电极组件之间存在。为了确保氢气、空气和/或氧气不从燃料电池泄漏，密封件被设置在双极板和邻近的膜电极组件之间。该密封件设置成邻近流场，并通常围绕流场和/或围绕双极板中的供给口或排出口而延伸。已知在双极板上或在膜电极组件上形成该密封件，例如通过注射成型或丝网印刷，或已知将该密封件单独制备成垫圈，然后在构建燃料电池时将该垫圈设置在双极板上。双极板可由石墨基材料或由金属制成。金属双极板优于石墨基板，例如它们可以更薄和更轻，但特别是对于薄板，需要特别注意密封。在燃料电池中，双极板和其它部件彼此紧夹，这能够导致双极板和/或膜电极组件和/或气体扩散层中的局部变形和高局部峰值负载，双极板、膜电极组件和气体扩散层均由相当精密的材料制成。流场的通道的壁可能因为密封件的膨胀或当它们与燃料电池的其它部分接触时变形。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有改进的密封的燃料电池部件。根据本专利技术，提供一种燃料电池，该燃料电池包括：金属双极板，该金属双极板具有流场通道图案，该双极板包括第一金属片状元件，该第一金属片状元件包括所述流场通道图案的至少部分，所述流场通道图案的至少部分的形式为在所述第一金属片状元件的表面的至少部分上延伸的通道图案,具有所述通道图案的所述第一金属片状元件已由涉及金属片的片状金属变形的过程产生，该金属片具有小于1毫米的大体上均匀的厚度；流场密封件，该流场密封件已形成在第一片状元件上，所述流场密封件邻近已设有通道图案的第一片状元件的表面区域而延伸；所述流场密封件包括板侧密封层和电极侧密封层，所述板侧密封层是在一侧上附接至第一片状元件的丝网印刷的硅氧烷聚合物密封层，所述电极侧密封层是被设置在板侧密封层之上并连接至板侧密封层的丝网印刷的硅氧烷聚合物密封层；其中板侧密封层和电极侧密封层具有互不相同的压缩变形比，板侧密封层具有比电极侧密封层更低的压缩变形比。根据本专利技术的燃料电池部件包括具有流场图案的双极板和已形成在所述双极板上的流场密封件。根据本专利技术，该双极板包括至少一个薄金属片状元件，通道图案形成或流场图案的形成部分已由涉及片状金属变形的过程提供至该至少一个薄金属片状元件中。具有小于1mm的均匀厚度、最初为平的金属片经受片材变形过程，例如液压成形、冲压或压印，以设有一个或多个开顶型槽状通道的通道图案。形成通道的壁的材料从未变形的金属片的平面突出，要么到达未变形的板的平面一侧，要么到达未变形的板的平面相互相对的两侧。第一金属片状元件的材料厚度在变形后通常小于1毫米。实际上，这种类型的双极板当其设置在燃料电池中时，容易出现密封问题，特别是因为双极板的材料的厚度。实际上，趋势是朝向越来越薄的双极板，这使得越来越难以获得可靠的密封。因此，根据本专利技术，提供已形成在第一片状元件上的流场密封件，所述流场密封件邻近已设有通道图案的第一片状元件的表面区域而延伸。该流场密封件包括板侧密封层和电极侧密封层。该板侧密封层是在一侧上附接至第一片状元件的丝网印刷的硅氧烷聚合物密封层。该电极侧密封层是被设置在板侧密封层之上并连接至板侧密封层的丝网印刷的硅氧烷聚合物密封层。该板侧密封层和电极侧密封层具有互不相同的压缩变形比，板侧密封层具有比电极侧密封层更低的压缩变形比。本专利技术所提供的该流场密封件具有几个优点。该流场密封件已形成在第一金属片状元件上，而不是将单独制造的密封件或垫圈放置在第一金属片状元件上。通过使流场密封件形成在第一金属片状元件上，流场密封件立刻紧随第一金属片状元件中的任何不均匀，例如通过填充任何凹陷，可以获得仍然均匀（如平坦）的流场密封件的顶部。形成流场密封件的合适的方式是通过丝网印刷第一和第二电极侧密封层。丝网印刷是从硅氧烷聚合物中精确地形成密封件的可靠方式。板侧密封层被附接至第一金属片状元件。通过将该板侧密封层丝网印刷至该第一金属片状元件上，板侧密封层和第一金属片状元件之间已经获得粘合。该粘合能够可选地进一步提高，例如通过为第一金属片状元件提供片材底漆或涂层，该片材底漆或涂层提高板侧密封层和第一金属片状元件之间的粘附。可选地，该片材底漆可通过丝网印刷应用于第一金属片状元件。该片材底漆位于第一金属片状元件和流场密封件之间，所述流场密封件包括板侧密封层和电极侧密封层。除流场密封件的板侧密封层和电极侧密封层之外还存在片材底漆。作为另选或补充，一种或多种添加剂可以被加入至板侧密封层的硅氧烷聚合物，如形成酸基团的添加剂，该添加剂旨在提高板侧密封层的硅氧烷聚合物与第一金属片状元件的粘附。有利的是，板侧密封层附接至双极板，因为例如在燃料电池的组装过程中当双极板变形时，例如当双极板与膜电极组件的堆叠夹在一起时，流场密封件将沿着第一金属片状元件变形。此外，通过第一金属片状元件和板侧密封层的接触表面，板侧密封层至第一金属片状元件的附接减少了泄漏的风险。电极侧密封层被丝网印刷在板侧密封层上。板侧密封层和电极侧密封层相互连接，要么直接地连接，要么通过一个或多个中间层连接。中间层可以例如是另外的密封层或粘附改善层。在任何中间层存在的情况下，在板侧密封层已被丝网印刷至第一金属片状元件上之后，但在电极侧密封层被丝网印刷之前，该中间层被应用至板侧密封层上。在根据本专利技术的流场密封件中，板侧密封层和电极侧密封层具有互不相同的压缩变形比，板侧密封层具有比电极侧密封层更低的压缩变形比。一般而言，压缩变形比是：当在垂直于该密封层的厚度的一个方向上施加具体、确定的压缩压力至各个密封层时各个密封层的厚度的改变、相对于当没有压缩压力或其它机械负载施加至各个密封层时各个密封层的厚度之比。当然，不同的密封层的压缩变形比利用对每层使用相同的压缩力来确定。根据本专利技术，确定密封层的压缩变形比的可能的方式是，在德国标准（DIN）53291-1982中所描述的测试方法，称为“夹层测试；垂直于表面的压缩试验”。例如，密封层的压缩变形比可以通过如下方式确定。该密封层将被丝网印刷在基底上，但在这完成之前，该基底的厚度在测试期间由于密封层上将被施加压力而减少，该减少被确定。或者，选择极其刚性的基底，使得由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.燃料电池部件，该燃料电池部件包括：金属双极板，该金属双极板具有流场通道图案，该双极板包括第一金属片状元件，该第一金属片状元件包括所述流场通道图案的至少部分，所述流场通道图案的至少部分的形式为在所述第一金属片状元件的表面的至少部分上延伸的通道图案,具有所述通道图案的所述第一金属片状元件已由涉及金属片的片状金属变形的过程产生，该金属片具有小于1毫米的均匀的厚度；流场密封件，该流场密封件已形成在第一片状元件上，所述流场密封件邻近已设有通道图案的第一片状元件的表面区域而延伸；所述流场密封件包括板侧密封层和电极侧密封层，所述板侧密封层是在一侧上附接至第一片状元件的丝网印刷的硅氧烷聚合物密封层，所述电极侧密封层是被设置在板侧密封层之上并连接至板侧密封层的丝网印刷的硅氧烷聚合物密封层；其中板侧密封层和电极侧密封层具有互不相同的压缩变形比，板侧密封层具有比电极侧密封层更低的压缩变形比。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.27 NL 20138931.燃料电池部件，该燃料电池部件包括：金属双极板，该金属双极板具有流场通道图案，该双极板包括第一金属片状元件，该第一金属片状元件包括所述流场通道图案的至少部分，所述流场通道图案的至少部分的形式为在所述第一金属片状元件的表面的至少部分上延伸的通道图案,具有所述通道图案的所述第一金属片状元件已由涉及金属片的片状金属变形的过程产生，该金属片具有小于1毫米的均匀的厚度；流场密封件，该流场密封件已形成在第一片状元件上，所述流场密封件邻近已设有通道图案的第一片状元件的表面区域而延伸；所述流场密封件包括板侧密封层和电极侧密封层，所述板侧密封层是在一侧上附接至第一片状元件的丝网印刷的硅氧烷聚合物密封层，所述电极侧密封层是被设置在板侧密封层之上并连接至板侧密封层的丝网印刷的硅氧烷聚合物密封层；其中板侧密封层和电极侧密封层具有互不相同的压缩变形比，板侧密封层具有比电极侧密封层更低的压缩变形比。2.根据权利要求1所述的燃料电池部件，其中双极板还包括第二金属片状元件，该第二金属片状元件包括流场通道图案的至少部分，所述流场通道图案的至少部分的形式为在所述第二金属片状元件的表面的至少部分上延伸的通道图案,具有所述通道图案的所述第二金属片状元件已由涉及金属片的片状金属变形的过程产生，该金属片具有小于1毫米的大体上均匀的厚度，其中第一片状元件和第二片状元件用第一片状元件的通道图案和/或第二片状元件的通道图案相互连接，该第一片状元件的通道图案和/或第二片状元件的通道图案提供第一片状元件和第二片状元件之间的通道，并且其中该流场密封件在背离该第二片状元件的一侧上附接至该第一片状元件。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池部件，其特征是该燃料电池部件还包括第二流场密封件，所述第二流场密封件位于该双极板的一侧上，该侧背离第一流场密封件所位于的双极板的一侧。4.根据权利要求1或2所述的燃料电池部件，其特征是第一片...

【专利技术属性】
技术研发人员：莱奥·阿尔伯特·约翰·奥布兰特，
申请(专利权)人：博瑞特有限公司，
类型：新型
国别省市：比利时,BE