[发明专利]用于燃料电池极板的金属压条密封部

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池系统，且更特别地，本发明涉及用于在燃料电 池系统的极板之间进行密封的压条密封(bead seal)结构。

背景技术

在许多应用中已经越来越多地采用燃料电池系统作为电源。例如， 已经提议将燃料电池系统用于用电客户例如车辆中从而替代内燃机。在 共同拥有的美国专利申请No.10/418,536中披露了这样一种燃料电池 系统，所述美国专利申请在此作为参考而被整体引用。燃料电池还可以 在建筑物和住宅中被用作固定电力设备，例如摄影机、计算机等中的便 携式电源。典型地，燃料电池产生电力用以对蓄电池进行充电或者为电 动机提供功率。

燃料电池是将燃料例如氢与氧化剂例如氧结合在一起从而产生电 力的电化学装置。氧通常由空气流提供。氢与氧结合在一起从而生成水。 也可以使用其它燃料，例如天然气、甲醇、汽油和煤衍生出的合成燃料。

燃料电池中的基本过程是高效、基本上无污染、静音、无活动部件 (除了空气压缩机、冷却风扇、泵和致动器之外)的并且可被构造从而 仅留下热量和作为副产物的水。根据上下文的意思，术语“燃料电池” 一般指的是单个电池或者多个电池。多个电池一般被组合在一起并且被 布置从而与通常电串联布置好的多个电池形成燃料电池堆。由于单个燃 料电池可被组装成尺寸可变的燃料电池堆，因此燃料电池系统可被设计 从而产生所需的能量输出水平，进而提供适用于不同应用的设计灵活 性。

例如可以提供不同的燃料电池类型，例如磷酸燃料电池、碱性燃料 电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池和质子交换膜(PEM) 燃料电池。PEM型燃料电池中的基本部件是被聚合物膜电解质隔开的两 个电极。在每个电极的一侧上涂覆有薄的催化剂层。所述电极、催化剂 和膜一起形成了膜电极组件(MEA)。

在一种典型的PEM型燃料电池中，膜电极组件被夹在“阳极”扩散 介质(下文中缩写为“DM”)或扩散层与“阴极”扩散介质或扩散层之 间，所述“阳极”扩散介质和“阴极”扩散介质由弹性、导电且气体可 透过的材料例如碳织物或碳纸制成。扩散介质起到阳极和阴极的初级集 流器的作用并且为膜电极组件提供力学支承。扩散介质和膜电极组件被 压制在起到收集来自所述初级集流器的电流的次级集流器的作用一对 导电板之间。该板在双极板的情况下在位于燃料电池堆内部的相邻电池 之间传导电流并且在燃料电池堆外部传导电流(在燃料电池堆端部为单 极板的情况下)。

所述双极板典型地包括两块薄的相互面对的金属薄板。所述薄板中 的一块薄板在其外表面上限定出用以将燃料输送至膜电极组件的阳极 的流动路径。另一块薄板的外表面限定出用以将氧化剂输送至膜电极组 件的阴极侧的流动路径。当所述薄板联接在一起时，联接好的表面限定 出用于介电冷却流体的流动路径。该极板典型地由能够提供适当的强 度、电导率和耐蚀性的可成形金属例如316L不锈钢生产得到。

可包含超过一百块极板的燃料电池堆受到压缩，并且所述元件借助 穿过燃料电池堆角部且被锚固在燃料电池堆端部框架上面的螺栓被保 持在一起。为了防止来自所述极板对之间的流体发生所不希望的泄漏， 通常的做法是使用密封件。所述密封件沿所述极板对的围缘进行设置。 现有技术中的密封件已涉及弹性体材料的使用。这些由弹性体材料形成 的密封件已经非常充分地进行了原型设计。然而，弹性体材料的成本使 得其不适于实现全规模生产。例如，已出版的专利合作条约(PCT)No. PCT/EP2003/011347中披露了另一种涉及使用金属密封件的现有技术中 的密封件，所述专利申请在此作为参考而被整体引用。

所希望的是：生产出一种用于在燃料电池系统的极板之间进行密封 的压条密封部，其中所述压条密封结构防止流体从燃料电池系统中泄漏 出并且使得生产成本降至最低。

发明内容

与本发明相一致地和相协调地，已经令人吃惊地研发出一种用于 在燃料电池系统的极板之间进行密封的压条密封部，其中所述压条密封 结构防止流体从燃料电池系统中泄漏出并且使得生产成本降至最低。

在一个实施例中，所述压条密封部包括在金属薄板上面形成的细 长的突出部，所述突出部包括第一侧面和间隔开的第二侧面，且大体上 呈弧形的上部密封表面被设置在所述第一侧与所述第二侧之间，其中至 少第一半径和第二半径定义出第一侧面，至少一个半径和冠部宽度定义 出上部密封表面，并且至少第一半径和第二半径定义出第二侧面。