[發明專利]PEM燃料電池及其制造方法

無效

• 申請號: 00803205.X
• 申請日: 2000-01-11
• 公開（公告）號: CN1339179A
• 公開（公告）日: 2002-03-06
• 發明（設計）人: 迪特爾·布魯克納;沃爾夫岡·克洛克
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/24;H01M8/10
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 侯宇

本發明涉及一種PEM(光電磁效應)燃料電池和一種它的制造方法，其中燃料電池的裝配通過薄膜和極板邊緣的相互嵌接來實現。

例如由WO96/41392已知一種燃料電池，其中，PEM燃料電池的基本元件，亦即兩側涂覆有電極層的薄膜和兩塊極板通過一個專用夾子被夾固在一起。

在另一種燃料電池中，薄膜超出兩側涂覆的電極，并通過一個密封件與正、負極板連接，從而在帶電極涂層的薄膜和各極板之間形成一個氣密的陽極-和/或陰極氣室。

在制造已知的電池時，總是需要一個額外的部件(夾子和/或密封)以及一個額外的工序用于在燃料電池的裝配過程中安裝這些部件。

本發明的目的在于，提供一種結構設計用于燃料電池的裝配，其中燃料電池的基本元件，亦即薄膜、電極和極板足以在一道工序中完成裝配，以制造出電池。

本發明的對象(內容)是一種燃料電池，它包括一個在兩側涂覆有電極層的薄膜和分別用于限定陽極和陰極氣室的一塊負極板和一塊正極板，其中，薄膜邊緣和兩極板邊緣互配成型，使得在裝配時兩極板邊緣嚙合在薄膜邊緣內，并在薄膜和極板之間分別形成一個密封的陽極氣室和陰極氣室。

本發明的對象還有一種制造燃料電池的方法，其中，通過將兩極板邊緣嚙合在薄膜邊緣內來形成所述電池。

根據本發明的一種有利的結構，薄膜邊緣設計成溝槽狀和/或“U”形，并且兩極板邊緣也同樣地設計成溝槽狀和/或“U”形，以使上、下兩塊極板分別鉤在薄膜邊緣的各槽壁內。所述薄膜由密封材料制成，因此通過將極板嚙合在薄膜邊緣的溝槽內形成一個密封。

凹槽-和/或溝槽形薄膜邊緣適合于容納極板，它可以在一開始制造薄膜時就成型或者可以在現成的薄膜上(甚至可能是在現成的薄膜-電極-單元上)通過注塑、焊接、粘接和/或按別的方法加設。這種邊緣最好是與薄膜不可拆卸地連接。

極板邊緣的初始形狀，即，它在燃料電池裝配前的形狀最好是直的，到元件接合時才彎曲。不過它也可以從一開始就構型成，能夠卡鎖在一個相應的薄膜邊緣內。各極板邊緣也可以通過焊接、粘接、注塑和/或按別的方法加設。

在本發明的一個優選實施型式中，由兩塊極板和薄膜邊緣形成的邊緣密封沿其棱邊呈蜿蜒狀地閉鎖，而兩極板彎折到活性電池面(亦即涂覆有電極層的薄膜面)和薄膜的“U”形邊緣之間的空腔里。這樣就形成一個理想的邊緣密封。

下面借助兩個附圖對本發明予以詳細說明，附圖中：

圖1表示一個燃料電池的橫截面。該電池的上面和下面分別通過一塊極板1限定?？煽闯鲋虚g是兩側分別具有一電極2的薄膜3。電池2只是覆蓋薄膜3的活性面。在下極板1和緊接的(相鄰的)燃料電池的上極板1之間是冷卻管6。薄膜3的邊緣4沒有被涂覆電極層，它具有一個“U”形隆起，極板1的邊緣嚙合在里面形成邊緣密封。邊緣4例如注塑在薄膜3上。為了更好地密封，由薄膜邊緣4和兩極板1形成的邊緣密封沿棱邊呈蜿蜒狀地閉鎖，即呈曲線形地閉鎖，如圖1中虛線所示和圖2中清楚地看到的那樣。

圖2表示沿圖1中的斷面A-A剖得的一個俯視圖。若向薄膜3看，它不是象圖1中那樣按其厚度方向剖切示出，而是沿其平面展開。在邊緣區域7內，人們觀察被嚙合的下極板1，可看到下極板1沿圖示邊緣呈蜿蜒狀地閉鎖，即呈曲線形地閉鎖，使得如圖1中虛線所示邊緣彎折到帶電極2的活性面和薄膜4之間的空腔5內。由此實現一個理想的邊緣密封。

為制造燃料電池，極板1、涂覆電極層的薄膜3以及可能還有冷卻板相互松散地疊置，同時通過各個部件的幾何形狀而預先定位。在此，極板1的外邊緣在未接合的初始狀態下是直的。通過使極板1的外邊緣按圖示的彎曲形狀以“嚙合”方式實現嵌接，就形成一個具有有效功能的電池。由此通過極板1和薄膜邊緣4的形狀閉合，既實現了氣密性又實現了全部電池的“堆疊式-連接”。同時使各單個電池的極板保持統一的、對稱的結構形狀。

在裝配燃料電池時，通過兩極板與薄膜在機械-構造上的聯結，在燃料電池的邊緣區域形成一個密封，在過壓情況下氣體通過該密封可以排出，而在其它情況下該密封對外氣密地封閉。

本發明既適用于PEM(光電磁效應)燃料電池的固定應用又適用于其移動應用。