包括具有单独注入器密封物的歧管的燃料电池制造技术

本发明专利技术涉及包括堆叠的电池的燃料电池组，电池组包括被称为双极板的板的叠加，在板之间放置包括电解质膜（M）和在该膜的每侧上的电极的组件。板在其外围上设置有用来输送反应气体的孔和用来排出反应产物的孔，相邻板的孔对齐，以便形成正好穿过电池的堆的供应或排出歧管。根据本发明专利技术，歧管的孔由彼此分离并与双极板分离的单独的环形接头环绕，一些接头形成孔和电池之间的密封接头，而其它接头形成用于待输送到电池或从电池排出的反应气体的注入器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括具有单独注入器密封物的歧管的燃料电池
[0001 ] 本专利技术涉及燃料电池组，且特别是氢燃料电池组。
技术介绍
燃料电池组是单元电池的堆叠，其中电化学反应发生在反应产物之间，反应产物在反应消耗它们时被逐渐引入。使燃料(其在氢燃料电池组的情况下是氢)与阳极接触；用于氢燃料电池组的氧化剂、氧气和空气与阴极接触。阳极和阴极由可渗透一些反应组分但不是全部反应组分的电解质(可能是固体膜)分离。反应被细分成两个半反应(氧化和还原)，该两个半反应一方面发生在阳极/电解质界面处，而另一方面发生在阴极/电解质界面处。在实践中，固体电解质是可渗透氢离子H+但不渗透二氢分子H2或电子的膜。在阳极处的还原反应是产生穿过膜的H+离子的氢和由阳极收集的电子的氧化；在阴极处，这些离子参与氧的还原，需要电子并产生水，还发出热量。电池的堆是反应的唯一位置:反应物必须被供应到其，且产物和非反应物质必须被排出，正如所产生的热一样。最后，电池串联地电连接到彼此，一个电池的阳极连接到相邻电池的阴极；在电池的堆的端部处，在一侧上，阳极连接到负端子，以便排出电子，而在另一侧上，阴极连接到正端子。外部电路连接到这些端子。当电化学反应进行时，电子经由外部电路从阳极流到阴极，该外部电路因此由电池组供电。包括堆叠的电池的常规燃料电池组包括被称为双极板的东西的叠加，在双极板之间放置组件，该组件包括同时包括电解质膜和在该膜的每侧上的电极。可选地与具有特定构造的密封接头相关联的双极板用来收集电流并在膜的适当侧上将反应物气体(氢气和空气，或氢气和氧气)分布到膜:在阳极侧上是氢气，在阴极侧上是空气或氧气。它们包括面向阳极的分布通道和面向阴极的其它通道。它们还可包括冷却通道。在它们的周围，板被穿透有用于输送反应物气体的孔和用于排出反应的产物的孔。用于输送反应物气体的孔通过彼此紧密接触的板的叠加而形成用于供应反应物气体的歧管。排出孔以相同的方式形成用于排出反应的产物的歧管。密封接头被设置成使得流体保持被限制在这些歧管中，但双极板和/或密封接头的设计使得通路在歧管中在期望将流体分布到电池的位置上形成，使得流体在期望侧上渗透到电池中，而不横穿到另一侧。这些通路经由在板中形成的分布通道将反应物气体引导到电池，分布通道尽可能均匀地在电解质膜上分布气体。上述同样适用于反应产物，板和接头被设计成允许反应产物在阳极侧和/或阴极侧上被收集并排出到排出歧管。因此，用于给常规电池供应氢气的供应歧管由板和接头的堆组成，板和接头的堆被设计成使得氢气可在阳极侧上的电池中扩散，但绝对不在阴极侧上。相反的原理对于供应空气或氧气的供应歧管成立。在堆的末尾处，在板中形成的这些孔分别连接到用于每个反应产物的相应供应导管和用于反应的产物的排出导管。电池的堆由穿过所有双极板和膜的棒紧紧地夹住。所施加的压力将电池相对于彼此密封，并在电池的阳极侧和阴极侧之间产生密封。在现有技术中，提出了一种结构，其中双极板以复杂的方式被切割，以便限定在板的叠加中形成供应歧管和排出歧管的流体分布通道和孔。当板靠着彼此被紧紧地夹住时在板之间施加的压力在歧管和电池之间的连通必须被防止(例如，在氢气供应歧管和电池的阴极侧之间必须没有连通且在空气供应歧管和阳极侧之间必须没有连通)的位置上产生期望的密封。在连通必须是可能的位置上，在双极板上设置凹口。专利FR 2 887 689描述了这样的双极板，其可由冲压的金属或其它材料(例如填充石墨的聚合物)制成。但在这种情况下板不可能采取单个薄片的形式。在还提出的结构中，提供周围密封的适当切割的板在密封必须被维持的每个地方都维持密封，但允许反应气体在它需要穿过的位置上从歧管穿入到电池中。接头在电解质-膜侧上是平面的，以便支撑后者，且它在双极板侧上具有更复杂的形状。从歧管延伸到膜的活性表面的分布通道可在密封物中产生。专利US 5 482 792描述了这样的结构。可接着经由夹在周围密封物和双极板之间的泡沫板获得均匀的气体分布。该叠的零件生产起来复杂，它们的成本高，且它们在厚度上大，从而不利地影响电池组的紧凑性。最后，因为它必须既不太柔软(以便允许通道产生)也不太坚硬(为了密封功能)，所以形成复杂密封的板难以生产。在上述两个例子中，电池的阳极侧和阴极侧需要不同的双极板和接合板，从而增加了制造成本。专利US 5 532 073描述了注入垫圈，其的配置使得它们不能在不损坏电解质膜的情况下被施加为紧靠电解质膜。公开本文US 2010/0209800描述了焊接到板的平接头，所述接头不能在不损坏柔性电解质膜的情况下被施加为紧靠柔性电解质膜。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了包括堆叠的电池的燃料电池组，该电池组包括被称为双极板的板的叠加，在板之间放置了组件，该组件包括电解质膜和在该膜的每侧上的电极，板在其外围上设置有用来输送反应气体的孔和用来排出反应产物的孔，相邻板的孔对齐以便形成正好穿过电池的堆的供应歧管或排出歧管。供应歧管的孔由彼此分离并与双极板分离的单独的环形接头环绕，某些接头形成孔和电池之间的密封接头，而其它接头形成用于待输送到电池或从电池排出的反应气体的注入器。环形接头从至少一个非平面金属薄板和补充部分形成，金属薄板在与孔的平面垂直的平面中具有U形横截面，U的臂向外张开并具有平行于底部折叠的端部，底部紧靠孔周围的双极板或紧靠支承电解质膜支承。接头的厚度对应于双极板和膜之间的距离。形成注入器的接头设置有以接头的厚度的局部通路以便允许流体穿过，而形成密封接头的接头没有这样的通路以便维持密封。补充部分可由金属或聚合物制成，且通路在补充部分中形成。可优选地在金属薄板的情况下通过冲压、通过模制(在塑料的情况下)或甚至通过切割来形成局部通路。词语“环形形状”被理解为意指闭合的但不一定圆形的形状。它可以是椭圆或甚至正方形或矩形形状。如果孔是圆形的话，环形形状优选地是圆形形状。薄板的U形(或平底V形)横截面被设计成完全经得起在堆的组装期间施加的压力，同时具有一定的柔韧性，允许应力被分布。接头可直接被施加为紧靠电解质膜。当包括具有向外张开的臂的该U形状的两个薄板面对面被焊接时，其是经由位于臂的端部处的折叠平面部分。金属薄板的U的平坦底部被施加为紧靠双极部分。另一薄板的U的平坦底部被施加为紧靠电解质膜。注入器接头的流体通路在横向臂中且可选地在U的平坦底部中在适当位置上形成，而不是在其上面的折叠平面部分中，以便使这些部分在孔的整个外围上保持整体环状连续性。当补充部分由聚合物制成时，它填充金属板的U的底部，其平面部分突出到U的开口之外；这个平面部分对紧靠双极板或紧靠膜。在实践中，补充部分将具有类似于金属薄板的外部形状的外部形状，但将更庞大，因为它将填充其外表面和金属薄板的内表面之间的整个内部空间。优选地，当补充部分由聚合物制成时，注入器接头的流体通路是这个部分中的局部孔；这些孔原则上在该部分的模制期间在该部分的突出部中形成，即，突出到金属薄板的U之外。在供应(或排出)歧管穿过电池且因此连续穿过阳极区、然后穿过膜、然后穿过阴极区的位置上，将根据歧管是否必须与考虑中的区连通或不连通来使用具有通路的接头(注入器接头)或无通路接头(密封接头)。因此，对于氢气供应歧管，注入器接头将放置在双极板与阳极侧上的膜之间，且密本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括堆叠的电池的燃料电池组，所述燃料电池组包括被称为双极板（BP、BP’）的板的叠加，在所述板之间放置了组件，所述组件包括电解质膜（M）和在所述膜的每侧上的电极，所述板在其外围上设置有用来输送反应气体的孔和用来排出反应产物的孔，相邻板的孔对齐，以便形成正好穿过电池堆的供应歧管或排出歧管，并且所述歧管的孔由彼此分离并与所述双极板分离的单独的环形接头（JA、JB）环绕，一些接头（JA、J′B）形成在所述孔和电池之间的密封接头，而其它接头形成用于待输送到电池或从电池排出的流体的注入器（J′A、JB），特征在于，所述环形接头由至少一个非平面金属薄板（TA）和补充部分（TB）形成，所述金属薄板在与所述孔的平面垂直的平面中具有U形横截面，所述U的臂向外张开并具有折叠成平行于底部（FA）的端部，所述底部紧靠所述孔周围的所述双极板或紧靠电解质膜支撑，所述接头的厚度对应于所述双极板和所述膜之间的距离，形成注入器的所述接头设置有在所述接头的厚度中的局部通路（PB）以便允许所述流体穿过，而形成密封接头的所述接头没有这样的通路以便维持密封，所述补充部分由金属或聚合物制成，且所述通路在所述补充部分中形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.09 FR 11539561.一种包括堆叠的电池的燃料电池组，所述燃料电池组包括被称为双极板(BP、BP’)的板的叠加，在所述板之间放置了组件，所述组件包括电解质膜(M)和在所述膜的每侧上的电极，所述板在其外围上设置有用来输送反应气体的孔和用来排出反应产物的孔，相邻板的孔对齐，以便形成正好穿过电池堆的供应歧管或排出歧管，并且所述歧管的孔由彼此分离并与所述双极板分离的单独的环形接头(JA、JB)环绕，一些接头(JA、J' B)形成在所述孔和电池之间的密封接头，而其它接头形成用于待输送到电池或从电池排出的流体的注入器0- A> JB)，特征在于，所述环形接头由至少一个非平面金属薄板(TA)和补充部分(Tb)形成，所述金属薄板在与所述孔的平面垂直的平面中具有U形横截面，所述U的臂向外张开并具有折叠成平行于底部(Fa)的端部，所述底部紧靠所述孔周围的所述双极板或紧靠电解质膜支撑，所述接头的厚度对应于所述双极板和所述膜之间的距离，形成注入器的所述接头设置有在所述接头的厚度中的局部通路(Pb)以便允许所述流体穿过，而形成密封接头的所述接头没有这样的通路以便维持密封，所述补充部分由金属或聚合物制成，且所述通路在所述补充部分中形成。2.如权利要求1所述的燃料电池组，特征在于，所述补充部分是另一U形金属薄板，且这两个薄板经由位于所述U的所述臂的端部处的其折叠平面部分被面对面地焊接，所述金属板的所述U的底部被施加为紧靠所述双极...

【专利技术属性】
技术研发人员：JP·普瓦罗克鲁弗齐耶，
申请(专利权)人：原子能和辅助替代能源委员会，
类型：
国别省市：