[發明專利]氣體擴散單元

有效

• 申請號: 200680052360.X
• 申請日: 2006-02-09
• 公開（公告）號: CN101336493A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發明（設計）人: L·格丁
• 申請（專利權）人: 卡爾弗羅伊登柏格兩合公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/10
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所
• 代理人: 吳鵬;馬江立

技術領域

本發明涉及一種用于燃料電池的氣體擴散單元，該氣體擴散單元包括至少兩個設計成平面的氣體擴散層，在所述氣體擴散層的邊緣上設置有密封結構。

背景技術

燃料電池由單個的電池相互串聯而成。這形成所謂的(電池)組或電池堆，其中通常還集成有用于冷卻的附加部件。在此，一個(電池)組可包括500以內的單個電池。電池的突出特點是層狀結構，其中電池具有由兩個具有氣體分配結構的雙極板、兩個氣體擴散層和一個催化膜形式的反應層形成的結構。在此，兩個氣體擴散層分別包圍反應層并形成膜電極結構。為了避免泄漏，裝備有密封結構。泄漏會導致燃料電池的損壞并降低燃料電池的效率。由US?2003/0082430?A1中已知一種氣體擴散單元，在該氣體擴散單元中密封結構被注塑到設計成平面的氣體擴散層上。在此，在安裝時很難使氣體擴散層相互對齊以無泄漏地密封氣體擴散層和反應層的接觸區域以及氣體擴散層和雙極板的接觸區域。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種可較簡單和較可靠地密封安裝的氣體擴散單元。

上述目的通過權利要求1的特征來實現。優選的實施形式參見從屬權利要求。

為了實現所述目的，使至少兩個氣體擴散層相互鉸接連接。在此，在即可使用的狀態中，在所述氣體擴散層之間設置有膜片。通過鉸接連接得到限定的轉動軸線，所述氣體擴散層可繞該轉動軸線相對轉動。為了制造膜電極單元，首先將膜片設置在(氣體擴散)層之間，然后使氣體擴散層轉動成彼此疊置。通過這種確定的轉動保證了，所述兩個氣體擴散層及其密封結構上下對齊地設置。通過密封結構的精確對齊可靠地防止了泄漏。在另一種實施形式中，密封結構能設置在由聚合物材料制成的支承框架上。

氣體擴散層的密封結構能相互連接。通過該連接結構能以簡單的方式、在不用附加元件的情況下建立氣體擴散層的可動連接。

密封結構能設計成材料相同(材料一致)的和一體的。由此使氣體擴散層的密封結構相互連接。所述密封結構可價格低廉地制造。

密封結構能通過連接條帶(Verbindungsstreifen)相互連接。在此，該連接條帶為膜鉸鏈(Filmscharnier)，通過該膜鉸鏈使氣體擴散層可轉動地相互連接。同時，所述連接條帶具有在制造時能使材料溢出的限定區域。由此所有密封結構都能在一個工序中進行制造。

在另一種實施形式中，密封結構能通過連接片相互連接。連接片是氣體擴散層的一種同樣可轉動的、另外還是節省材料的連接結構。

所述連接條帶或連接片可至少在一側上具有沿縱向延伸的槽或漸縮部。通過所述槽和漸縮部精確確定了運動軸線，并因此使氣體擴散層更好地對齊，而這又產生了更好的密封效果。

密封結構能由彈性的聚合物材料制成。合成橡膠材料是彈性的、可大變形的且易于加工的。密封結構例如能由硅樹脂、FKM(氟橡膠/含氟彈性體)、EPDM(三元乙丙橡膠，Ethylen-Propylen-Dien-Monomer)、PIB(聚異丁烯)、PU(聚氨酯)、BR(丁二烯橡膠)或這些材料的混合物制成。通過該混合物使得能夠特定地組合各材料的有利特征。氟橡膠的優點是耐熱性好以及耐化學腐蝕性好，所述氟橡膠在燃料電池環境中證明是特別有利的。

在另一種實施形式中也可考慮將熱塑性材料、如熱塑性橡膠/熱塑性彈性體(TPE)用作密封材料。熱塑性橡膠的特殊優點是它如同熱塑性材料那樣能夠在短周期內進行加工。

所有列出的材料的優點是，它們都允許以成形方法進行加工。

用于將密封結構安裝到氣體擴散層上的可考慮的制造方法有注塑、壓制、膠粘和澆注。在此，壓制是一種特別是由于工具成本和機械成本小而有利的制造方法，該制造方法使得能在尺寸精度高的情況下以燃料電池的常見的小公差來制造密封結構。

膠粘方法實現了模塊式的制造，在這種制造中密封結構的不同實施形式能與氣體擴散層的不同實施形式相組合，膠粘方法由于其靈活性而特別適合于構件數少的情況。

密封結構可被注塑到氣體擴散層上。注塑是一種用于批量生產的制造方法。通過注塑在氣體擴散層上形成環繞的密封結構，該密封結構完全包圍設置在氣體擴散層之間的反應層從而避免泄漏。注塑有利的是，在氣體擴散層上注塑而成的密封材料滲入氣體擴散層中。這種滲透特別是在由無紡布形成的氣體擴散層中發生。由此改進了密封效果以及加工性能/工藝性能(Handhabbarkeit)。