质子交换膜燃料电池堆中双极板的连接制造技术

一种用于质子交换膜燃料电池堆的双极板组件有利地连接导电板表面，而不需要焊接或者钎焊该板对。每块板具有形成在内部衬面上的交替的冷却剂通道和凸台。导电层至少沉积在冷却剂通道和凸台上。对准多对板使具有面对的导电层。流体密封件设置在围绕冷却剂通道周边的该内部衬面之间。压缩每块板对以在周边密封件内相邻的凸台之间形成多个电粘结层。周边密封件防止电池堆反应气体氧发生接触并氧化导电层。还可以使用绝缘冷却剂以减少对导电层的氧化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】质子交换膜燃料电池堆中双极板的连接
本专利技术主要涉及燃料电池堆，更具体地涉及一种用于质子交换膜燃料电池堆的双极板结构的装置和方法。
技术介绍
质子交换膜(PEM)燃料电池堆一般被构造具有多个呈堆叠构型的燃料电池部件。燃料电池部件一般包括由双极板隔开的一对PEM部件。双极板一般被构造具有通过粘合密封、钎焊和焊接而连接在一起的一对板。双极板一般被构造具有上板和下板。上板和下板都包括形成在两块板的外衬面上的多条反应气体通道或者沟槽。多条冷却剂通道或者部分冷却剂通道成形在双极板的内衬面上。当这两块板成对连接在一起时，就形成了完整的冷却剂通道。每条冷却剂通道一般由多个凸台分隔开。电流从每个双极板组件中导出；由此形成双极板组件的每对板都形成机械和电连接是有必要的。已公知用导电金属涂覆每一接口面(包括该冷却剂通道)。金已被用于这一目的。由此，这两块板可以被对接，具有跨过相互连接以电连接双极板组件的多个凸台的镀金表面。使用金作为涂镀材料的缺点是涂镀所需的厚度以及金的成本。镀金层厚度为大约25μm。如果仅仅使用压力来连接该板对以形成双极板组件，那么燃料电池堆的成本将由于金的成本，以及为提供凸台与凸台间的足够的接触表面所需的镀金材料的厚度而增加。注意到的是，在典型PEM燃料电池堆中使用的反应剂(加湿空气)和冷却剂可能会对用于涂镀该板对的金属表面的涂镀材料产生有害的影响。未涂覆的金属板也可以用于形成双极板组件。直接对接未涂覆的金属板对形成双极板组件的缺点是在进行连接之前在该板对中的每块板的表面上很快地形成氧化层，其在以后阻碍了连接的板对之间的导电性。因此所希望的是提供一种双极板组件，其可以减少与使用金作为涂镀材料相关的成本，并解决反应气体和冷却剂同与双极板组件的板对之间的冷却剂通道相邻的涂镀表面相接触而存在的潜在问题。-->
技术实现思路
根据本专利技术的一个优选实施例，提供了一种用于质子交换膜(PEM)燃料电池堆的双极板组件。该双极板组件包括具有板衬面的板对。每个衬面包括内部和周围外部。每一内部上形成有多个交替的冷却剂沟槽和冷却剂凸台。导电层至少被沉积在每一内部的冷却剂凸台上。衬面被连接在一起，以在相应面连接的凸台之间形成多个电粘合层，以及在相应面连接的冷却剂沟槽之间形成多条冷却剂通道。在衬面的内部和周围外部之间设置流体密封，该流体密封外接限定每个内部。在一个优选实施例中，银被镀在每块板内部的整个表面上以形成导电层。也可以仅仅在冷却剂凸台上镀银，或者在每个板对的内部的冷却剂凸台和冷却剂通道上都镀银。金可以取代银作为涂镀材料，但是银比金更优选作为导电层，以降低涂镀材料的成本。下述为其它优选的可以替代银或者金的涂镀材料：银合金、金合金、锡、锡合金、铅以及铅合金。周边密封防止电池堆反应气体接触和氧化导电层(比如银层)。优选围绕双极板对的两个衬面的内部的整个周边设置密封。最少，该密封外接限定了冷却剂通道和凸台以使导电层和用在燃料电池堆中的反应气体相隔离。该密封件优选成形为导电或者不导电粘结剂的珠状物。粘结剂珠状物可以施加在双极板对的一块板上，也可以施加在两块板上。可以使用垫圈代替密封剂。周边密封还用于防止冷却剂从内部冷却剂通道中泄漏出来。为了进一步减小导电层氧化的可能，优选使用绝缘冷却剂来冷却电池堆。只要水基溶液在使用之前经过去离子处理，并借助离子交换剂在电池堆的整个使用期限内保持去离子状态，可以使用水基溶液作为冷却剂。通过此后的详细描述，本专利技术适用的其它领域将变得显而易见。应该理解的是，该详细描述和具体实例，尽管表示本专利技术的多个优选实施例，但仅仅旨在用于说明的目的，而非旨在限定本专利技术的范围。附图说明通过详细描述和附图，本专利技术将得到更全面的理解，其中：图1为连接两个板对以形成双极板组件的本专利技术优选实施例的透视图；-->图2为图1所示双极板组件的分解视图，图中进一步示出了多个反应气体通道和凸台，多个冷却剂通道和凸台，以及围绕冷却剂通道周边设置的密封件；图3为图2所示冷却剂通道区域III的分解视图，图中示出了由凸台分隔开的冷却剂通道的典型结构，以及围绕冷却剂通道区域周边的密封件；图4为沿图1中剖面线4-4的局部剖视图，图中示出了在连接形成本专利技术的双极板组件之前的第一板和第二板；以及图5为与图4相似的在连接两块板形成本专利技术的双极板组件之后的局部剖视图，图中进一步示出了设置在冷却剂通道中的绝缘(dielectric)冷却剂。具体实施方式对优选实施例的以下描述本质上仅仅是示例性的，绝非是旨在对本专利技术、其应用或者使用的限制。参见图1，图中示出了根据本专利技术优选实施例的双极板组件10。双极板组件10包括形成板对的第一板12和第二板14。多条第一板反应气体通道16的每一个被第一板12的第一板外表面20上的多个第一板反应气体凸台18分隔开。在第二板14的外表面上形成相似的多个反应气体通道和凸台(参见图4和5所示)。多个反应气体端口22和多个冷却剂端口24也设置在第一板外表面20上。注意到，可设置多个反应气体通道16结构、反应气体凸台18、反应气体端口22和冷却剂端口24。本领域技术人员可以意识到本专利技术并不限于特定的流场设计，可以应用于具有独立于流场几何形状的相似设计的双极板。参见图2，图中更详细地示出了本专利技术的双极板组件10。第一板12包括第一板周边凸缘26，其用于形成双极板组件10的周边。关于第二板14，多条第二板冷却剂沟槽28在第二板内部32上的多个第二板冷却剂凸台30中的每个之间交替。这些特征的镜像设置在第一板12的内部上(参见图4所示)。密封件34(最佳如图3所示)外接限定出第二板冷却剂沟槽28和第二板冷却剂凸台30的周边。将结合图3对密封件34作更详细的描述。设置密封件34以防止流过反应气体端口22的反应气体接触第二板内部32(和对应的第一板12内部，为清楚起见图中未示出)。第二板内部32由此限定为被密封件34外接的第二板14的表面部分。-->当双极板组件10被连接在一起时，第二板周边凸缘36邻接第一板周边凸缘26。可选择的密封件在第一板周边凸缘26和第二板周边凸缘36连接处提供了第一板12和第二板14之间的流体密封。参见图3，图中更详细地示出了第二板内部32的一部分。为清楚起见没有示出第一板内部相似的细节。密封件34部分地沿着两个边缘，第二板平面37的“A”和“B”设置。密封件34还沿着第二板周边凸缘36的第二板凸起的表面38设置。注意密封件34设置在多个冷却剂端口24外部的第二板凸起的表面38上是很重要的。这进一步密封第二板内部32使其不暴露于反应气体中。密封件34也可以应用作为密封剂珠状物，或者可以用作垫圈。密封件34的材料可以是不导电材料或者导电材料。密封件34使第二板内部32中的每个第二板冷却剂沟槽28和第二板冷却剂凸台30，以及第一板12中的相似的冷却剂通道和凸台(参见图4所示)与多个反应气体端口22相隔离，并且由此与通过邻近第二板内部32的多个反应气体端口22供应的反应气体相隔离。反应气体端口22向第一板外表面20上的多条第一板反应气体通道16(以及参见图4所示的相似的反应气体通道44)供应反应气体。最少，第二板冷却剂凸台30(以及参见图4和图5所示的相似的第一板冷却剂凸台42)的表面用导电材料进行涂镀。在一个优选实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双极板组件，包括：具有板衬面的板对，每个所述衬面包括内部和周边外部；每个所述内部具有形成在其上面的多个交替的冷却剂沟槽和凸台；在每块所述板的至少所述凸台上沉积的导电层；所述衬面被连接以在相应的所述凸台的面 对的对之间形成多个电粘结层，以及在相应的所述冷却剂沟槽的面对的对之间形成多条冷却剂通道；和设置在所述衬面的所述内部和所述周边部分之间的流体密封件，所述流体密封件外接限定出每个所述内部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-1-21 10/347,8901、一种双极板组件，包括：具有板衬面的板对，每个所述衬面包括内部和周边外部；每个所述内部具有形成在其上面的多个交替的冷却剂沟槽和凸台；在每块所述板的至少所述凸台上沉积的导电层；所述衬面被连接以在相应的所述凸台的面对的对之间形成多个电粘结层，以及在相应的所述冷却剂沟槽的面对的对之间形成多条冷却剂通道；和设置在所述衬面的所述内部和所述周边部分之间的流体密封件，所述流体密封件外接限定出每个所述内部。2、根据权利要求1所述的组件，其中所述导电层包括从包括银、银合金、金、金合金、铅、铅合金、锡和锡合金的组中选出的金属。3、根据权利要求2所述的组件，其中所述导电层对于所述银来说具有大约10纳米的最小厚度。4、根据权利要求1所述的组件，其中所述内部进一步包括与所述冷却剂通道流体连通的多个冷却剂端口，以提供通过所述冷却剂通道的冷却剂的流入和流出。5、根据权利要求4所述的组件，进一步包括被所述冷却剂端口穿孔的延伸板区域，其中所述流体密封件可延伸以进一步限定所述冷却剂端口。6、根据权利要求1所述的组件，其中所述周边外部进一步包括多个反应气体端口。7、根据权利要求6所述的组件，进一步包括：所述板对包括向外暴露的表面，在每一个上都形成具有多条反应气体通道，每条所述反应气体通道与至少一个所述反应气体端口流体连通；以及其中所述流体密封件可操作地使所述内部与所述反应气体通道以及所述反应气体端口相隔离。8、根据权利要求1所述的组件，其中所述流体密封件选自包括导电粘结剂、非导电粘结剂、和垫圈的组。9、一种燃料电池堆，包括：以堆叠构型设置的多个膜电极组件；设置在所述膜电极组件的相应对之间的双极板组件，每个所述双极板组件包括一对对齐的板，每块板在面对所述膜电极组件的第一表-->面上具有多条反应气体通道，以及在背对所述膜电极组件的第二表面上具有多条交替的冷却剂沟槽和凸台；每个所述第二表面具有至少沉积在所述凸台上的导电层；每个所述双极板组件被连接以在所述凸台的相应面对的对之间形成多个电粘结层，以及在所述冷却剂沟槽的相应面对的对之间形成多...

【专利技术属性】
技术研发人员：MHA埃尔哈米德，YM米克海尔，RH布伦克，DJ利西，
申请(专利权)人：通用汽车公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]