[實用新型]在燃料電池中固定墊片的燃料電池組件

有效

• 申請號: 201720598144.0
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN207097955U
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 馬斯·邦;安德斯·瑞森·科斯加德
• 申請（專利權）人: 塞能量公司
• 主分類號: H01M8/0271
• 分類號: H01M8/0271
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司44100
• 代理人: 李德魁

技術領域

本發明涉及燃料電池中的墊片，以及確保墊片即使在熱循環中仍密封的系統。

背景技術

在燃料電池組中，聚合物墊片用于在陽極板和陰極板之間，例如雙極板之間密封。

羅克的美國申請US7081316公開了一種燃料電池組，其中雙極板組件夾在兩個墊片之間，兩個墊片覆蓋雙極板組件的邊緣。墊片包括靠近相對邊沿的開口，用于沿燃料電池組運輸燃料氣和空氣所要求的通道。雙極板組件由金屬板制成，其結合使得在板之間具有用于冷卻的水通道。

在生產期間需要將這種墊片精確定位，以提供合適的密封；并且為了保證長期合適的密封，墊片需要保持在該位置。長期的合適密封是具有挑戰性的，因為當打開和關閉時，燃料電池的重復熱循環導致墊片相對于雙極板輕微膨脹和收縮，這是由于它們由具有不同熱膨脹系數的不同材料制成。重復這種膨脹和收縮成百或甚至上千次使得墊片大幅度移動和變形，最后導致泄漏。

杉浦的專利申請US2005/079400和井上的專利申請US2002/0122970公開了將墊片模塑在雙極板組件上。但是，這個方案非常復雜并昂貴，盡管其可提供良好的長期密封。轉讓給 Serenergy公司的考斯佳的專利US8865362公開了放置墊片的凹槽，以便固定墊片。韓國的國際專利申請WO2013/069888公開了一種燃料電池組件，其中墊片沿邊沿區域具有凸起，其與各個凹槽適配。

盡管多種方法旨在提供長壽命的燃料電池組，在許多情況下墊片的長期穩定性仍然是個問題，特別是當燃料電池要循環加熱冷卻時。期望提供進一步的改進。

實用新型內容

因此本實用新型的目的在于為本領域提供改進。特別地，目的在于提供一種燃料電池組，其具有墊片的改進的長期穩定性。此目的通過下文所述的燃料電池組實現。

燃料電池，例如為燃料電池組的一部分，包括陽極板和陰極板以及其間的質子交換膜。

例如，陽極板和陰極板作為雙極板整體設置在燃料電池組中。或者，陽極板和雙極板結合成雙極板組件，例如相互背靠背附接，其間具有密封的冷卻液流場。這種冷卻流場的例子為通道，例如蜿蜒成形的通道。在雙極板組件中，陽極板具有朝向膜的陽極側，陰極板具有朝向膜的陰極側。陽極板和陰極板都具有相對的冷卻側，它們面向彼此，并包括冷卻流場。

墊片具有分別鄰接陽極板和陰極板的兩個相對的，平面的，可變形的例如有彈性的表面，用于密封設置有膜的空間。特別地，墊片具有沿陽極板的邊沿區域鄰接陽極板的第一平面；以及沿陰極板的邊沿區域鄰接陰極板的第二相對平面。

為了提供進一步的密封，陽極板或陰極板或者兩者均包括凸起，該凸起設置為沿邊沿區域的線形輪廓。這些凸起密封地伸入墊片的可變形表面中。例如，當與墊片配合時，陽極板和陰極板的邊沿區域圍繞膜，并且凸起沿密封地圍繞膜的邊沿區域延伸。

在燃料電池的制造期間，膜設置在陽極板和陰極板之間的空間。墊片位于陽極板的邊沿區域和陰極板的相對邊沿區域之間，并且陽極板和陰極板壓在一起，由此將凸起壓入墊片的可變形平面中。墊片的平面由此變形，因為在裝配期間，凸起在墊片的表面產生凹痕。

凸起確保墊片的長期密封效果，因為允許墊片膨脹和收縮，并允許墊片輕微的移動，而不會損失密封性能。如果密封劑相對凸起移動、膨脹或收縮，僅僅墊片的不同部分被壓縮并變形，例如彈性形變，同時保持密封效果。此外，這個原理還具有優勢：不再嚴格地必需將墊片相對于陽極板和陰極板精確放置，因為無論哪部分墊片在陽極板和陰極板之間擠壓，凸起都會在墊片的可變形平面上產生凹痕。

相比墊片包括凸起且這些凸起容置在雙極板的凹槽中的系統，，本實用新型的包圍原則簡單地多，并且長期更可靠，因為其不隱含凸起不再與凹槽匹配的風險。

有利地，在陽極板上的凸起具有相同的第一高度。相應地，陰極板上凸起具有相同的第二高度，但是其不必與第一高度相同，盡管通常情況是這樣。例如，凸起具有的高度H在 0.02-0.1mm的范圍內。

例如，墊片包括兩個相互鄰接的半邊部分，其中一個半邊部分鄰接陽極板的邊沿區域，并且另一個半邊部分鄰接陰極板的邊沿區域。如果膜設置在框架上，該框架例如圍繞膜延伸，其中框架形成薄片，本實施方式是有效的。然后薄片可夾在墊片的兩個半邊部分之間，由此使膜一側的陽極空間相對膜的相對側的陰極空間密封。這樣，膜、陽極空間和陰極空間都相對環境密封。