集成板和电池封装制造技术

一种双极板组件(100)包括第一框架构件(105)、第二框架构件(110)和膜电极组件(120)。所述第一框架构件(105)具有第一侧(125)和第二侧(127)。所述第一侧(125)具有第一侧突起(130)。所述第二框架构件(110)包括第一侧(135)和第二侧(140)。所述第二侧(140)具有第二侧凹部(145)。所述膜电极组件(100)具有阳极板(150)和阴极板(155)。所述膜电极组件(100)的一部分设置在所述第一框架构件(105)和所述第二框架构件(107)之间。所述膜电极组件(100)的部分具有并置的阳极板(150)和阴极板(155)。所述第一框架构件(105)的所述第一侧突起(130)使所述膜电极组件(100)的部分变形到所述第二框架构件(110)的所述第二侧凹部(145)中。中。中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】集成板和电池封装
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请主张2020年8月28日提交的美国临时申请号63/071,476的优先权。上述申请的全部内容通过引用的方式并入本文。


[0003]本技术涉及结合燃料电池的双极板的封装，特别是在使用框架构件来协同封装双极板，双极板包括金属双极板和混合双极板。

技术介绍

[0004]本段提供与本公开相关的背景信息，这些背景信息不一定是现有技术。
[0005]燃料电池已被提议作为干净、高效和对环境负责的电源，用于各种产业，包括制造中心、家庭和电动车，以及其他应用。燃料电池的一个例子是质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)。所述质子交换膜燃料电池可包括膜电极组件(membrane
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electrode
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assembly，MEA)，其可具有设置在两个电极(例如，阳极和阴极)之间的质子交换膜(proton exchange membrane，PEM)，每个电极具有催化剂。所述膜电极组件通常可以夹在一对多孔导电材料(也称为气体扩散介质)之间，其将气态反应物(例如氢气和氧气或空气)分配到电极层。可以在阳极处引入氢反应物，氢反应物在在催化剂存在下在阳极发生电化学反应以产生电子和质子。电子可通过置于阳极和阴极之间的电路从阳极传导至阴极。同时，质子穿过质子交换膜到达阴极，在阴极处，氧气或空气等氧化剂在催化剂存在下发生电化学反应，产生氧阴离子。氧阴离子与质子反应形成水作为反应产物。质子交换膜燃料电池的膜电极组件可以夹在一对导电双极板之间，双极板用作阳极和阴极的集电器。
[0006]双极板可配置为燃料电池堆中的导电板，其可用作一个燃料电池的阳极板和相邻的燃料电池的阴极板。所述双极板可以包括金属和/或导电聚合物，例如，碳填充复合物。所述双极板可以包含各种平台和通道，形成反应流体的流场，并且还可以包含用于冷却剂流场的内部管道。以这种方式，所述双极板可以容纳和引导流体进入燃料电池、在燃料电池内和从燃料电池中流出，并且将流体分配到运行所需的燃料电池区域。双极板可以提供扩散介质、膜、封装等结构支撑，实现从一个燃料电池到下一个燃料电池的封装，可以传导燃料电池内反应产生的热量，重要的是还可以传导燃料电池反应产生的电。所述双极板可用作组装在燃料电池堆中的一系列相邻燃料电池之间的电导体。
[0007]某些双极板包括由两个独立的单极板或半板构成的连接组件。每个半板可具有外表面和内表面，所述外表面具有用于气态反应物流体的流动通道，所述内表面具有冷却剂通道。为了在燃料电池堆中的相邻燃料电池的阳极和阴极之间传导电流，每个双极板组件的成对半板被机械地和电气地连接。例如，这种双极板通常构造成具有通过粘合剂封装、通过硬焊或通过焊接连接的一对半板。
[0008]用碳复合材料或金属形成双极板是已知的。每种方法都有优点和局限性。
Carlstrom的美国专利号7,029,784描述了嵌套复合材料(Nested composites)。Goebel的美国专利号6,974,648和Abd Elhamid等人的美国专利号7,687,175分别描述了嵌套冲压金属和非嵌套复合材料冲压金属双极板。Goebel的美国专利号7,291,414描述了嵌套板的进料区域支撑。其他示例包括混合双极板，如Gu于2018年10月15日提交的美国专利申请号16/093,890。这些文件的全部公开内容通过引用并入本文。
[0009]所述双极板可能需要在每个半电池之间进行封装，这可称为板封装，以及燃料电池组件之间的封装，这可称为电池封装。例如，可以使用金属板的激光焊接或复合板的粘合来完成板封装。例如，可以通过在板上分配和固化弹性体封装或在膜电极组件上注塑成型来实现电池封装。这种封装流程增加了双极板和电池的制造过程的时间和成本。因此，需要改进在燃料电池组件和燃料电池堆中封装双极板的方法。

技术实现思路

[0010]根据本公开，意外地发现了在燃料电池的组件和燃料电池堆中封装双极板的改进方法。
[0011]本技术包括涉及双极板封装的制造、系统和工艺，包括金属双极板和混合双极板，它们可以与形成燃料电池和燃料电池堆结合使用，其中框架构件和双极板之间可以形成一个或多个协作封装。
[0012]提供了制造、形成和使用用于燃料电池的双极板组件的方法，其中所述双极板组件包括第一框架构件、第二框架构件、双极板和膜电极组件。所述第一框架构件可包括第一侧和第二侧，其中所述第一侧具有第一侧突起。所述第二框架构件可包括第一侧和第二侧，其中所述第二侧具有第二侧凹部。所述双极板可包括阳极板和阴极板，其中所述阳极板的一部分和所述阴极板的一部分设置在所述第一框架构件和所述第二框架构件之间。所述膜电极组件可包括设置在阳极催化剂层和阴极催化剂层之间的质子交换膜，其中所述膜电极组件可设置在所述双极板的所述阳极板和所述阴极板的其中一者附近。所述第一框架构件的所述第一侧突起使阳极板的部分和所述阴极板的部分变形到所述第二框架构件的所述第二侧凹部中，从而在它们之间形成封装。
[0013]所述双极板组件可包括各种附加方面。所述第一框架构件可包括第二侧凹部，并且所述第二框架构件可包括第一侧突起。所述第一框架构件可包括第一侧凹部，并且所述第二框架构件可包括第二侧突起。所述第一框架构件可包括第二侧突起，并且所述第二框架构件可包括第一侧凹部。以此方式，实施例可以包括:所述第二框架构件的所述第二侧突起使所述阳极板的部分和所述阴极板的部分变形到所述第一框架构件的所述第一侧凹部中，从而在它们之间形成另一个封装。每一个所述第一框架构件和所述第二框架构件的第一侧突起和第一侧凹部可彼此横向偏移。同样地，每一个所述第一框架构件和所述第二框架构件中的所述第二侧凹部和所述第二侧突起可以彼此横向偏移。所述双极板组件的某些实施例可包括:所述第一框架构件和所述第二框架构件具有实质上相同的结构。
[0014]所述双极板组件的框架构件可包括各种附加方面。所述第一框架构件和所述第二框架构件中的一者或两者可以是不导电的。同样地，所述第一框架构件和所述第二框架构件中的一者或两者可包括塑料材料。所述第一框架构件的所述第一侧突起可以在形成封装时变形。所述第一框架构件的所述第一侧突起可具有实质上三角形横截面和实质上截头圆
锥形横截面中的其中一者。某些实施例包括:所述第一框架构件的所述第一侧突起具有实质上三角形的横截面，其在形成封装时向实质上截头圆锥形的横截面变形。
[0015]提供了制造、形成和使用用于燃料电池的双极板组件的替代方式，其中所述双极板组件包括第一框架构件、第二框架构件、双极板和膜电极组件。所述第一框架构件可包括第一侧和第二侧，其中所述第一侧可具有第一侧突起和第一侧凹部。所述第二框架构件可包括第一侧和第二侧，其中所述第二侧可具有第二侧凹部和第二侧突起。所述双极板可包括阳极板和阴极板，其中所述阴极板的一部分可设置在所述第一框架构件和所述第二框架构件之间。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种双极板组件，其特征在于：所述双极板组件包含︰第一框架构件，包括第一侧和第二侧，所述第一侧具有第一侧突起；第二框架构件，包括第一侧和第二侧，所述第二侧具有第二侧凹部；双极板，包括阳极板和阴极板，所述阳极板的一部分和所述阴极板的一部分设置在所述第一框架构件和所述第二框架构件之间；膜电极组件，包括设置在阳极催化剂层和阴极催化剂层之间的质子交换膜，所述膜电极组件设置在所述双极板的所述阳极板和所述阴极板之其中一者附近；其中，所述第一框架构件的所述第一侧突起使所述阳极板的部分和所述阴极板的部分变形到所述第二框架构件的所述第二侧凹部中，从而在它们之间形成封装。2.如权利要求1所述的双极板组件，其特征在于：所述第一框架构件包括第二侧凹部，且所述第二框架构件包括第一侧突起。3.如权利要求2所述的双极板组件，其特征在于：所述第一框架构件包括第一侧凹部，且所述第二框架构件包括第二侧突起。4.如权利要求3所述的双极板组件，其特征在于：所述第一框架构件包括第二侧突起，所述第二框架构件包括第一侧凹部。5.如权利要求4所述的双极板组件，其特征在于：所述第一框架构件和所述第二框架构件具有实质上相同的结构。6.如权利要求1的双极板组件，其特征在于：所述第一框架构件包括第一侧凹部；所述第二框架构件包括第二侧突起；和其中，所述第二框架构件的所述第二侧突起使所述阳极板的部分和所述阴极板的部分变形到所述第一框架构件的所述第一侧凹部中，从而在它们之间形成另一个封装。7.如权利要求1所述的双极板组件，其特征在于：所述第一框架构件和所述第二框架构件包括塑料并且是不导电的。8.如权利要求1所述的双极板组件，其特征在于：所述第一框架构件的所述第一侧突起在形成封装时变形。9.如权利要求1所述的双极板组件，其特征在于：所述第一框架构件的所述第一侧突起具有实质上三角形横截面和实质上截头圆锥形横截面的其中一者。10.如权利要求1所述的双极板组件，其特征在于：每一个所述第一框架构件和所述第二框架构件包括：多个边缘，每个边缘实质上与所述双极板组件的边缘一致；阳极集管；阴极集管；和冷却剂集管。11.如权利要求1所述的双极板组件，其特征在于：每一个所述第一框架构件和所述第二框架构件与所述双极板组件的边缘实质上一致，实质上外接所述膜电极组件，并且所述阳极催化剂层和所述阴极催化剂层是布置在其开放的内部部分中。12.如权利要求1所述的双极板组件，其特征在于：所述阳极板的和所述阴极板的设置在所述第一框架构件和所述第二框架构件之间的
部分位于所述双极板组件的边缘；所述质子交换膜的一部分设置在所述第一框架构件和所述第二框架构件之间位于所述双极板组件的边缘；所述第一框架构件的所述第一侧突起接触所述质子交换膜的部分并使其变形，所述质子交换膜的部分接触阳极板的部分并使其变形，所述阳极板的部分接触所述阴极板的部分并使其变形到所述第二框架的所述第二侧凹部中，从而在它们之间形成封装。13.如权利要求12所述的双极板组件，其特征在于：所述第一框架构件包括第二侧突起，并且第三框架构件包括第一侧凹部；和所述第一框架构件的所述第二侧突起接触第二阴极板的部分并使其变形，所述第二阴极板的部分接触第二阳极板的部分并使其变形进入所述第三框架构件的所述第一侧凹部，从而在它们之间形成封装。14.如权利要求1的双极板组件，其特征在于：设置在所述第一框架构件和所述第二框架构件之间的所述阳极板的部分和所述阴极板的部分位于所述双极板组件的阳极集管处；所述第一框架构件的所述第一侧突起接触所述阳极板的部分并使其变形，所述阳极板的部分接触所述阴极板的部分并使其变形到所述第二框架构件的所述第二侧凹部中，从而在它们之间形成封装；和所述第一框架构件包括流体连接所述阳极集管及位于所述阳极板和所述阳极催化剂层之间的阳极流场的阳极通道。15.如权利要求14所述的双极板组件，其特征在于：所述质子交换膜的一部分设置在的所述第一框架构件和第三框架构件之间位于所述双极板组件的阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂夫，
申请(专利权)人：海易森汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：