[發明專利]用于燃料電池的包括夾層結構嵌體的端板

有效

• 申請號: 201110462574.7
• 申請日: 2011-12-19
• 公開（公告）號: CN103000920A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 徐正燾;金世勛;安炳琪;樸真用;金志勇
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞自動車株式會社;大圓鋼業株式會社
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M2/04;H01M8/24
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳;彭益群

技術領域

本發明涉及一種用于包括夾層結構嵌體(sandwich?insert)的用于燃料電池的端板。更特別地，涉及一種用于包括夾層結構嵌體的燃料電池的端板，其中金屬嵌體具有包括多個堆疊式承載板的夾層結構嵌體結構，從而確保了強度并使得重量減少。

背景技術

參照圖7，在安裝在燃料電池汽車上的燃料電池組中的單元電池中，膜電極組件(MEA)位于該燃料電池組中的單元電池的最內側。該MEA包括可穿過質子的固態聚合物電解質膜10和涂布在固態聚合物電解質膜10的相反的表面上以使得氫能與氧反應的催化電極層，即陰極12和陽極14。

氣體擴散層(GDL)16和墊片18順序地堆疊在陰極12該陽極14的外側。包括用于供應燃料和排出由反應產生的水的流場的隔板20位于GDL16的外側。

燃料電池組中的幾百個單元電池被堆疊之后，用于供給并緊固每個單元電池的的端板30被裝配在該燃料電池組的最外側。

在這種情況下，用于收集在燃料電池組中產生的電力并發送該收集的電力到外部的電流收集板被安裝在該端板30的內側。

相應的，氫的氧化反應在燃料電池組的陽極14發生，且產生質子和電子。此時，產生的質子和電子首先通過固態聚合物電解質膜10流向陰極12，進而到達隔板20。結果，通過來自陽極14的質子和電子與空氣中的氧的電化學反應，在陰極12產生水。電能進而通過電子的流動而產生并通過端板30的電流收集板被供給需要電能的負載。

燃料電池組的端板30，被設置在燃料電池組的相反側上，用來緊固多個堆疊的隔板、MEA和GDL，并為每個單元電池提供均勻的表面壓力。

正如圖6中所示，端板30由金屬嵌體31、注塑成型體(plastic?injection?molded?body)32和電流收集板33形成，其整體地形成以減少重量并電絕緣。

特別地，金屬嵌體31被設置在注模內，進而注塑成型材料被填充進該注模，使得包括由注塑成型體32包圍的金屬嵌體31的端板30由此形成。

電流收集板33也可以與金屬嵌體31一起被設置在注模的內部，并且一起被注射成型為注塑成型體32。可替換地，電流收集板33可在稍后的時間被獨立地地組裝到注塑成型體32的內部。

端板的金屬嵌體31必須具有高的強度以抵抗內表面壓力。因此，金屬嵌體31通常通過金屬材料的機械加工制造，并且典型地還以復雜形狀制造，該復雜形狀可提高其性能以收集燃料電池組產生的電力并緊固燃料電池組。

然而，根據常規的方法，端板的金屬嵌體以一體形狀的制造，其導致若干不足。

第一，在機械加工金屬嵌體的輕重量的材料減少結構(material?reducing?structure)中，難以注射成型金屬嵌體。特別地，在端板的注射成型之后，凹進或不平坦的部分不應在樹脂表面產生以便防止當用墊片保證接觸時燃料的泄漏。然而，在給金屬嵌體應用材料減少結構時，如果注塑成型體的樹脂材料的厚度不均勻，由于樹脂的收縮，凹進或不平坦部分就會在樹脂的表面不利地產生。特別地，如果進行小型加工以便于對整體的金屬嵌體應用材料減少結構以減少重量，則難于均勻地維持注射成型材料的厚度。

第二，該整體的金屬嵌體通過機加工切割金屬板或非金屬板制造，因此花費長時間制造單個整體的金屬嵌體。這不僅使得大規模生產困難，并且使得降低成本面臨更多挑戰。

第三，該整體的金屬嵌體應當由單一材料組成，因此難以使用不同的材料以減少重量和提高強度。

發明內容

本發明提供了一種用于包括夾層結構嵌體的用于燃料電池的端板，其中該夾層結構嵌體通過堆疊兩塊或多塊板制造，每塊板具有特定的形狀。根據本發明的實施方式，該夾層結構嵌體是注射成型而成的注塑成型體，因此與常規的整體金屬嵌體相比，在確保強度的同時提供了輕重量的結構。

在一方面，本發明提供了用于燃料電池的端板，包括：具有夾層結構的夾層結構嵌體，其中兩塊或多塊板通過連接手段結合，其中夾層結構嵌體的外部表面由注塑成型材料包圍。

在一具體實施方式中，該夾層結構嵌體包括：在其中心部分具有第一電流收集板連接開口的第一板；在其中心部分具有兩個或多個第一材料減少空間的第二板；在其中心部分具有第三電流收集板連接開口的第三板；以及在其中心部分具有第二材料減少空間的第四板。

在另一個具體實施方式中，具有第二電流收集板連接開口的抗彎板被嵌入到第二板的第一材料減少空間中以便于防止夾層結構嵌體彎曲。