燃料电池用垫片制造技术

本发明专利技术公开了一种用于密封燃料电池的内表面并且由可压缩材料形成的垫片，所述垫片包括第一密封表面和第二密封表面，所述第一密封表面和第二密封表面分别用于对第一流体流场板和第二流体流场板的相对表面提供液封，所述垫片进一步包括用于密封膜电极组件的第一表面的外周界区域的第三密封表面，所述第三密封表面被完全包封在由所述第二密封表面的内周界限定的边界内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池用垫片本专利技术涉及垫片，并且具体地，用于燃料电池组件的垫片。 常规电化学燃料电池将燃料和氧化剂转化成电能和反应产物。在附图说明图1中显示了常规燃料电池10的典型布局，为清楚起见，该图1以分解的形 式示出了各个层。固体聚合物离子传输膜11被夹在阳极12和阴极13之 间。典型地，阳极12和阴极13都是由导电、多孔的材料例如多孔碳形成 的，所述导电、多孔的材料上粘结了铂和/或其它贵金属催化剂的小粒子。 通常将阳极12和阴极13直接粘结到膜11的各个相邻表面上。 一般将此 组合体统称为膜-电极组件，或MEA17。将聚合物膜和多孔电极层夹在中间的是阳极流体流场板14和阴极流 体流场板15。中间的衬里层12a和13a，也称作'扩散体，或扩散层，也可 以被用在阳极流体流场板14和阳极12之间，以及类似地被用在阴极流体 流场板15和阴极13之间。支撑层具有多孔性，并且被制作成确保气体有 效扩散到达和离开阳极和阴极表面，以及帮助水蒸气和液态水的处理。流体流场板14、 15是由导电性、非多孔材料形成的，通过该材料可以 与相应的阳极电极12或阴极电极13进行电接触。同时，流体流场板促进 流体燃料、氧化剂和/或反应产物的输送到达多孔电极12、 13和/或从多孔 电极12、 13排放(exhaust)。这在常规上是通过在流体流场板的表面中形成 流体流动通路，例如在朝多孔电极12、 13存在的表面中的沟槽或通道16 而实现的。还是参照图2(a),流体流动通道的一种常规构造在阳极14(或阴极15) 流体流场板的面中提供蛇形结构20，如图2(a)所示，该结构20具有入口 端21和出口端22。根据常规设计，应当理解该蛇形结构20包含板14(或 15)表面中的通道16，而端口 21和22各自包含穿过板的孔，使得输送到 蛇形结构20或者从蛇形结构20排放的流体可以连通板层叠体在如具体由 图2(b)中所示A-A横截面中的箭头表示、与板垂直的方向上的整个深度。4参照图3，在常规的燃料电池组件30中建立起板的层叠体。在此配置中，相邻的阳极和阴极流体流场板按常规方式组合，以形成单个双极板31 ， 所述双极板31在一个面上具有阳极通道32和在相反面上具有阴极通道 33，它们各自与相应的膜-电极组件(MEA)34相邻。入口端的孔21与出口 端的孔22全部重叠以提供整个层叠体的入口和出口歧管。层叠体的各个 元件是为了清楚起见而略微分开表示的，但是应理解，对于本专利技术来说， 它们是用密封垫片压縮在一起的。参考图4，显示了常规MEA和扩散体组件41的示意性局部图，其中， 扩散层43被设置在MEA44的每一侧上。在MEA44内设置有一连串的流 体端口 42。这些流体端口 42被设置成与相应的流体流场板(fluid flow plate) 和垫片中的流体端口一致，当将其以层叠体组装在一起时，形成用于在与 MEA的平面垂直的方向上连通流体的歧管。这些歧管用于将流体传输通 过层叠体的深度，到达和离开散层43。图5中的局部示意性横截面图中显示了由图4中的A-A'线表示的截 面。现在显示的是，位于两个流体流场板52a、 52b之间的在任一面上设 置有扩散层43a、 43b的MEA44。通过位于MEA 44的任一侧上并且在由 扩散层43a、 43b限定的区域以外的两个垫片51a、 51b，在MEA 44和流 体流场板52a、52b之间设置密封表面54a-d。为了避免疑问，这些液封54a-d 以及进一步示例的其它的液封，不意在表示燃料电池组件的分离部件，而 是表示与垫片接触的区域，在所述区域，当MEA44、垫片51a、 51b和流 体流场板52a、 52b处于压缩状态时，形成液封。可以在流体流场板52a的表面上设置相对不可压縮的衬垫53，以例如 允许流体通过衬垫中设置的通道流动到达或离开扩散层43a，和/或防止在 压力下，垫片51a关闭流体流场板52a中设置的通道。还可以提供对该衬 垫的液封，尽管相对于其它液封54a-d，这对于燃料电池的运行较不重要， 因为在衬垫53周围的体积通常以别的方式被密封。因此没有在此图以及 在其它图中显示这种任选的液封。在图5和随后的图中，显示衬垫53延伸进入到至少由扩散层43a部分 占据的区域中，这例如可以相当于冷却水经由衬垫53中形成的通道被注 射于其中的阳极或阴极侧。这样的冷却水可以通过也与衬垫53流体连通的流体流场板中设置的其它的端口(未示出)注射。如图5中所示的用于燃料电池组件的常规配置对于每一个MEA,都具 有总计四个被形成在两个分开的垫片51a、 51b上的密封表面54a-54d。在 减少的密封表面的数量和/或减少的部件的数量的情况下，能够提供相同的 功能性，以简化燃料电池的组装并且降低燃料电池的总成本，这将是有利 的。减少部件数量的一种方法是使垫片51a、51b统一为如图6中示意性显 示的单一垫片。在此配置中，密封表面64a、 64d被设置在垫片61和流体 流场板52a、 52b之间，但是通过垫片61的横截面为c-状形式，垫片61 和MEA44之间的密封表面64b、 64c被设置在相同的垫片61内。模塑垫 片61有效包封MEA44的外周界。为了达到这样的结果，需要紧密控制 垫片尺寸，使得垫片61的厚度与MEA44加上扩散层43a、 43b的工作尺 寸一致。尽管可以达到部件数量的减少，但是其代价是制造工艺的复杂性 增加。另外，产生模塑垫片61所需要的加工和处理提高了成本并减小了 燃料电池的设计灵活性。本专利技术的一个目的是提供一种改进的垫片设计。根据第一方面，本专利技术提供了一种燃料电池组件，所述燃料电池组件 包含第一流体流场板； 第二流体流场板；膜电极组件，所述膜电极组件具有第一和第二相反面，且介于所述第 一和第二流体流场板之间；垫片，所述垫片在所述第一和第二流体流场板之间延伸，并且与它们 形成相应的第一和第二密封表面，所述垫片还限定第三密封表面，通过所述第三密封表面，所述垫片仅 与所述膜电极组件的一个面接触。根据第二方面，本专利技术提供了一种用于密封燃料电池的内表面的垫片，所述垫片包含在所述垫片的相反面上的第一密封表面和第二密封表面，和第三密封表面，所述第三密封表面完全在由所述第二密封表面的内周 界限定的边界内，其中，所述垫片在所述第二和第三密封表面之间限定了阶梯剖面(step profile)。根据第三方面，本专利技术提供了一种形成燃料电池组件的方法，所述方法包括下列顺序步骤(i) 提供第一流体流场板；(ii) 将垫片放置在所述第一流体流场板上，所述垫片具有第一密封表 面、第二密封表面和第三密封表面，所述第三密封表面完全在由所述第二 密封表面的内周界限定的边界内，所述第一密封表面被相对所述第一流体流场板放置；(iii) 将膜-电极组件放置在所述垫片上，所述膜-电极组件的第一表面 的周界边缘部分与所述垫片的所述第三密封表面交叠；(iv) 将第二流体流场板安置在所述膜电极组件和所述垫片之上，所述 第二流体流场板覆盖所述第二密封表面和所述膜-电极组件的第二表面；并 且(v) 跨过所述垫片和膜电极组件而在所述第一和第二流体流场板之间 施加压縮压力，以在下列部件之间提供液封(i)所述垫片的第一密封表面 和所述第一流体流场板，(ii本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池组件，所述燃料电池组件包括：　第一流体流场板；　第二流体流场板；　膜电极组件，所述膜电极组件具有第一和第二相反面，并且介于所述第一和第二流体流场板之间；　垫片，所述垫片在所述第一和第二流体流场板之间延伸， 并且与所述第一和第二流体流场板形成相应的第一和第二密封表面，　所述垫片还限定第三密封表面，通过所述第三密封表面，所述垫片仅与所述膜电极组件的一个面接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得戴维胡德，西蒙爱德华福斯特，
申请(专利权)人：智慧能量有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]