本发明专利技术涉及一种控制PEM燃料电池堆的现场成型密封厚度的方法。本发明专利技术涉及一种密封的组件，其使用包括可变形的间隔件的密封剂来制造，以便控制厚度，而不会不利地影响弹性和密封力。可变形的间隔件（例如，弹性体、聚烯烃等）与弹性前驱体材料混合，并且分散到组件构件上，诸如燃料电池双极板上，通过压靠可变形的间隔件来组装其余的构件，以便确保所限定的密封厚度。前驱体被固化以形成密封件，该密封件进一步被压缩以提供有效的密封力。可变形的间隔件控制密封区域的厚度并且允许使用现场成型密封工艺。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及在组件(诸如燃料电池)中密封构件，以及控制密封件的厚度。
技术介绍
该部分提供关于本公开的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。氢是有吸引力的燃料，因为其提供低排放并且可以用于在燃料电池中高效地产生电。氢燃料电池是具有阳极和阴极的电化学设备，阳极和阴极由电解质分开。阳极接收燃料(例如，氢气)且阴极接收氧化剂(例如，氧或空气)。氢气在阳极中解离从而生成自由质子和电子，而质子穿过电解质到达阴极。来自阳极的电子不穿过电解质，而是在被引导到阴极之前被引导通过负载来做功。在阴极中，质子、电子和氧反应并生成水。质子交换膜(PEM)燃料电池是用于驱动车辆的燃料电池的一种类型。PEM燃料电池通常包括固态聚合物电解质质子传导膜，例如全氟磺酸膜。阳极和阴极可以包括细分的催化性颗粒的催化混合物，诸如钼(Pt)，担载在碳颗粒上，并与离子聚合物混合。催化混合物可以沉积在膜的相对侧。阳极催化混合物、阴极催化混合物和膜的组合可以被称为膜电极组件(MEA)。若干燃料电池可以组合为一个或多个燃料电池堆以产生所需功率。对于某些应用，燃料电池堆可以包括几百或更多的燃料电池。燃料电池堆接收阴极反应物气体，其可以是由压缩机强制通过堆的空气流。燃料电池堆也接收阳极反应气体，诸如氢，其流入该堆的阳极侧。燃料电池堆可以包括位于堆中的若干MEA之间的一系列双极板，双极板和MEA位于两端板之间。对于堆中的相邻的燃料电池，双极板包括阳极侧和阴极侧。在双极板的阳极侧提供有阳极气流通道，其允许阳极反应气体流到相应的MEA。在双极板的阴极侧提供有阴极气流通道，其允许阴极反应气体流到相应的MEA。一个端板包括阳极气流通道，另一个端板包括阴极气流通道。双极板和端板由导电材料制成，诸如不锈钢或导电复合物。端板将燃料电池产生的电导出堆。双极板还可以包括冷却剂流通道，冷却流体流过该流通道，以便控制燃料电池的温度。反应物气流通道可以被密封以防止燃料和氧化剂流体流的泄漏和相互混合。燃料电池堆可以在堆构件之间采用弹性密封或垫片以提供有效的密封。这种密封还可以通过对燃料电池MEA的歧管和电化学活性区域进行划分而将其隔离开。例如，通过介于流场板和膜之间的受到压缩力的由弹性材料形成的弹性垫片可以实现流体紧密封。因此，具有多个板的燃料电池堆可以设有多个垫片和适当的压缩系统，用于对垫片施加压缩力。围绕板歧管开口和燃料电池内的MEA的密封可以包括形成带有流体不可透过及弹性的垫片的MEA，将预先成型的垫片放置在电极层和/或隔离板中的通道中，或在电极层或隔离板中的凹槽中模制密封件，以及划分电化学活性区域和任何流体歧管开口。还可以使用现场固化和现场成型方法来形成密封。现场固化方法使前驱体材料(诸如硅树脂弹性体)的珠分散，以便在两个或多个构件之间提供密封。现场固化工艺可以用于部件可以分解用以维护的情况下。前驱体的珠分散在要组装的构件之一的特别限定的区域中。一旦前驱体已经固化并且粘附到其所施加的构件上，则构件与其它构件组装，并且该固化的珠被压缩。固化的材料的压缩和内聚提供密封。然而，对于现场固化密封来说，可能难以可靠地满足前驱体的分散的珠的严格的垫片高度公差(例如，1.050±0.10mm)。因此，使用慢的和成本高的自动分散速度(例如，每个板大约60秒的循环时间)来获得期望的公差。在两个或多个堆构件的组装期间，现场成型方法使前驱体材料(诸如硅树脂弹性体)的珠分散。前驱体分散在一个或多个构件的表面上，然后构件在前驱体仍然是湿的和未固化时被组装。一旦前驱体已经固化，则弹性的内聚在构件之间提供密封。该技术可以用于构件在生产线上立即组装并且部件不需要经常分解的情况。使用现场成型密封工艺可以使分散的垫片高度公差放大大约10倍(例如，2.50±1.0mm)，其从而使密封循环时间减半(例如，每个板大约30秒循环时间)。然而，对于现场成型密封而言，燃料电池中的金属双极板可能不足够坚硬和平坦，使得难以在堆组装时控制未固化和湿的垫片的厚度。
技术实现思路
本专利技术技术包括与组件的密封构件相关的系统、过程、制造物和成分。现场成型方法、密封剂和密封件包括一个或多个可变形的或软的间隔件。这些可变形的间隔件可以控制所得到的密封件的厚度，而不会不利地影响弹性及其密封力。在各种实施例中，密封的组件包括第一构件、第二构件、密封件、和压缩系统。密封件设置在第一构件和所述第二构件之间，并且包括第一弹性材料和可变形的间隔件。可变形的间隔件的第一维度限定第一构件和第二构件之间的距离。压缩系统压缩第一构件和第二构件之间的密封件，并且使可变形的间隔件变形。在各种实施例中，提供一种密封组件的方法，该组件包括第一构件和第二构件。对第一构件和第二构件之一施加密封剂，该密封剂包括前驱体材料和可变形的间隔件。然后，密封剂与第一构件和第二构件中的另一个接触，并且在第一构件和第二构件之间压缩。可变形的间隔件的第一维度限定第一构件和第二构件之间的距离。密封剂被固化，形成包括第一弹性材料和可变形的间隔件的密封件。在一些实施例中，可变形的间隔件包括第二弹性材料，诸如硅树脂弹性体。密封件可以进一步被压缩，以便使含有第二弹性材料的可变形的间隔件变形。在一些实施例中，可变形的间隔件包括热塑性材料，诸如聚乙烯。包括热塑性材料的可变形的间隔件可以被加热以便软化热塑性材料，密封件可以进一步被压缩，使得含有被软化的热塑性材料的可变形的间隔件变形。本专利技术的技术可以应用于燃料电池组件，燃料电池堆，以及制造燃料电池组件和燃料电池堆的方法。例如，第一构件可以包括选自端板、双极板和膜电极组件的部件，第二构件可以包括选自端板和双极板的部件。燃料电池堆可以包括多个这种燃料电池组件。此外，本专利技术还涉及以下技术方案。1.一种密封组件，包括: 第一构件； 第二构件；和 设置在所述第一构件和所述第二构件之间的密封件，所述密封件包括第一弹性材料和可变形的间隔件，其中，所述可变形的间隔件的第一维度限定了所述第一构件和所述第二构件之间的距离； 其中，压缩系统压缩所述第一构件和所述第二构件之间的密封件，并且使所述可变形的间隔件变形。2.如技术方案I所述的密封组件，其中，所述可变形的间隔件包括第二弹性材料。3.如技术方案2所述的密封组件，其中，所述第二弹性材料包括硅树脂弹性体。4.如技术方案I所述的密封组件，其中，所述可变形的间隔件包括热塑性材料。5.如技术方案4所述的密封组件，其中，所述热塑性材料包括聚乙烯。6.如技术方案I所述的密封组件，其中，所述密封件包括多个可变形的间隔件。7.如技术方案6所述的密封组件，其中，所述多个可变形的间隔件构成所述密封件的体积的大约1%至大约50%。8.如技术方案I所述的密封组件，其中，所述可变形的间隔件的所述第一维度小于垂直于所述第一维度的第二维度。9.如技术方案I所述的密封组件，其中，与未压缩的可变形的间隔件相比，在所述压缩系统作用下变形的所述可变形的间隔件的所述第一维度减小至少大约20%。10.如技术方案I所述的密封组件，其中，所述压缩系统施加大约0.075 N/mm2至大约0.75N/mm2的压力。11.一种燃料电池组件，包括如技术方案I所述的密封组件，其中，所述第一构件包括选自端板、双极板和膜电极组件的部件，所述第二构件包括选自端板和双本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种密封组件，包括：第一构件；第二构件；和设置在所述第一构件和所述第二构件之间的密封件，所述密封件包括第一弹性材料和可变形的间隔件，其中，所述可变形的间隔件的第一维度限定了所述第一构件和所述第二构件之间的距离；其中，压缩系统压缩所述第一构件和所述第二构件之间的密封件，并且使所述可变形的间隔件变形。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RH布伦克，AP诺瓦克，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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