[发明专利]用于燃料电池的双极板及其制造方法

说明书

一种用于燃料电池的双极板包括具有第一压条密封件的第一板和具有第二压条密封件的第二板。第一压条密封件和第二压条密封件彼此相对布置并且沿着中心线延伸。外焊接件将第一板和第二板连接在一起，并且沿着外焊接线延伸。外焊接线与第一压条密封件和第二压条密封件的外侧边缘横向间隔开外间隙距离。外间隙距离随着沿着中心线的位置的不同而变化，以控制压条密封件的刚度。将焊接线定位成更靠近外侧边缘增大了凸起压条密封件在低刚度区域中的刚度，而将焊接线定位成距离侧边缘更远减小了凸起压条密封件在高刚度区域中的刚度。

背景技术

本公开总体上涉及一种具有用于密封相邻板的压条密封件的双极板及其制造方法。

燃料电池是将诸如氢的燃料与诸如氧的氧化剂进行结合以产生电力的电化学装置。根据使用的环境，术语“燃料电池”通常用于指代单个电池或多个电池。多个电池通常被捆绑在一起并布置为形成电池堆，该电池堆具有通常以电串联方式布置的多个电池。

能够提供不同的燃料电池类型，例如磷酸、碱性、熔融碳酸盐、固体氧化物和质子交换膜(PEM)。PEM型燃料电池的基本部件是由聚合物膜电解质隔开的两个电极。每个电极在一侧上涂覆有薄催化剂层。电极、催化剂和膜一起形成膜电极组件(MEA)。

在典型的PEM型燃料电池中，MEA夹在“阳极”和“阴极”扩散介质(下文称为DM)或扩散层之间，这些扩散介质或扩散层由弹性、导电和透气的材料(如碳纤维或纸)形成。DM用作阳极和阴极的主集流体，并且为MEA提供机械支撑。DM和MEA在一对导电板(例如，双极板)之间被加压，所述导电板用作次集流体，用于从主集流体收集电流。

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MEA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。当薄板联接在一起时，联接好的表面可以限定出用于介电冷却流体的流动路径。双极板通常由提供适当的强度、导电率和耐腐蚀性的可成形金属制得。

为了减轻来自成对的板之间的流体的不期望泄漏，常常使用密封件。密封件沿着成对的板的周边边缘设置和/或在延伸穿过板的孔的周边周围设置。密封件可以包括弹性密封件，或者替代地，可以形成金属板以限定凸起压条密封件。凸起压条密封件可以形成在邻近薄板外边缘的平面金属薄板上，或者形成在围绕形成在薄板中的孔的边缘附近。可以通过冲压操作在金属薄板中形成凸起压条密封件，但是也可以使用其他方法。凸起压条密封件可以关于凸起压条密封件的纵向中心线基本上对称。然而，应当理解，凸起压条密封件可以关于纵向中心线不对称。凸起压条密封件可以包括垂直于纵向中心线的大致拱形的横截面形状。凸起压条密封件的大致拱形的横截面形状在垂直于平面金属薄板的方向上提供对负载的弹性响应。

凸起压条密封件压靠在邻接板上以形成对该邻接板的密封。如果凸起压条密封件的一些部分具有高刚度，而其他部分具有低刚度，则凸起压条密封件的高刚度区域可以防止凸起压条密封件的低刚度区域形成紧密密封。因此，凸起压条密封件应在凸起压条密封件的所有部分中具有均匀的刚度，以便在板的整个周边边缘周围和/或相邻孔的整个周边周围形成紧密密封。

发明内容

提供了一种制造用于燃料电池的双极板的方法。该方法包括形成第一板以包括沿中心线延伸的第一压条密封件。第一压条密封件包括第一内侧边缘和第一外侧边缘。第一板定位成抵靠第二板。第一板沿着外焊接线焊接到第二板。外焊接线与第一外侧边缘横向间隔开外间隙距离。外间隙距离随着沿着中心线的位置的不同而变化，以控制第一压条密封件的刚度。

在该方法的一个方面，外焊接线相对于第一外侧边缘定位，以在第一压条密封件的第一区域中限定外间隙距离的第一值，从而提供第一刚度。在该方法的另一方面，外焊接线相对于第一外侧边缘定位，以在第一压条密封件的第二区域中限定外间隙距离的第二值，从而提供第二刚度。外间隙距离的第一值小于外间隙距离的第二值，同时第一刚度基本上等于第二刚度。