燃料电池组用端板及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种燃料电池组用端板及端板的制造方法，通过将具有蜂窝和泡沫结构的混合芯元件应用于结合在燃料电池组的两个端部的具有夹层结构的端板，可提高每单位重量的抗挠刚度，改善断裂应力，并减少热传递。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。更具体地，本 专利技术涉及一种，其中所述端板和制造 方法可通过使用具有组合有蜂窝结构和泡沫的混合芯的夹层结构端 板，来提高每单位重量的抗挠刚度、断裂应力，并减少热传递。
技术介绍
聚合物电解质膜燃料电池或质子交换膜燃料电池(PEMFC)通 过氢氧电化学反应而产生电。与其它类型燃料电池相比，PEMFC效率 更高、电流和输出密度更大、起动时间更短且对负载变化响应更快。膜电极组件(MEA)位于燃料电池单元的最内部。MEA传统上 包括氢质子通过的固体聚合物膜层、以及涂于膜层两面以使氢氧反应 的催化剂层。催化剂层包括阴极和阳极。气体扩散层(GDL)和垫圈优选置于阴极和阳极所在膜的最外 部。具有流场的隔板位于GDL外侧以提供燃料并排水。端板结合于最 外部以支撑上述元件。因此，在燃料电池的阳极处，氢离子和电子通过氢的氧化生成。 生成的氢离子和电子分别通过膜层和隔板移至阴极。阴极处通过来自阳极的氢离子和电子与空气中所含的氧发生电化 学反应而生成水。电能从该电子流中产生。在燃料电池组中，端板用于支撑部件，同时保持均匀的表面压力 施于各部件上。另外，端板用于使热损失最小化并在短期内稳定燃料 电池组内的温度，使得燃料电池具有相当的冷起动性。保持电池组内各部件上表面压力均匀对于防止电池组内液体泄漏 以及防止电池间电接触电阻增加非常重要。另外，端板的导热性较小有利于防止电池组的热损失，并保持电 池组温度恒定。传统端板包括不锈钢以保持表面压力均匀。但是由于由不锈钢制 成的端板的重量超过7至8千克，操作端板变得困难。另外，由于金 属不适于热绝缘，损害了冷起动性能。因此，已研究了与燃料电池组隔板相接触的端板在如下方面的性 能材料、设计和使端板重量适当地较轻且具有适当抗挠刚度和适当 低导热性以有助于冷起动的制造工艺。因此，已描述了一种具有夹层结构的端板，并且制造具夹层结构 的端板的芯元件的方法包括适当地使泡沫膨胀至蜂窝结构构件内以抵 抗压力和冲击。在该
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本专利技术的背景技 术的理解，并因此其可包含不形成对于本国家的本领域普通技术人员 己知的现有技术的信息。
技术实现思路
一方面，本专利技术涉及一种燃料电池组用端板，其包括具有蜂窝 结构的芯元件，该蜂窝结构包括填充有泡沫的一个或多个隔室；以及 附于该芯元件同时覆盖该芯元件的板元件，其中填充于蜂窝结构隔室 内的泡沫是膨胀泡沫或闭孔泡沫。在优选的实施方式中，泡沫进一步配有热绝缘装置。在另一优选实施方式中，热绝缘装置包括适当地涂敷并固化于蜂 窝结构或泡沫外表面的热塑性树脂。在又一优选实施方式中，热绝缘装置包括优选在蜂窝结构各隔室 内的泡沫发泡的同时注入泡沫内的二氧化碳。在另一优选实施方式中，蜂窝结构的隔室填充有上部闭孔泡沫和 下部闭孔泡沫，其中热绝缘装置优选包括二氧化碳气体层或气凝胶片， 该热绝缘装置介于上部闭孔泡沫与下部闭孔泡沫之间。在又一优选实施方式中，热绝缘装置包括适当形成于蜂窝结构各隔室壁的多个渗透孔、通过该孔设置在蜂窝结构内的填充泡沫上的真 空提供装置、以及通过加热适当熔化以填入孔内的热塑性材料。在另一方面，本专利技术提供了一种制造燃料电池组用端板的方法， 包括以下步骤在基本为盒形且具有上开口的盒型元件内安装蜂窝结 构；将膨胀泡沫材料放置于蜂窝结构上；以及强制插入膨胀泡沫材料 至蜂窝结构的各隔室内。在优选实施方式中，该方法进一步包括在蜂窝结构或泡沫上涂敷 树脂并适当固化树脂的步骤。在又一方面，本专利技术提供了一种制造燃料电池组用端板的方法， 包括以下步骤将泡沫材料置于蜂窝结构的各隔室内；使泡沫材料膨 胀使得各隔室填充有膨胀泡沫；以及在泡沫材料膨胀时将二氧化碳注入泡沫材料内。在另一方面，本专利技术提供了一种制造燃料电池组用端板的方法，包括以下步骤在基本为盒形且具有上开口的盒型元件内安装蜂窝结 构；将下部闭孔泡沫强制插入到蜂窝结构的各隔室内；在下部闭孔泡 沫上提供热绝缘层，该绝缘层优选为二氧化碳气体层或气凝胶片；以 及将上部闭孔泡沫强制插入到蜂窝结构的各隔室内。在又一方面，本专利技术提供了一种制造燃料电池组用端板的方法， 包括以下步骤制备在其各隔室壁上形成有多个渗透孔的蜂窝结构， 该蜂窝结构包括设置于位于拐角的隔室壁上的热塑性材料；将膨胀泡 沫置于蜂窝结构上；通过将膨胀泡沫材料强制插入到蜂窝结构的各隔 室内形成芯元件；将板元件粘附于芯元件的上下表面；以及真空包装 芯元件以在蜂窝结构的泡沫内适当产生真空。在优选实施方式中，该方法进一步包括加热真空包装的芯元件以 适当熔化热塑性材料并填充蜂窝结构的渗透孔的步骤。根据本专利技术，可通过适当按压一致放置的蜂窝结构和泡沫以将泡 沫插入至蜂窝结构内，或适当使蜂窝结构内的泡沫膨胀，轻易地制造 端板的芯元件。端板优选作为夹层混合材料应用，以在结合至燃料电 池组时减轻重量并获得适当地抗挠刚度。因此，保持电池组的表面压 力均匀。另外，将附加的热绝缘装置应用于蜂窝结构或泡沫以改善热绝缘，从而使得燃料电池组即使在冷起动时也运行良好。因此，适当地提高 了燃料电池的效率。可以理解，本文所使用的术语车辆或车辆的或其它类似 术语一般包括机动车，例如载客汽车，包括运动型多功能车(SUV)、 公共汽车、卡车、各种商用车，包括各种船和艇的水运工具，飞机， 等等，且包括混合动力车、电动力车、插入式混合电动力车、氢燃料 动力车和其它替代燃料车辆(例如从石油以外来源获得的燃料)。如本文所述，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如 汽油动力和电动力。本专利技术的上述特性和优点将从附图和以下详细说明中变得明显或 在其中更详细地说明，附图结合在此说明书中并且形成此说明书的一 部分，与以下详细说明一起被用作通过实施例说明本专利技术的原理。附图说明本专利技术的上述和其它特性将参考其某些示例性的实施方式详细说 明，该实施方式由附图举例说明，下文提供的附图仅仅出于举例说明 的目的，因此不是对本专利技术的限制，其中图1A和1B是示出本专利技术的燃料电池组用端板的纵向剖视图和横 向剖视图2是示出根据本专利技术第一实施方式的端板的制造方法的示意图； 图3是示出根据本专利技术第二实施方式的端板的制造方法的示意图； 图4是示出根据本专利技术第三实施方式的端板的制造方法的示意图； 图5是示出根据本专利技术第四实施方式的端板的制造方法的示意图； 图6和7是呈现蜂窝结构泡沫芯元件的物理特性的示图。 附图中所列的参照数字包括下文进一步讨论的下列元件 10:板元件 12:盒型元件20:芯元件21:蜂窝结构 22:泡沫23:隔室空间24:热绝缘层(二氧化碳层或气凝胶片) 26:孔 28:热塑性材料830:真空袋 40:粘合剂应该理解的是，附图不必然呈比例，而只是表示用于说明本专利技术 的基本原理的各种优选特征的简化表示。包括例如特定尺寸、方向、 位置和形状的本文所公开的本专利技术的特定设计特征，将通过特定应用 和使用环境被部分地确定。附图中，在整个附图中参照数字指代本专利技术的相同或等效部件。具体实施例方式如本文所述，本专利技术包括一种燃料电池组用端板，其包括具有蜂 窝结构的芯元件，该蜂窝结构包括填充有泡沫的一个或多个隔室；以 及附于芯元件的板元件。在优选实施方式中，板元件附于芯元件，同 时覆盖芯元件。在进一步优选的实施方式中，填本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池组用端板，包括：　具有蜂窝结构的芯元件，所述蜂窝结构包括填充有泡沫的一个或多个隔室；以及　附于所述芯元件上同时覆盖所述芯元件的板元件，　其中填充于所述蜂窝结构的隔室内的所述泡沫是膨胀泡沫或闭孔泡沫。

【技术特征摘要】
KR 2008-5-13 10-2008-00437311.一种燃料电池组用端板，包括具有蜂窝结构的芯元件，所述蜂窝结构包括填充有泡沫的一个或多个隔室；以及附于所述芯元件上同时覆盖所述芯元件的板元件，其中填充于所述蜂窝结构的隔室内的所述泡沫是膨胀泡沫或闭孔泡沫。2. 如权利要求1所述的燃料电池组用端板，其中所述泡沫进一步 配有热绝缘装置。3. 如权利要求2所述的端板，其中所述热绝缘装置包括在所述蜂 窝结构或所述泡沫外表面涂敷并固化的热塑性树脂。4. 如权利要求2所述的端板，其中所述热绝缘装置包括在所述泡 沫于所述蜂窝结构的各隔室内发泡的同时注入所述泡沫内的二氧化 碳。5. 如权利要求2所述的端板，其中所述蜂窝结构的隔室填充有上 部闭孔泡沫和下部闭孔泡沫，且其中所述热绝缘装置包括二氧化碳气 体层或气凝胶片，所述热绝缘装置介于所述上部闭孔泡沫与所述下部 闭孔泡沫之间。6. 如权利要求2所述的端板，其中所述热绝缘装置包括形成于所述蜂窝结构的各隔室壁上的多个渗透孔；通过所述孔设置在所述蜂窝 结构内的填充泡沫上的真空提供装置；以及通过加热熔化以填入所述孔内的热塑性材料。7. —种燃料电池组用端板的制造方法，包括以下步骤在基本为 盒形且具有上开口的盒型元件内安装蜂窝结构；将膨胀泡沫材料放置 于所述蜂窝结构上；以及将所述膨胀泡沫材料强制插入至所述蜂窝结构的各隔室内。8. 如权利要求7所述的端板的制造方法，进一步包括将树脂涂敷 到所述蜂窝结构或所述泡沫上并使所述树脂固化的步骤。...

【专利技术属性】
技术研发人员：金世勋，李成浩，徐正焘，安炳琪，林泰源，李大吉，金成洙，庾哈纳，黄仁郁，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，韩国科学技术院，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]