[發明專利]用于燃料電池的雙極板及其制造方法

有效

• 申請號: 201710961491.X
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN107968212B
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: R·D·布萊克利;楊曦;S·徐;席亮
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M8/0276
• 分類號: H01M8/0276;H01M8/0286;H01M8/1006
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 鄭勇

一種用于燃料電池的雙極板包括具有第一壓條密封件的第一板和具有第二壓條密封件的第二板。第一壓條密封件和第二壓條密封件彼此相對布置并且沿著中心線延伸。外焊接件將第一板和第二板連接在一起，并且沿著外焊接線延伸。外焊接線與第一壓條密封件和第二壓條密封件的外側邊緣橫向間隔開外間隙距離。外間隙距離隨著沿著中心線的位置的不同而變化，以控制壓條密封件的剛度。將焊接線定位成更靠近外側邊緣增大了凸起壓條密封件在低剛度區域中的剛度，而將焊接線定位成距離側邊緣更遠減小了凸起壓條密封件在高剛度區域中的剛度。

背景技術

本公開總體上涉及一種具有用于密封相鄰板的壓條密封件的雙極板及其制造方法。

燃料電池是將諸如氫的燃料與諸如氧的氧化劑進行結合以產生電力的電化學裝置。根據使用的環境，術語“燃料電池”通常用于指代單個電池或多個電池。多個電池通常被捆綁在一起并布置為形成電池堆，該電池堆具有通常以電串聯方式布置的多個電池。

能夠提供不同的燃料電池類型，例如磷酸、堿性、熔融碳酸鹽、固體氧化物和質子交換膜(PEM)。PEM型燃料電池的基本部件是由聚合物膜電解質隔開的兩個電極。每個電極在一側上涂覆有薄催化劑層。電極、催化劑和膜一起形成膜電極組件(MEA)。

在典型的PEM型燃料電池中，MEA夾在“陽極”和“陰極”擴散介質(下文稱為DM)或擴散層之間，這些擴散介質或擴散層由彈性、導電和透氣的材料(如碳纖維或紙)形成。DM用作陽極和陰極的主集流體，并且為MEA提供機械支撐。DM和MEA在一對導電板(例如，雙極板)之間被加壓，所述導電板用作次集流體，用于從主集流體收集電流。

雙極板典型地包括兩塊薄的相互面對的金屬薄板。所述薄板中的一塊薄板在其外表面上限定出用以將燃料輸送至MEA的陽極的流動路徑。另一塊薄板的外表面限定出用以將氧化劑輸送至膜電極組件的陰極側的流動路徑。當薄板聯接在一起時，聯接好的表面可以限定出用于介電冷卻流體的流動路徑。雙極板通常由提供適當的強度、導電率和耐腐蝕性的可成形金屬制得。

為了減輕來自成對的板之間的流體的不期望泄漏，常常使用密封件。密封件沿著成對的板的周邊邊緣設置和/或在延伸穿過板的孔的周邊周圍設置。密封件可以包括彈性密封件，或者替代地，可以形成金屬板以限定凸起壓條密封件。凸起壓條密封件可以形成在鄰近薄板外邊緣的平面金屬薄板上，或者形成在圍繞形成在薄板中的孔的邊緣附近。可以通過沖壓操作在金屬薄板中形成凸起壓條密封件，但是也可以使用其他方法。凸起壓條密封件可以關于凸起壓條密封件的縱向中心線基本上對稱。然而，應當理解，凸起壓條密封件可以關于縱向中心線不對稱。凸起壓條密封件可以包括垂直于縱向中心線的大致拱形的橫截面形狀。凸起壓條密封件的大致拱形的橫截面形狀在垂直于平面金屬薄板的方向上提供對負載的彈性響應。

凸起壓條密封件壓靠在鄰接板上以形成對該鄰接板的密封。如果凸起壓條密封件的一些部分具有高剛度，而其他部分具有低剛度，則凸起壓條密封件的高剛度區域可以防止凸起壓條密封件的低剛度區域形成緊密密封。因此，凸起壓條密封件應在凸起壓條密封件的所有部分中具有均勻的剛度，以便在板的整個周邊邊緣周圍和/或相鄰孔的整個周邊周圍形成緊密密封。

發明內容

提供了一種制造用于燃料電池的雙極板的方法。該方法包括形成第一板以包括沿中心線延伸的第一壓條密封件。第一壓條密封件包括第一內側邊緣和第一外側邊緣。第一板定位成抵靠第二板。第一板沿著外焊接線焊接到第二板。外焊接線與第一外側邊緣橫向間隔開外間隙距離。外間隙距離隨著沿著中心線的位置的不同而變化，以控制第一壓條密封件的剛度。

在該方法的一個方面，外焊接線相對于第一外側邊緣定位，以在第一壓條密封件的第一區域中限定外間隙距離的第一值，從而提供第一剛度。在該方法的另一方面，外焊接線相對于第一外側邊緣定位，以在第一壓條密封件的第二區域中限定外間隙距離的第二值，從而提供第二剛度。外間隙距離的第一值小于外間隙距離的第二值，同時第一剛度基本上等于第二剛度。