[發明專利]用于燃料電池的板結構

有效

• 申請號: 201810091438.3
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108400349B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: R·D·布萊克利;楊曦;席亮;S·徐
• 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: H01M8/0271
• 分類號: H01M8/0271;H01M8/0286;H01M8/0293;H01M8/0297
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 譚英強

一種板結構包括具有限定基準平面的平面部分的板。板包括遠離基準平面突出的凸起壓條密封件和溝道。凸起壓條密封件沿著放置在基準平面上的中心線延伸。溝道沿著放置在基準平面上的路徑延伸。溝道與凸起壓條密封件相交。路徑和中心線相交以在基準平面上形成第一相交角和相鄰的第二相交角。第一相交角和第二相交角為補角。第一相交角為銳角，而第二相交角為鈍角。路徑和中心線布置為形成第一相交角和第二相交角的特定值，以控制凸起壓條密封件的剛度。

背景技術

本公開總體上涉及一種具有用于密封相鄰板的凸起壓條密封件的板結構。

燃料電池是將諸如氫之類的燃料與諸如氧之類的氧化劑結合在一起以產生電力的電化學裝置。術語“燃料電池”通常用于指代單個電池或者多個電池，具體取決于其使用環境。多個電池通常被捆綁在一起并布置為形成電池堆，而該電池堆具有通常以電串聯方式布置的多個電池。

例如，可以提供不同的燃料電池類型，諸如磷酸燃料電池、堿性燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池和質子交換膜(PEM)燃料電池。PEM型燃料電池中的基礎部件是被聚合物膜電解質隔開的兩個電極。在每個電極的一側上涂覆有薄薄的催化劑層。電極、催化劑和膜一起形成了膜電極組件(MEA)。

在典型的PEM型燃料電池中，MEA被夾在“陽極”與“陰極”擴散介質(下文中縮寫為“DM”)或擴散層之間，這些擴散介質或擴散層由彈性、導電且可透氣的材料(諸如碳織物或碳紙)形成。DM起到陽極和陰極的初級集流器的作用，并且為MEA提供力學支承。DM和MEA被壓制在用作收集來自初級集流器的電流的次級集流器的一對導電板(例如，單極板或雙極板)之間。

單極板通常包括單個薄金屬片，而雙極板通常包括兩個薄的相對金屬片。片材在其一個外表面上限定了流動路徑，用于將燃料輸送到MEA的陽極，或者將氧化劑輸送到MEA的陰極側。在雙極板的情形下，另一片材的外表面限定了流動路徑，用于將燃料的其余部分輸送到MEA的陽極，或者將氧化劑輸送到MEA的陰極側。在雙極板的情況下，當片材接合時，接合表面可以限定出用于介電冷卻流體的流動路徑。這些板通常由提供合適的強度、導電性和耐腐蝕性的可成型金屬制成。

為了減少不期望出現的來自板之間的流體泄漏，通常會采用密封件。密封件沿著板的周邊邊緣和/或圍繞延伸穿過板的孔的周邊而設置。密封件可以包括彈性密封件，或者替代地，可以將金屬板形成來限定出凸起壓條密封件。凸起壓條密封件可以形成在與片材的外邊緣相鄰的平面金屬片上，或者形成在圍繞在片材中形成的孔的邊緣附近。凸起壓條密封件可以通過沖壓操作形成在金屬片中，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，應該理解的是，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片的方向上提供針對負載的彈性響應。

凸起壓條密封件被壓靠在鄰接板上，從而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，凸起壓條密封件應該在凸起壓條密封件的所有部分中具有均勻的剛度，以便圍繞板的整個周邊邊緣和/或圍繞相鄰孔的整個周邊形成緊密密封。

發明內容

提供了一種用于燃料電池的板結構。板結構包括第一板，該第一板具有限定基準平面的平面部分。凸起壓條密封件遠離基準平面突出，并沿著放置在基準平面上的中心線延伸。溝道遠離基準平面突出，并沿著放置在基準平面上的路徑延伸。溝道與凸起壓條密封件相交。路徑和中心線相交以形成基準平面上的第一相交角。第一相交角為非直角。路徑和中心線布置為形成第一相交角的特定值，以控制凸起壓條密封件的剛度。

在板結構的一個方面，溝道的路徑可以是線性的。在板結構的另一方面，凸起壓條密封件的中心線可以是非線性的。

在板結構的一個方面，在中心線和路徑的相交處，第一相交角在路徑與中心線的切線之間測量。