[发明专利]具有被不导电框体集管分开的多个活性区域的燃料电池双极板

说明书

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池，且特别是，本发明涉及一种制造用于燃料电池堆内的双极板的方法。

背景技术

燃料电池已在多种应用中被用作电源。例如，已经提出将燃料电池用于电动车辆的动力设备中以替换内燃机。在质子交换膜(PEM)型燃料电池中，氢被供应至燃料电池的阳极且氧作为氧化剂被供应至阴极。质子交换膜燃料电池包括膜电极组件(MEA)，所述膜电极组件包括薄的传送质子的不导电固体聚合物电解质膜，所述固体聚合物电解质膜具有位于一个面上的阳极催化剂和位于相对的面上的阴极催化剂。膜电极组件被夹在一对无孔的导电元件或导电板之间，所述一对无孔的导电元件或导电板(1)用作阳极和阴极的集电器，并且(2)包含在其中形成的适当的通道和/或开口以便将燃料电池的气态反应物分布到相应的阳极催化剂和阴极催化剂的表面上。

根据上下文，术语“燃料电池”通常用于表示单个电池或多个电池(电池堆)。多个单独的电池通常被组装在一起以形成燃料电池堆且多个单独的电池通常以电串联的方式进行布置。燃料电池堆内的每个电池包括如前文所述的膜电极组件(MEA)，且每个这种膜电极组件提供了其电压增量。燃料电池堆内的成组相邻电池被称作电池组(cluster)。

在质子交换膜燃料电池中，氢(H₂)是阳极反应剂(即燃料)且氧是阴极反应剂(即氧化剂)。氧可以纯氧的形式(O₂)或空气(O₂和N₂的混合物)的形式存在。固体聚合物电解质通常由离子交换树脂如全氟磺酸制成。阳极/阴极通常包括极细分散的催化颗粒，所述极细分散的催化颗粒通常被担载在碳颗粒上并与质子传导树脂混合在一起。催化颗粒通常是成本昂贵的贵金属颗粒。因而，这些膜电极组件的制造成本相对昂贵且需要一定的条件，包括适当的水管理和湿化以及对污染催化剂的组分如一氧化碳(CO)的控制，从而实现有效运行。

夹住膜电极组件的导电板在其表面上可包含沟槽阵列，所述沟槽阵列限定出反应剂流场以便将燃料电池的气态反应剂(即氢和以空气的形式存在的氧)分布在相应的阴极和阳极的表面上。这些反应剂流场通常包括多个槽脊，所述多个槽脊在其间限定出多条流道，通过所述多条流道，气态反应剂从位于流道的一端处的供应集管流至位于流道的相对端处的排出集管。

通常情况下，所希望的是提供一种具有高电压的燃料电池堆。提供高电压的一种方式是实施以串联的方式电连接在一起的多个燃料电池堆。与处理和组装应用于汽车的大容量燃料电池相关联的成本是高昂的。除了要提供高电压以外，车辆内的封装限制需要减少燃料电池堆所占据的面积。结果是，所希望的是提供一种同时满足相关的封装限制的高电压燃料电池堆。

发明内容

一种制造双极板的方法包括模制出限定了多个接收区域的不导电壳体。第一组导电装料(conductive charge)被设置在所述多个接收区域的每个接收区域内。压缩力被施加到所述第一组导电装料的每块导电装料上，由此限定出第一组导电板，所述第一组导电板在外边缘上被结合到所述不导电壳体上。第二组导电板被设置到所述第一组导电板上。所述第一组导电板和所述第二组导电板被结合在一起以在其间限定出冷却剂流场。

根据其它特征，压缩力被施加到第二组导电装料上，由此限定出所述第二组导电板。将压缩力施加到所述第一组导电装料的每块导电装料上包括在相应的第一组导电板上限定出第一反应剂流场。将压缩力施加到第二组导电装料上包括在相应的第二组导电板上限定出第二反应剂流场。将所述第一组导电板与所述第二组导电板结合在一起包括将粘结剂施加到在所述第一组导电板与所述第二组导电板之间限定出的接触表面上。压缩力被施加到所述第一组导电板和所述第二组导电板上，由此使所述粘结剂热活化并且在所述接触表面处形成结合。

通过下文提供的详细描述将易于理解本发明的其它适用领域。应该理解，尽管通过详细描述和特定实例对本发明的优选实施例进行了说明，但所述详细描述和特定实例仅旨在用于示例性的目的而并非旨在限制本发明的范围。

附图说明

通过详细描述和附图将更充分地理解本发明，在所述附图中：

图1是根据本教导的燃料电池堆的部分剖视图；

图2是图1所示的燃料电池堆的部分分解视图；

图3是根据本教导的双极板组件的俯视图；

图4是用于构造图3所示的双极板组件的不导电壳体的透视图；

图5是用于形成图4所示的不导电壳体中的第一组导电板的模制成型工艺的透视图；和

图6是被附接到第一组导电板上的第二组导电板的透视图。

具体实施方式