燃料电池的弹性电池框架、制造方法及使用其的单元电池技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池的弹性电池框架、制造方法及使用其的单元电池，其中，该弹性电池框架包括：插件，其包括膜电极组件和一对气体扩散层，一对气体扩散层设置在膜电极组件的相对两个表面上并结合到其上；以及弹性框架，其包括彼此结合的一对弹性框架，其中，一对弹性框架分别具有在插件的外围区域中设置在插件的边缘的下表面和上表面上的部分。

Flexible cell frame, manufacturing method and cell of fuel cell

【技术实现步骤摘要】
燃料电池的弹性电池框架、制造方法及使用其的单元电池
本专利技术涉及一种用于燃料电池的弹性电池框架及其制造方法，以及使用该弹性电池框架的单元电池。本专利技术更具体涉及以下这种用于燃料电池的弹性电池框架及其制造方法以及使用该弹性电池框架的单元电池，其中，弹性电池框架通过一对片状弹性框架与膜电极组件和气体扩散层一体地结合，而无需单独的粘合部件。
技术介绍
燃料电池被认为是一种发电系统，其中燃料的化学能在燃料电池堆中发生电化学反应，从而转化为电能。燃料电池不仅为工业用途、家庭用途和车辆等提供驱动力，而且还可为诸如便携式设备的小型电子产品提供动力。近来，燃料电池已越来越多地用作具有高效率的清洁能源。普通燃料电池的单元电池包括设置在最内侧的膜电极组件(MEA)，其中膜电极组件包括能够使氢离子(质子)移动的聚合物电解质膜，以及涂覆在聚合物电解质膜的相对两个表面上使得氢和氧可相互反应的催化剂层，即阴极和阳极。此外，在膜电极组件的一个表面和另一个表面上，即布置阴极和阳极的外侧部，设有一对供应反应气体并排出由反应产生的水的隔板。在这种情况下，气体扩散层(GDL)可位于膜电极组件与隔板之间，该气体扩散层可使反应气体和生成的水的流动扩散或平稳。同时，在现有技术中，已制造并使用了膜电极-垫片组件(MEGA,Membraneelectrode-GasketAssembly)，其将膜电极组件和垫片一体地结合，以保持单元电池的气密性，并便于单元电池的层叠工艺。近年来，还提出一种一体式框架，在该一体式框架中，垫片和将气体扩散层结合到膜电极组件的插件集成一体化。然而，在传统的一体式框架中，塑料框架通过使用粘合剂结合到插件。因此，在使用传统的一体式框架制造单元电池的情况下，分别需要粘合部件和密封构件将隔板和一体式框架结合，而这样会增加材料成本和制造成本。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于燃料电池的弹性电池框架及其制造方法，以及使用该弹性电池框架的单元电池，其中，使用一对片状弹性框架将弹性电池框架与膜电极组件和气体扩散层一体地结合，而无需单独的粘合部件。根据本专利技术的示例性实施方式的燃料电池的单元电池的弹性电池框架包括：插件，其包括膜电极组件和一对气体扩散层，一对气体扩散层设置在膜电极组件的相对两个表面上并结合到其上；以及弹性框架，其包括彼此结合的一对弹性框架，其中，一对弹性框架分别具有在插件的外围区域中设置在插件的边缘的下表面和上表面上的部分。一对弹性框架例如通过热结合而彼此结合成一体，并且热结合可以是热压结合、超声波结合、高频结合、振动结合、红外结合、辐射热结合、压延结合和激光结合中的任何一种。弹性框架包括：第一弹性框架，其被设置成围绕插件的边缘的下表面和侧面；以及第二弹性框架，其被设置成围绕插件的边缘的上表面和侧面，并且在插件的外围区域面对第一弹性框架的上表面。第一弹性框架具有其中设置插件的第一反应面通孔，以及第一凹部，第一凹部布置在第一反应面通孔的内周面，并且第一凹部围绕插件的边缘的下表面和侧面；并且第二弹性框架具有其中设置插件的第二反应面通孔，以及第二凹部，第二凹部布置在第二反应面通孔的内周面，并且第二凹部围绕插件的边缘的上表面和侧面。在插件与第一弹性框架和第二弹性框架之间，弹性电池框架进一步包括：第一热结合部，其中，第一弹性框架的上表面和第二弹性框架的下表面在插件的外围区域彼此结合；第二热结合部，其中，第一弹性框架的第一凹部和插件的边缘的下表面彼此结合；第三热结合部，其中，第二弹性框架的第二凹部和插件的边缘的上表面彼此结合；以及第四热结合部，其中，第一凹部和第二凹部被结合到插件的侧面。第一弹性框架包括：第一入口歧管通孔，其布置在第一弹性框架的一个侧部，使得反应气体和冷却剂通过第一入口歧管通孔被引入；以及第一出口歧管通孔，其布置在第一弹性框架的另一个侧部，使得反应气体和冷却剂通过第一出口歧管通孔被排出，并且第二弹性框架包括：第二入口歧管通孔，其布置在第二弹性框架的一个侧部，以与第一入口歧管通孔流体连通；以及第二出口歧管通孔，其布置在第二弹性框架的另一个侧部，以与第一出口歧管通孔流体连通。第一弹性框架的下表面和第二弹性框架的上表面中的至少一个上，设有至少一个突起密封件，以沿插件的外围区域围绕插件。弹性框架包括：第三弹性框架，其被设置成围绕插件的边缘的下表面和侧面，并包括其中设置插件的第三反应面通孔，以及第三凹部，第三凹部布置在第三反应面通孔的内周面，并且第三凹部围绕插件的边缘的下表面和侧面；以及第四弹性框架，其被设置成围绕插件的边缘的上表面并且在插件的边缘面对第三弹性框架的第三凹部的内周面。在插件与第三弹性框架和第四弹性框架之间，弹性电池框架进一步包括：第五热结合部，在第五热结合部中，第三弹性框架的第三凹部与插件的边缘的下表面彼此结合；第六热结合部，在第六热结合部中，第四弹性框架和插件的边缘的上表面彼此结合；第七热结合部，在第七热结合部中，第三弹性框架的第三凹部与插件的边缘的侧面彼此结合；以及第八热结合部，在第八热结合部中，第三弹性框架的第三凹部与第四弹性框架的侧面彼此结合。第三弹性框架包括：第三入口歧管通孔，其布置在第三弹性框架的一个侧部，使得反应气体和冷却剂通过第三入口歧管通孔被引入；以及第三出口歧管通孔，其布置在第三弹性框架的另一个侧部，使得反应气体和冷却剂通过第三出口歧管通孔被排出，并且第四弹性框架的外周面和插件的外周面具有相同的大小。第三弹性框架的下表面和上表面中的至少一个上，设有至少一个突起密封件，以沿插件的外围区域围绕插件。构成弹性框架的一对弹性框架在弹性框架彼此面对的区域中分别具有曲面。构成弹性框架的一对弹性框架在弹性框架彼此面对的区域中分别具有互补的凹凸结构。构成弹性框架的一对弹性框架包括热塑性弹性材料，例如，ThermoplasticElastomer(TPE)。根据本专利技术示例性实施方式的一种制造燃料电池的单元电池的弹性电池框架的方法，该方法包括以下步骤：通过在膜电极组件的相对两个表面中的每个表面结合气体扩散层来提供插件；提供一对弹性框架；将插件布置在一对弹性框架之间；以及通过对一对弹性框架施加热量的同时对其进行加压，以将一对弹性框架彼此热结合。提供一对弹性框架的步骤包括：将热塑性弹性体模制成片状来提供一对弹性框架。热结合的步骤包括：通过在插件位于一对弹性框架之间的状态下对一对弹性框架施加热量的同时，对一对弹性框架的与插件的外围区域相对应的区域的全部或一部分进行加压，将一对弹性框架彼此结合。在热结合的步骤中，施加到一对弹性框架的热量的温度高于一对弹性框架的熔点。在热结合的步骤中，一对弹性框架无需单独的粘合部件而彼此热结合。此外，根据本专利技术示例性实施方式的燃料电池的单元电池，该单元电池包括：插件，其包括膜电极组件和一对气体扩散层，一对气体扩散层设置在膜电极组件的相对两个表面上并结合到其上；弹性电池框架，其包括一对弹性框架，一对弹性框架彼此结合并且在插件的外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池的单元电池的弹性电池框架，所述弹性电池框架包括：/n插件，其包括膜电极组件和一对气体扩散层，所述一对气体扩散层设置在所述膜电极组件的相对两个表面上并结合到其上；以及/n弹性框架，其包括彼此结合的一对弹性框架，/n其中，所述一对弹性框架分别具有在所述插件的外围区域中设置在所述插件的边缘的下表面和上表面上的部分。/n

【技术特征摘要】
20181212 KR 10-2018-01601111.一种燃料电池的单元电池的弹性电池框架，所述弹性电池框架包括：
插件，其包括膜电极组件和一对气体扩散层，所述一对气体扩散层设置在所述膜电极组件的相对两个表面上并结合到其上；以及
弹性框架，其包括彼此结合的一对弹性框架，
其中，所述一对弹性框架分别具有在所述插件的外围区域中设置在所述插件的边缘的下表面和上表面上的部分。


2.如权利要求1所述的弹性电池框架，其中，所述一对弹性框架通过热结合而彼此结合成一体，并且所述热结合是热压结合、超声波结合、高频结合、振动结合、红外结合、辐射热结合、压延结合和激光结合中的任何一种。


3.如权利要求1所述的弹性电池框架，其中所述弹性框架包括：
片状的第一弹性框架，其被设置成围绕所述插件的边缘的下表面和侧面；以及
片状的第二弹性框架，其被设置成围绕所述插件的边缘的上表面和侧面，并且在所述插件的外围区域面对所述第一弹性框架的上表面。


4.如权利要求3所述的弹性电池框架，其中，所述第一弹性框架具有其中设置所述插件的第一反应面通孔，以及第一凹部，所述第一凹部布置在所述第一反应面通孔的内周面，并且所述第一凹部围绕所述插件的边缘的下表面和侧面；并且
第二弹性框架具有其中设置所述插件的第二反应面通孔，以及第二凹部，所述第二凹部布置在所述第二反应面通孔的内周面，并且所述第二凹部围绕所述插件的边缘的上表面和侧面。


5.如权利要求4所述的弹性电池框架，其中，在所述插件与所述第一弹性框架和所述第二弹性框架之间，所述弹性电池框架进一步包括：
第一热结合部，在所述第一热结合部中，所述第一弹性框架的上表面和所述第二弹性框架的下表面在所述插件的外围区域彼此结合；
第二热结合部，在所述第二热结合部中，所述第一弹性框架的第一凹部和所述插件的边缘的下表面彼此结合；
第三热结合部，在所述第三热结合部中，所述第二弹性框架的第二凹部和所述插件的边缘的上表面彼此结合；以及
第四热结合部，在所述第四热结合部中，所述第一凹部和所述第二凹部被结合到所述插件的侧面。


6.如权利要求3所述的弹性电池框架，其中，所述第一弹性框架包括：第一入口歧管通孔，其布置在所述第一弹性框架的一个侧部，使得反应气体和冷却剂通过所述第一入口歧管通孔被引入；以及第一出口歧管通孔，其布置在所述第一弹性框架的另一个侧部，使得反应气体和冷却剂通过所述第一出口歧管通孔被排出，并且
所述第二弹性框架包括：第二入口歧管通孔，其布置在所述第二弹性框架的一个侧部，以与所述第一入口歧管通孔流体连通；以及第二出口歧管通孔，其布置在所述第二弹性框架的另一个侧部，以与所述第一出口歧管通孔流体连通。


7.如权利要求3所述的弹性电池框架，其中，所述第一弹性框架的下表面和所述第二弹性框架的上表面中的至少一个上，设有至少一个突起密封件，以沿所述插件的外围区域围绕所述插件。


8.如权利要求1所述的弹性电池框架，其中所述弹性框架包括：
第三弹性框架，其被设置成围绕所述插件的边缘的下表面和侧面，并包括其中设置所述插件的第三反应面通孔，以及第三凹部，所述第三凹部布置在所述第三反应面通孔的内周面，并且所述第三凹部围绕所述插件的边缘的下表面和侧面；以及
第四弹性框架，其被设置成围绕所述插件的边缘的上表面并且在所述插件的边缘面对所述第三弹性...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑柄宪，刘镇赫，许诚日，
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