用于燃料电池的分离器组件和包括其的燃料电池堆制造技术

本发明专利技术提供一种用于燃料电池的分离器组件，包括：第一分离器，其具有提供密封的突出的密封凸部；第二分离器，其接合到第一分离器以与其一体化，并在与形成密封凸部的位置相对应的位置具有沿与密封凸部相同的方向突出的拱形凸起；垫片，其在形成第二分离器的凸起的位置处设置在凸起的与凸起的凸面相反的凹面上；以及密封剂，其在形成第一分离器的密封凸部的位置处涂布到密封凸部的凸面上。

【技术实现步骤摘要】
用于燃料电池的分离器组件和包括其的燃料电池堆
本专利技术涉及一种用于燃料电池的分离器组件以及包括该分离器组件的燃料电池堆，更具体地，涉及一种配置为在降低生产成本的同时具有改善的气密性和耐久性的燃料电池堆。
技术介绍
如本领域所公知的，燃料电池是一种通过电池组中的电化学反应将燃料的化学能转换成电能的发电装置。燃料电池具有广泛的应用，包括用作工业发电装置、用作家用发电装置、为车辆供电以及为诸如便携式设备的小型电子设备供电。近年来，燃料电池被越来越多地用作高效清洁能源。图1(现有技术)是示出典型的燃料电池堆的结构的视图，图2(现有技术)是示出应用子垫片(subgasket)的燃料电池的单元电池的视图，以及图3(现有技术)是示出应用子垫片的燃料电池的单元电池中的垫片的布置的视图。如图1所示，典型的燃料电池堆具有位于其最内部的膜电极组件(MEA)10。MEA10包括允许带正电荷离子(质子)通过其迁移的聚合物电解质膜(PEM)11、以及涂布在PEM11的两面上以引起氢和氧的反应的催化剂层(CL)，即阳极12和阴极13。此外，气体扩散层(GDL)20层叠在MEA10的外侧，即阳极12和阴极13所处位置的外侧，并且分离器30a和30b(各自具有用于供应燃料并排出在MEA10中通过反应产生的水的流场)分别位于GDL20的外侧，其中垫片40介于分离器(隔板)30a和30b之间。端板50组装到MEA10的最外侧，以在结构上将上述各个部件支撑并固定在适当的位置。因此，在燃料电池堆的阳极12处，发生氢被氧化的氧化反应从而产生氢离子(质子)和电子，并且所产生的质子和电子分别通过PEM11和导线流到阴极13。在阴极13处，通过从阳极12流出的质子和电子、以及空气中包含的氧参与的电化学反应产生水，并且电子的流动产生电力。同时，分离器30a和30b通常被制造成使得用作支撑件的凸台(land)和用作流体的流动路径的通道交替重复。换句话说，典型的分离器具有这样的结构，其中凸台和通道(流动路径)以蛇形结构交替重复。因此，面向GDL20的分离器一侧的通道用作使诸如氢或空气的反应气体流过的空间，而另一侧的通道用作冷却剂流过的空间。因此，单个单元电池可由一对分离器组成，即由一个带有氢/冷却剂通道的分离器，以及另一个带有空气/冷却剂通道的分离器组成。另一方面，如图2所示，MEA10包括阳极12和阴极13周围的外围部分的子垫片14，以便于处理PEM11、阳极12和阴极13，同时改善电池堆的气密性。此外，多个入口歧管和出口歧管分别设置在子垫片14的两侧和分离器30a和30b的两侧。另一方面，如图3所示，因为反应气体和冷却剂必须在子垫片14和一对分离器30a和30b之间流动，所以具有预定厚度的注射成型橡胶垫片40a、40b和40c布置在子垫片14和一对分离器30a和30b之间。因此，当单元电池彼此堆叠时，垫片压紧，从而在保持其间的间隔的同时确保电池堆的气密性。然而，橡胶垫片40a、40b和40c的制造成本很高。因此，提出了一种具有密封凸部(beadseal)的分离器。密封凸部从分离器的表面一体地突出，该密封凸部的高度等于布置在分离器之间的垫片40a、40b和40c的厚度，并且以薄层形式将密封剂涂布到分离器上，从而确保电池堆的气密性。然而，在通过将多个单元电池彼此堆叠后压紧它们来形成燃料电池堆的情况下，由于作用在形成密封凸部的部分上的面压，密封凸部的形状发生改变，导致电池堆的气密性降低。前述内容仅旨在帮助理解本专利技术的背景，并且不旨在表示本专利技术落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。
技术实现思路
因此，本专利技术提供了一种燃料电池以及包括该燃料电池的燃料电池堆，其中燃料电池堆配置为在降低生产成本的同时具有改善的气密性和耐久性。根据本专利技术的一方面，提供一种用于燃料电池的分离器组件，所述分离器组件包括：第一分离器，其具有提供密封的突出的密封凸部(beadseal)；第二分离器，其接合到第一分离器以与其一体化，并在与形成密封凸部的位置相对应的位置具有沿与密封凸部相同的方向突出的拱形凸起；垫片(gasket)，其在形成第二分离器的凸起的位置设置在凸起的与凸起的凸面相反的凹面上；以及密封剂，其在形成第一分离器的密封凸部的位置涂布到密封凸部的凸面上。形成在第二分离器处的凸起的突出高度可低于形成在第一分离器处的密封凸部。形成在第二分离器处的凸起的高度可等于或小于第一分离器和第二分离器的厚度之和。垫片的宽度可大于密封剂的宽度。垫片可通过注入(注塑)弹性橡胶材料而形成，以及密封剂可通过丝网涂覆涂布。根据本专利技术的另一方面，提供一种通过堆叠多个单元电池形成的燃料电池堆，所述燃料电池堆包括：多个单元电池，其各自包括膜电极组件(所述膜电极组件具有设置在其每一侧上的子垫片)、一对气体扩散层、阳极分离器以及阴极分离器，其中构成相邻电池的阳极分离器和阴极分离器布置成彼此面对并接合在一起以彼此一体化，阳极分离器可具有提供密封的突出的密封凸部；以及阴极分离器可在与形成密封凸部的位置相对应的位置具有沿与密封凸部相同的方向突出的拱形凸起。垫片可在形成阴极分离器的凸起的位置设置在凸起的与该凸起的凸面相反的凹面上，并且密封剂可在形成阳极分离器的密封凸部的位置涂布到密封凸部的凸面上。形成在阳极分离器处的密封凸部可朝向与该密封凸部相邻的子垫片突出，并可通过密封剂与子垫片紧密接触而密封；在氢流动的区域中，阳极分离器和阴极分离器可在密封凸部的两侧的位置通过接合点接合在一起；以及密封凸部可具有一对通孔，密封凸部的两侧通过所述通孔彼此连通从而允许氢流过阳极分离器和子垫片之间。形成在阴极分离器处的凸起可沿与相邻的子垫片相反的方向突出，并可通过垫片与子垫片紧密接触而密封；在空气流动的区域中，阴极分离器和阳极分离器可在相对于空气流动方向的空气流动路径的上游侧周围(附近)的凸起外侧的位置彼此间隔开，而阴极分离器和阳极分离器可在相对于空气流动方向的空气流动路径的下游侧周围(附近)的凸起外侧的位置通过接合点接合在一起；以及阴极分离器可在相对于空气流动方向的空气流动路径下游侧周围(附近)的凸起外侧的位置开孔，从而形成穿过阴极分离器的第一和第二表面的通孔，从而允许流过阴极分离器和阳极分离器之间的空气流过阴极分离器和子垫片之间。形成在阴极分离器处的凸起可在与相邻的子垫片相反的方向上突出，并可通过垫片与子垫片紧密接触而密封，并且在空气流动的区域中，垫片可具有台阶，使得垫片的两侧通过台阶彼此连通，从而允许空气流过阴极分离器和子垫片之间。阳极分离器可通过密封剂与子垫片紧密接触而密封，而阴极分离器可通过垫片与子垫片紧密接触而密封，并且在冷却剂流动的区域中，阳极分离器和阴极分离器可在形成于冷却剂在阳极分离器和阴极分离器之间流过的区域中的密封凸部的两侧上的位置彼此间隔开，从而使得冷却剂流过阳极分离器和阴极分离器之间。根据本专利技术，当一对分离器接合在一起以彼此一体化时，将密封凸部应用于一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于燃料电池的分离器组件，所述分离器组件包括：/n第一分离器，具有提供密封的突出的密封凸部；/n第二分离器，接合到所述第一分离器并与其一体化，并且在与形成所述密封凸部的位置相对应的位置具有沿与所述密封凸部相同的方向突出的拱形凸起；/n垫片，在形成所述第二分离器的凸起的位置设置在所述凸起的与所述凸起的凸面相反的凹面上；以及/n密封剂，在形成所述第一分离器的密封凸部的位置涂布到所述密封凸部的凸面上。/n

【技术特征摘要】
20181206 KR 10-2018-01563861.一种用于燃料电池的分离器组件，所述分离器组件包括：
第一分离器，具有提供密封的突出的密封凸部；
第二分离器，接合到所述第一分离器并与其一体化，并且在与形成所述密封凸部的位置相对应的位置具有沿与所述密封凸部相同的方向突出的拱形凸起；
垫片，在形成所述第二分离器的凸起的位置设置在所述凸起的与所述凸起的凸面相反的凹面上；以及
密封剂，在形成所述第一分离器的密封凸部的位置涂布到所述密封凸部的凸面上。


2.如权利要求1所述的分离器组件，其特征在于，形成在所述第二分离器处的所述凸起的突出高度低于形成在所述第一分离器处的所述密封凸部的突出高度。


3.如权利要求2所述的分离器组件，其特征在于，形成在所述第二分离器处的所述凸起的高度等于或小于所述第一分离器和所述第二分离器的厚度之和。


4.如权利要求1所述的分离器组件，其特征在于，所述垫片的宽度大于所述密封剂的宽度。


5.如权利要求1所述的分离器组件，其特征在于，所述垫片通过注入弹性橡胶材料而形成，并且
所述密封剂通过丝网涂覆而涂布。


6.一种通过堆叠多个单元电池形成的燃料电池堆，所述燃料电池堆包括：
多个单元电池，各自包括膜电极组件、一对气体扩散层、阳极分离器以及阴极分离器，所述膜电极组件具有设置在其每一侧上的子垫片，
其中构成相邻电池的阳极分离器和阴极分离器布置成彼此面对并接合在一起而彼此一体化，
所述阳极分离器具有提供密封的突出的密封凸部；并且
所述阴极分离器在与形成所述密封凸部的位置相对应的位置具有沿与所述密封凸部相同的方向突出的拱形凸起。


7.如权利要求6所述的燃料电池堆，其特征在于，在形成所述阴极分离器的所述凸起的位置，在所述凸起的与所述凸起的凸面相反的凹面上设置有垫片，并且
在形成所述阳极分离器的所述密封凸部的位置，密封剂被涂布...

【专利技术属性】
技术研发人员：许诚日，梁酉彰，郑柄宪，
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