[发明专利]PEM燃料电池及其制造方法

说明书

本发明涉及一种PEM(光电磁效应)燃料电池和一种它的制造方法，其中燃料电池的装配通过薄膜和极板边缘的相互嵌接来实现。

例如由WO96/41392已知一种燃料电池，其中，PEM燃料电池的基本元件，亦即两侧涂覆有电极层的薄膜和两块极板通过一个专用夹子被夹固在一起。

在另一种燃料电池中，薄膜超出两侧涂覆的电极，并通过一个密封件与正、负极板连接，从而在带电极涂层的薄膜和各极板之间形成一个气密的阳极-和/或阴极气室。

在制造已知的电池时，总是需要一个额外的部件(夹子和/或密封)以及一个额外的工序用于在燃料电池的装配过程中安装这些部件。

本发明的目的在于，提供一种结构设计用于燃料电池的装配，其中燃料电池的基本元件，亦即薄膜、电极和极板足以在一道工序中完成装配，以制造出电池。

本发明的对象(内容)是一种燃料电池，它包括一个在两侧涂覆有电极层的薄膜和分别用于限定阳极和阴极气室的一块负极板和一块正极板，其中，薄膜边缘和两极板边缘互配成型，使得在装配时两极板边缘啮合在薄膜边缘内，并在薄膜和极板之间分别形成一个密封的阳极气室和阴极气室。

本发明的对象还有一种制造燃料电池的方法，其中，通过将两极板边缘啮合在薄膜边缘内来形成所述电池。

根据本发明的一种有利的结构，薄膜边缘设计成沟槽状和/或“U”形，并且两极板边缘也同样地设计成沟槽状和/或“U”形，以使上、下两块极板分别钩在薄膜边缘的各槽壁内。所述薄膜由密封材料制成，因此通过将极板啮合在薄膜边缘的沟槽内形成一个密封。

凹槽-和/或沟槽形薄膜边缘适合于容纳极板，它可以在一开始制造薄膜时就成型或者可以在现成的薄膜上(甚至可能是在现成的薄膜-电极-单元上)通过注塑、焊接、粘接和/或按别的方法加设。这种边缘最好是与薄膜不可拆卸地连接。

极板边缘的初始形状，即，它在燃料电池装配前的形状最好是直的，到元件接合时才弯曲。不过它也可以从一开始就构型成，能够卡锁在一个相应的薄膜边缘内。各极板边缘也可以通过焊接、粘接、注塑和/或按别的方法加设。

在本发明的一个优选实施型式中，由两块极板和薄膜边缘形成的边缘密封沿其棱边呈蜿蜒状地闭锁，而两极板弯折到活性电池面(亦即涂覆有电极层的薄膜面)和薄膜的“U”形边缘之间的空腔里。这样就形成一个理想的边缘密封。

下面借助两个附图对本发明予以详细说明，附图中：

图1表示一个燃料电池的横截面。该电池的上面和下面分别通过一块极板1限定。可看出中间是两侧分别具有一电极2的薄膜3。电池2只是覆盖薄膜3的活性面。在下极板1和紧接的(相邻的)燃料电池的上极板1之间是冷却管6。薄膜3的边缘4没有被涂覆电极层，它具有一个“U”形隆起，极板1的边缘啮合在里面形成边缘密封。边缘4例如注塑在薄膜3上。为了更好地密封，由薄膜边缘4和两极板1形成的边缘密封沿棱边呈蜿蜒状地闭锁，即呈曲线形地闭锁，如图1中虚线所示和图2中清楚地看到的那样。

图2表示沿图1中的断面A-A剖得的一个俯视图。若向薄膜3看，它不是象图1中那样按其厚度方向剖切示出，而是沿其平面展开。在边缘区域7内，人们观察被啮合的下极板1，可看到下极板1沿图示边缘呈蜿蜒状地闭锁，即呈曲线形地闭锁，使得如图1中虚线所示边缘弯折到带电极2的活性面和薄膜4之间的空腔5内。由此实现一个理想的边缘密封。

为制造燃料电池，极板1、涂覆电极层的薄膜3以及可能还有冷却板相互松散地叠置，同时通过各个部件的几何形状而预先定位。在此，极板1的外边缘在未接合的初始状态下是直的。通过使极板1的外边缘按图示的弯曲形状以“啮合”方式实现嵌接，就形成一个具有有效功能的电池。由此通过极板1和薄膜边缘4的形状闭合，既实现了气密性又实现了全部电池的“堆叠式-连接”。同时使各单个电池的极板保持统一的、对称的结构形状。

在装配燃料电池时，通过两极板与薄膜在机械-构造上的联结，在燃料电池的边缘区域形成一个密封，在过压情况下气体通过该密封可以排出，而在其它情况下该密封对外气密地封闭。

本发明既适用于PEM(光电磁效应)燃料电池的固定应用又适用于其移动应用。