燃料电池的单元电池制造技术

本公开提供了一种燃料电池的单元电池。该单元电池包括：插入件，包括膜电极组件，膜电极组件具有形成在聚合物电解质膜的第一表面上的第一电极层和形成在聚合物电解质膜的第二表面上的第二电极层；弹性体框架，在插入件的外围区域接合在插入件的边缘，弹性体框架具有形成在弹性体框架的反应表面通孔，插入件设置在反应表面通孔中，并且弹性体框架具有形成在反应表面通孔的两侧并与反应表面通孔间隔开的多个框架歧管通孔，反应气体能够通过多个框架歧管通孔流入或排出；以及一对隔板，每个隔板设置在插入件和弹性体框架的相应侧上，并且一对隔板供应反应气体。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池的单元电池
本公开涉及一种燃料电池的单元电池。
技术介绍
燃料电池是一种将燃料中包含的化学能通过在堆中进行电化学反应来转换成电能的发电装置，不仅可以用于工业、家庭以及给车辆供应驱动电力，而且还可以用于向诸如便携式装置的小型电子产品供应电力。近年来，燃料电池的使用领域逐渐向高效清洁能源扩展。一般的燃料电池的单元电池具有位于最内侧的膜电极组件(MEA)，并且膜电极组件包括能够输送氢质子的聚合物电解质膜和涂覆在聚合物电解质膜的两个表面以使氢和氧产生反应的催化剂层，即空气极(阴极(cathode))和燃料极(阳极(anode))。此外，在膜电极组件的一个表面和另一表面上，即在空气极和燃料极所位于的外部部分上，设置有用于供应反应气体并排出通过反应产生的水的一对隔板。此时，可以在膜电极组件和隔板之间插设用于使反应气体和产生的水的流动扩散或平滑的气体扩散层(GDL)。同时，传统上，还制造并使用了集成膜电极组件和垫圈的膜电极垫圈组件(MEGA)，膜电极垫圈组件(MEGA)用于保持单元电池的气密性和层叠工艺中的便利性。此外，近年来，还提出了集成将气体扩散层接合到膜电极组件的插入件和垫圈的集成框架。然而，传统的集成框架使用粘合剂来接合塑料材料的框架和插入件。此外，当使用传统的集成框架来制造单元电池时，为了粘合隔板和集成框架，需要单独的粘合构件和密封构件。这样的工艺增加了材料成本和制造成本。因此，近年来，对燃料电池的弹性体电池框架和使用弹性体电池框架的单元电池进行了研究，在没有单独的粘合构件的情况下，使用由热塑性弹性体(TPE)制成的片状弹性体框架来一体地接合膜电极组件和气体扩散层。弹性体电池框架中具有弹性的弹性体框架和金属材料的隔板层叠，并且在弹性体框架和隔板之间设置反应气体流动的进气口和出气口。然而，在将多个单元电池层叠以形成燃料电池堆的情况下，单元电池在层叠的同时被压缩，此时，发生了如下问题：反应气体流动的进气口和出气口区域中具有弹性的弹性体框架被金属材料的隔板压缩，从而使进气口和出气口变窄或堵塞。此外，还发生了如下问题：弹性体框架被压缩为不期望的形状，从而无法确保弹性体框架和隔板之间的气密性。作为
技术介绍
解释的前述内容仅旨在帮助理解本公开的背景，而并非旨在表示本公开落入本领域技术人员已知的现有技术的范围内。
技术实现思路
本公开涉及一种燃料电池的单元电池。本公开的特定实施例提供一种燃料电池的单元电池，可以确保气密性，同时稳定地确保层叠弹性体框架和金属隔板的单元电池中反应气体的进气口和出气口。根据本公开的实施例的一种燃料电池的单元电池包括：插入件，包括膜电极组件，膜电极组件具有形成在聚合物电解质膜的两个表面上的一对电极层；以及弹性体框架，形成为片状并在插入件的外围区域热熔接在插入件的边缘，弹性体框架具有形成在弹性体框架中的反应表面通孔，插入件设置在反应表面通孔中，并且弹性体框架具有形成在反应表面通孔的两侧的多个框架歧管通孔，反应气体通过多个框架歧管通孔流入或排出。燃料电池的单元电池进一步包括：一对隔板，设置在插入件和弹性体框架的一个表面和另一表面上以供应反应气体，并且弹性体框架的一个表面和另一表面中的至少一个表面上在至少一个框架歧管通孔和反应表面通孔之间彼此间隔开地形成反应气体流动的多个流路部。隔板形成有隧道形状的成型部，在成型部与流路部重叠时，反应气体在成型部流动。形成在弹性体框架的流路部形成有具有与隔板的厚度对应的高度的台阶部，并且隔板的成型部位于流路部中以台阶部为基准高度相对较低的区域中。形成在隔板上的成型部的表面高度形成为与流路部中以台阶部为基准高度相对较高的区域的高度对应。弹性体框架具有形成在彼此相邻的流路部之间的突起，并且隔板具有形成在彼此相邻的成型部之间的与突起重叠的安装部。形成在弹性体框架的突起的宽度形成为小于形成在隔板的安装部的宽度，从而彼此相对的突起的外表面和安装部的内表面以预定的间隔彼此间隔开。形成在弹性体框架的突起的长度形成为比形成在隔板的成型部的长度更长。隔板的成型部形成为在隔板的一个表面方向上突出同时弯曲，并且形成流路孔以从成型部的另一表面区域连通到与形成成型部的区域相邻的隔板的一个表面区域，反应气体从成型部的另一表面区域通过流路孔流动到插入件。弹性体框架的两个表面中与弹性体框架面向隔板的表面相对的表面形成有至少一个突起密封件，突起密封件沿着插入件的外围区域包围插入件，并且突起密封件形成在包括与形成隔板的成型部的位置对应的位置的区域中。根据本公开的实施例，可以在金属材料的隔板形成能够形成反应气体流动的流路的成型部，并且可以在弹性体框架形成隔板的成型部所位于的流路部，从而稳定地确保反应气体流动的流路。此外，可以在弹性体框架的流路部之间形成突起，可以在隔板的成型部之间形成安装部，此时，可以使突起的宽度形成为小于安装部的宽度，从而当弹性体框架和隔板在层叠时被压缩时，良好地形成表面压力。因此，可以在防止弹性体框架被压缩为不期望的形状而变形的同时，防止隔板的成型部变形，从而稳定地确保反应气体流动的流路，同时确保弹性体框架和隔板之间的气密性。此外，形成在弹性体框架上的突起可以形成为比隔板的成型部更长，从而在期望的方向上均匀地引导反应气体。附图说明通过结合附图的以下详细描述，将更清楚地理解本公开的上述和其他目的、特征及其他优点，其中：图1是示出应用一般的弹性体电池框架的燃料电池的单元电池的示图；图2是示出根据本公开的实施例的燃料电池的单元电池的主要部件的示图；图3A和图3B是示出根据本公开的实施例的在层叠燃料电池的单元电池之前和之后的示图；以及图4A至图4C是示出根据本公开的实施例的燃料电池的单元电池的主要部件的截面的示图。具体实施方式在下文中，将参照附图更详细地描述本公开的实施例。然而，本公开不限于下面所公开的实施例，而是将以各种形式来实现，并且实施例仅旨在使本公开的公开完全，提供实施例是为了将本公开的范围充分告知本领域技术人员。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。图1是示出应用一般的弹性体电池框架的燃料电池的单元电池的示图，图2是示出根据本公开的实施例的燃料电池的单元电池的主要部件的示图，图3A和图3B是示出根据本公开的实施例的在层叠燃料电池的单元电池之前和之后的示图，图4A至图4C是示出根据本公开的实施例的燃料电池的单元电池的主要部件的截面的示图。图4A是沿着图2中的线A-A'截取的截面图，图4B是沿着图2中的线B-B'截取的截面图，图4C是沿着图2中的线C-C'截取的截面图。如图所示，根据本公开的实施例的燃料电池的单元电池包括：插入件100，包括膜电极组件110，在膜电极组件110中，聚合物电解质膜的两个表面上形成有一对电极层；弹性体框架200，形成为片状并在插入件100的外围区域热熔接在插入件100的边缘，弹性体框架200具有形成在弹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池的单元电池，包括：/n插入件，包括膜电极组件，所述膜电极组件具有形成在聚合物电解质膜的第一表面上的第一电极层和形成在所述聚合物电解质膜的第二表面上的第二电极层；/n弹性体框架，形成为片状并在所述插入件的外围区域接合在所述插入件的边缘，所述弹性体框架具有形成在所述弹性体框架的反应表面通孔，所述插入件设置在所述反应表面通孔中，并且所述弹性体框架具有形成在所述反应表面通孔的两侧并与所述反应表面通孔间隔开的多个框架歧管通孔，反应气体通过所述多个框架歧管通孔流入或排出；以及/n一对隔板，每个隔板设置在所述插入件和所述弹性体框架的相应侧上，并且所述一对隔板供应所述反应气体，/n其中所述弹性体框架的至少一个表面上在至少一个框架歧管通孔和所述反应表面通孔之间彼此间隔开地形成所述反应气体流动的多个流路部，并且/n所述一对隔板中的至少一个包括隧道形状的成型部，所述隧道形状的成型部与所述多个流路部中的至少一个重叠，所述隧道形状的成型部允许所述反应气体在所述隧道形状的成型部流动。/n

【技术特征摘要】
20191030 KR 10-2019-01369931.一种燃料电池的单元电池，包括：
插入件，包括膜电极组件，所述膜电极组件具有形成在聚合物电解质膜的第一表面上的第一电极层和形成在所述聚合物电解质膜的第二表面上的第二电极层；
弹性体框架，形成为片状并在所述插入件的外围区域接合在所述插入件的边缘，所述弹性体框架具有形成在所述弹性体框架的反应表面通孔，所述插入件设置在所述反应表面通孔中，并且所述弹性体框架具有形成在所述反应表面通孔的两侧并与所述反应表面通孔间隔开的多个框架歧管通孔，反应气体通过所述多个框架歧管通孔流入或排出；以及
一对隔板，每个隔板设置在所述插入件和所述弹性体框架的相应侧上，并且所述一对隔板供应所述反应气体，
其中所述弹性体框架的至少一个表面上在至少一个框架歧管通孔和所述反应表面通孔之间彼此间隔开地形成所述反应气体流动的多个流路部，并且
所述一对隔板中的至少一个包括隧道形状的成型部，所述隧道形状的成型部与所述多个流路部中的至少一个重叠，所述隧道形状的成型部允许所述反应气体在所述隧道形状的成型部流动。


2.根据权利要求1所述的燃料电池的单元电池，其中，
形成在所述弹性体框架的所述多个流路部中的每一个形成有具有与所述一对隔板中的至少一个的厚度对应的高度的台阶部，并且
所述一对隔板中的至少一个的成型部位于所述多个流路部中以所述台阶部为基准高度相对较低的区域中。


3.根据权利要求2所述的燃料电池的单元电池，其中，
所述成型部的表面高度对应于所述多个流路部中以所述台阶部为基准高度相对较高的区域的高度。


4.根据权利要求1所述的燃料电池的单元电池，其中，
所述弹性体框架具有形成在所述多个流路部的相邻流路部之间的突起，并且
所述一对隔板中的至少一个具有安装部，所述安装部与所述突起重叠。


5.根据权利要求4所述的燃料电池的单元电池，其中，
所述突起的宽度小于所述安装部的宽度，从而彼此相对的所述突起的外表面和所述安装部的内表面以预定的间隔彼此间隔开。


6.根据权利要求4所述的燃料电池的单元电池，其中，
所述突起的长度比所述一对隔板中的至少一个的成型部的长度更长。


7.根据权利要求1所述的燃料电池的单元电池，其中，
所述一对隔板中的至少一个的成型部形成为在隔板的一个表面方向上突出同时弯曲，并且形成流路孔以从所述成型部的第一表面区域连通到与形成所述成型部的区域相邻的隔板的第二表面区域，所述反应气体从所述成型部的第一表面区域通过所述流路孔流动到所述插入件。


8.根据权利要求1所述的燃料电池的单元电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘镇赫，郑柄宪，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