[發明專利]層疊式燃料電池組件

有效

• 申請號: 201180010930.X
• 申請日: 2011-02-11
• 公開（公告）號: CN102906918A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 彼得·戴維·胡德
• 申請（專利權）人: 智慧能量有限公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/10
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 石海霞;鄭特強

技術領域

本發明涉及一種用于裝配層疊式燃料電池的方法與裝置，其中包括一個或多個沖頭（punch）的裝配頭是用來從片材料切割出部分并用來將該部分轉移至用于層疊的電極板。

背景技術

典型地借由將許多單獨的電池層疊在一起來裝配基于質子交換膜技術的燃料電池。每個電池均包括膜電極組件（MEA），且在該MEA的兩側具有相關的陽極和陰極板。使用墊片以確保在該MEA周圍的流體緊密密封。

圖1中示出傳統燃料電池10的典型布局，其中，為清楚起見，以分解形式說明不同的層。固態高分子離子轉移膜11夾設于陽極12和陰極13之間。典型地，陽極12和陰極13皆由諸如多孔碳之類的導電的多孔材料形成，其中，鉑和/或其他貴金屬催化劑的小顆粒被鍵合（bond）至該材料。陽極12和陰極13通常與膜11的各相鄰表面直接鍵合。通常將這種組合合起來稱為膜電極組件。

陽極流體流場板14和陰極流體流場板15將高分子膜11和多孔電極層12、13夾設于其中。中間背襯層12a、13a也稱為擴散層或氣體擴散層，也可用于陽極流體流場板14和陽極12之間，且類似地可用于陰極流體流場板15和陰極13之間。背襯層12a、13a是多孔的，以允許氣體擴散至陽極和陰極表面以及允許來自陽極和陰極表面的氣體擴散，而且協助管理電池中的水汽及液態水。

流體流場板或電極板14、15皆由導電的非多孔材料形成，其中可借此形成分別至陽極電極12或陰極電極13的電性接觸。同時，流體流場板促進流體燃料、氧化劑和/或反應產物輸送至多孔電極12、13和/或從多孔電極12、13排出。這通常是借由在流體流場板表面形成流體流通路（例如在朝向多孔電極12、13的表面中的凹槽或通道16）來達到的。

電極板14、15是相互電絕緣的，而且通過使用置于流體流板與高分子膜11之間的流場區域周圍的墊片來使得跨越板14、15的流場保持液密（fluid?tight）。

為了允許產生有用的功率量，需要將如圖1所示的單獨的電池組件為較大的電池堆。這可以通過在平面堆中將多個電池層疊、形成交錯的陽極和陰極板連結而完成。以串聯方式連結單獨的電池允許該堆產生較高的電壓，而以并聯方式連結電池或電池組允許產生較高的電流。可以使用多個堆來產生例如氫供電車輛的電源單元中用到的電力。

需裝配大量的電池以形成每個單獨的堆。因此，制造這樣的堆需要許多單獨的步驟，每個步驟均需要準確定位組成每個電池的各種層。任何的不對準都可能例如由于電短路或通過來自燃料或氧化劑路徑的泄露而造成整個堆的故障。因此，對于燃料電池技術應用至量產而言，重要的是裝配堆的制造工藝快速、準確而且可靠。

關于這些燃料電池堆裝配的特殊問題涉及到諸如墊片之類的部件的準確定位與對準，這類部件本質上是彈性的，因此相對于諸如金屬流體流場板之類的彈性較小的部件來說對準更加困難，尤其是當需要亞毫米級（sub-millimetre）位置精度時。墊片可以以附著性墊片材料的沖模（die）切割片的形式提供，在放置于諸如流體流場板或MEA的基材上之前，需要將墊片與背襯紙分離。

很難在沒有對準工具的輔助下手工完成對這種附著性材料的準確定位，而且這是高度勞力密集型工作。

使用針對燃料電池組件彈性部件的預切片（pre-cut?sheet）也有問題，因為該片可能在處理和裝配過程中被移動或扭曲。使用例如具有附著層（例如墊片）的背襯紙將傾向于減少扭曲，但是可能不足以維持這種墊片的可重復亞毫米級定位精度。

進一步的問題是如何以盡可能少的操作來裝配層疊式燃料電池以加速整體工藝并減少可能受定位公差（positioning?tolerance）約束的變量數目。

更一般性的進一步問題是如何加速裝配層疊式燃料電池的整體工藝而不犧牲精度或可重復性。

發明內容

本發明的目的是解決上述提及的多個問題中的一個或多個。

根據本發明的第一方案，提供了一種裝配層疊式燃料電池的方法，該方法包括步驟如下：

將第一片材料提供至第一沖模；

將裝配頭移位至鄰近該第一沖模的第一位置，該裝配頭包括第一沖頭，該第一沖頭具有配置為與該第一沖模嚙合的表面；

使該第一沖頭與該第一沖模嚙合以從該第一片材料分割出一部分；

將第一片部分附著至該第一沖頭的該表面；

將該裝配頭連同該第一片材料部分移位至包括電極板的裝配站；以及

將該第一片材料部分施加至該電極板的表面。