[发明专利]密封垫和包括贴在双极板上的该密封垫的燃料电池单元

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种燃料电池的密封垫。

本发明涉及一种包括贴有这样一种密封垫的双极板的燃料电池单元。

背景技术

燃料电池是一种基于燃料(通常为氢)和助燃剂(氧气或含氧气的气体例如空气)能够将化学能转化为电能的电化学装置，反应唯一的产物是水，同时释放热量并产生电。

在燃料电池内部，导致在电极发生反应的一般化学反应如下：

H₂+O₂→H₂O

燃料电池可用于为所有的设备例如电脑、手机提供电能，而且它也能够用于确保机动车的驱动和/或在车辆中的电器设备的电力供应。

燃料电池可以由一个或多个单元组成。

参照图1，图1是现有技术的燃料电池单元，该单元(cellule)1包括质子传导电解质2，该电解质夹在阴极多孔电极3和阳极多孔电极4之间，它确保在这两个电极3、4之间的质子传递。

为此，电解质2可以是厚度在20至200μm的质子交换聚合物膜，所得的电池是PEMFC(即质子交换膜燃料电池)类型的电池。

由电解质2和两个电极3、4构成的组件形成了膜电极组件(AME)5，而膜电极组件本身又被夹在第一双极板6和第二双极板7之间，第一双极板6和第二双极板7用于确保电流的积聚(收集)、电极中助燃剂和燃料的分布(分配)以及载热流体的循环。

通常使用的双极板6，7是由具有良好抗腐蚀和导电性能的材料，例如含碳材料，如石墨、浸渍聚合物的石墨或者柔软的石墨片，通过加工或模塑成型而制成的。

也可以使用金属材料例如钛合金、铝合金和铁合金(如不锈钢)来制造双极板6，7。在这种情况下，双极板的成型可以通过对薄片的拉伸或冲压来实现。

为了确保助燃剂、燃料和载热流体分布在电池的所有构成单元中，第二双极板7包括六个孔7a，7b，7c，7d，7e，7f，其中三个孔7a，7b，7c规则地设置在该板7的上边缘8，另外三个孔7d，7e，7f以对称的方式同样规则地设置在该板7的下边缘9。

第一双极板6包括设置在与双极板7相同的地方的相同的孔，图1仅示出了上面的三个孔6a，6b，6c和下面的一个孔6d。

第一双极板6的孔6a，6b，6c，6d和第二双极板7的孔7a，7b，7c，7d，7e，7f应该对齐以确保在组装该电池时流体穿过电池的所有构成单元来循环。

在这些孔7a，7b，7c，7d，7e，7f，6a，6b，6c，6d的每个孔处，导管(未示出)可以用于供应或者回收载热流体、助燃剂或者燃料，这些载热流体、助燃剂或者燃料在板6，7的表面上或者在板6，7中在为此目的设置的管道或流体循环线路中循环，这些管道或流体循环线路将在下面详细描述。

参照图2，图2是沿图1的线II-II的剖视图，阴极电极3和阳极电极4每一个均包括各自的活性层10，11(其分别是发生阴极和阳极反应的所在地)和各自的插在活性层10，11之间的扩散层12，13以及对应的双极板7，6，该扩散层12，13可以是纸基体或碳织物。

扩散层12，13确保反应物(例如氢和氧)在相应的管道14，15中均匀扩散，管道14，15通过在相应的双极板7，6中形成凹槽来形成。

这样，通过扩散层13给阳极电极4的活性层11供应氢，在活性层11中发生如下反应：

H₂→2e^-+2H⁺  (1)

以相同的方式，通过扩散层12给阴极电极3的活性层10供应氧，在活性层10处发生如下反应：

O₂+2H⁺+2e^-→H₂O    (2)

通过导电膜2的存在这些反应是可以发生的，导电膜2的存在确保了从阳极4的活性层11到阴极3的活性层10的质子传递。

至于所使用的流体性质和发生的电化学反应，在燃料电池的设计中，密封性是重点。

参照图3，图3示出了现有技术的燃料电池单元，该密封性可以通过插在对应的双极板6，7和膜电极组件5之间的具有圆形横截面16，17的密封垫来实现，膜电极组件5由活性区19和围绕该活性区19的框架18构成，该活性区19是电化学反应的场所。

参照该图示出的电池单元1的阳极部分，在电池组装中，密封垫17嵌入在双极板6上设置的、围绕反应物分布管道15的相配合的周边凹槽20。