[發(fā)明專利]具有被不導(dǎo)電框體集管分開(kāi)的多個(gè)活性區(qū)域的燃料電池雙極板

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200580047106.6
• 申請(qǐng)日: 2005-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101120470A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·N·歐文斯;D·利西
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用汽車公司
• 主分類號(hào): H01M6/48
• 分類號(hào): H01M6/48
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 溫大鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜燃料電池，且特別是，本發(fā)明涉及一種制造用于燃料電池堆內(nèi)的雙極板的方法。

背景技術(shù)

燃料電池已在多種應(yīng)用中被用作電源。例如，已經(jīng)提出將燃料電池用于電動(dòng)車輛的動(dòng)力設(shè)備中以替換內(nèi)燃機(jī)。在質(zhì)子交換膜(PEM)型燃料電池中，氫被供應(yīng)至燃料電池的陽(yáng)極且氧作為氧化劑被供應(yīng)至陰極。質(zhì)子交換膜燃料電池包括膜電極組件(MEA)，所述膜電極組件包括薄的傳送質(zhì)子的不導(dǎo)電固體聚合物電解質(zhì)膜，所述固體聚合物電解質(zhì)膜具有位于一個(gè)面上的陽(yáng)極催化劑和位于相對(duì)的面上的陰極催化劑。膜電極組件被夾在一對(duì)無(wú)孔的導(dǎo)電元件或?qū)щ姲逯g，所述一對(duì)無(wú)孔的導(dǎo)電元件或?qū)щ姲?1)用作陽(yáng)極和陰極的集電器，并且(2)包含在其中形成的適當(dāng)?shù)耐ǖ篮?或開(kāi)口以便將燃料電池的氣態(tài)反應(yīng)物分布到相應(yīng)的陽(yáng)極催化劑和陰極催化劑的表面上。

根據(jù)上下文，術(shù)語(yǔ)“燃料電池”通常用于表示單個(gè)電池或多個(gè)電池(電池堆)。多個(gè)單獨(dú)的電池通常被組裝在一起以形成燃料電池堆且多個(gè)單獨(dú)的電池通常以電串聯(lián)的方式進(jìn)行布置。燃料電池堆內(nèi)的每個(gè)電池包括如前文所述的膜電極組件(MEA)，且每個(gè)這種膜電極組件提供了其電壓增量。燃料電池堆內(nèi)的成組相鄰電池被稱作電池組(cluster)。

在質(zhì)子交換膜燃料電池中，氫(H₂)是陽(yáng)極反應(yīng)劑(即燃料)且氧是陰極反應(yīng)劑(即氧化劑)。氧可以純氧的形式(O₂)或空氣(O₂和N₂的混合物)的形式存在。固體聚合物電解質(zhì)通常由離子交換樹脂如全氟磺酸制成。陽(yáng)極/陰極通常包括極細(xì)分散的催化顆粒，所述極細(xì)分散的催化顆粒通常被擔(dān)載在碳顆粒上并與質(zhì)子傳導(dǎo)樹脂混合在一起。催化顆粒通常是成本昂貴的貴金屬顆粒。因而，這些膜電極組件的制造成本相對(duì)昂貴且需要一定的條件，包括適當(dāng)?shù)乃芾砗蜐窕约皩?duì)污染催化劑的組分如一氧化碳(CO)的控制，從而實(shí)現(xiàn)有效運(yùn)行。

夾住膜電極組件的導(dǎo)電板在其表面上可包含溝槽陣列，所述溝槽陣列限定出反應(yīng)劑流場(chǎng)以便將燃料電池的氣態(tài)反應(yīng)劑(即氫和以空氣的形式存在的氧)分布在相應(yīng)的陰極和陽(yáng)極的表面上。這些反應(yīng)劑流場(chǎng)通常包括多個(gè)槽脊，所述多個(gè)槽脊在其間限定出多條流道，通過(guò)所述多條流道，氣態(tài)反應(yīng)劑從位于流道的一端處的供應(yīng)集管流至位于流道的相對(duì)端處的排出集管。

通常情況下，所希望的是提供一種具有高電壓的燃料電池堆。提供高電壓的一種方式是實(shí)施以串聯(lián)的方式電連接在一起的多個(gè)燃料電池堆。與處理和組裝應(yīng)用于汽車的大容量燃料電池相關(guān)聯(lián)的成本是高昂的。除了要提供高電壓以外，車輛內(nèi)的封裝限制需要減少燃料電池堆所占據(jù)的面積。結(jié)果是，所希望的是提供一種同時(shí)滿足相關(guān)的封裝限制的高電壓燃料電池堆。

發(fā)明內(nèi)容

一種制造雙極板的方法包括模制出限定了多個(gè)接收區(qū)域的不導(dǎo)電殼體。第一組導(dǎo)電裝料(conductive?charge)被設(shè)置在所述多個(gè)接收區(qū)域的每個(gè)接收區(qū)域內(nèi)。壓縮力被施加到所述第一組導(dǎo)電裝料的每塊導(dǎo)電裝料上，由此限定出第一組導(dǎo)電板，所述第一組導(dǎo)電板在外邊緣上被結(jié)合到所述不導(dǎo)電殼體上。第二組導(dǎo)電板被設(shè)置到所述第一組導(dǎo)電板上。所述第一組導(dǎo)電板和所述第二組導(dǎo)電板被結(jié)合在一起以在其間限定出冷卻劑流場(chǎng)。

根據(jù)其它特征，壓縮力被施加到第二組導(dǎo)電裝料上，由此限定出所述第二組導(dǎo)電板。將壓縮力施加到所述第一組導(dǎo)電裝料的每塊導(dǎo)電裝料上包括在相應(yīng)的第一組導(dǎo)電板上限定出第一反應(yīng)劑流場(chǎng)。將壓縮力施加到第二組導(dǎo)電裝料上包括在相應(yīng)的第二組導(dǎo)電板上限定出第二反應(yīng)劑流場(chǎng)。將所述第一組導(dǎo)電板與所述第二組導(dǎo)電板結(jié)合在一起包括將粘結(jié)劑施加到在所述第一組導(dǎo)電板與所述第二組導(dǎo)電板之間限定出的接觸表面上。壓縮力被施加到所述第一組導(dǎo)電板和所述第二組導(dǎo)電板上，由此使所述粘結(jié)劑熱活化并且在所述接觸表面處形成結(jié)合。

通過(guò)下文提供的詳細(xì)描述將易于理解本發(fā)明的其它適用領(lǐng)域。應(yīng)該理解，盡管通過(guò)詳細(xì)描述和特定實(shí)例對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但所述詳細(xì)描述和特定實(shí)例僅旨在用于示例性的目的而并非旨在限制本發(fā)明的范圍。

附圖說(shuō)明

通過(guò)詳細(xì)描述和附圖將更充分地理解本發(fā)明，在所述附圖中：

圖1是根據(jù)本教導(dǎo)的燃料電池堆的部分剖視圖；

圖2是圖1所示的燃料電池堆的部分分解視圖；

圖3是根據(jù)本教導(dǎo)的雙極板組件的俯視圖；

圖4是用于構(gòu)造圖3所示的雙極板組件的不導(dǎo)電殼體的透視圖；

圖5是用于形成圖4所示的不導(dǎo)電殼體中的第一組導(dǎo)電板的模制成型工藝的透視圖；和

圖6是被附接到第一組導(dǎo)電板上的第二組導(dǎo)電板的透視圖。

具體實(shí)施方式