燃料电池板粘合方法和装置制造方法
【专利摘要】将粘合薄膜固定到燃料电池部件的示例方法包括：将粘合薄膜定位邻近于燃料电池部件；以及利用来自注塑密封件的热能来熔化所述粘合薄膜。
【专利说明】燃料电池板粘合方法和装置
【技术领域】
[0001]本公开内容总体上涉及燃料电池，且更具体地涉及相对于另一燃料电池板来固定并密封燃料电池板。
【背景技术】
[0002]燃料电池堆组件(CSA)是公知的，并且典型地包括多个单独的燃料电池。单独的燃料电池包括部件，例如具有聚合物电解质膜(PEM)的组合电极组件(UEA)。
[0003]单独的燃料电池典型地包括在UEA的阳极侧上的双极板以及在UEA的阴极侧上的另一双极板。这些双极板建立将燃料和氧化剂传送到UEA的管道。燃料电池利用燃料和氧化剂以按照已知的方式产生电能。一些CSA利用弹性体密封件来控制燃料和氧化剂的流动。
【发明内容】
[0004]用于将粘合薄膜固定到燃料电池部件的示例方法包括:将粘合薄膜定位邻近于燃料电池部件；以及利用来自注塑密封件的热能来熔化所述粘合薄膜。
[0005]示例燃料电池部件装置包括燃料电池板。注塑密封件位于所述燃料电池板的一个侧上。所述注塑密封件具有密封表面，所述密封表面密封所述燃料电池板和另一燃料电池部件之间的界面。粘合薄膜构造成固定到所述燃料电池板的与所述注塑密封件相反的另一侦U。来自所述注塑密封件的热能熔化所述粘合薄膜。
[0006]示例燃料电池组件包括以叠置关系设置的阳极板和阴极板。粘合薄膜构造成将所述阳极板固定到所述阴极板。注塑密封件定位靠近所述阳极板、所述阴极板、或者所述阳极板和所述阴极板二者。所述注塑密封件具有构造成密封靠在另一燃料电池部件上的密封表面。
[0007]各个特征和优势对于本领域技术人员来说通过下述详细说明将变得显而易见。伴随该详细说明的附图可简要地描述如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1示出了示例电池堆组件的示意图。
[0009]图2示出了在图1的电池堆组件内的燃料电池的分解前视图。
[0010]图3示出了图2的燃料电池的分解后视图。
[0011]图4示出了用于图1的电池堆组件的歧管的分解图。
[0012]图5是沿图2的线4-4截取的截面图。
[0013]图6是沿图3的线5-5截取的截面图，示出了在模具内的图2的燃料电池的选定的未按比例绘制的部分。
[0014]图7是示出了模具内的另一示例燃料电池的选定部分的截面图。
[0015]图8是示出了模具内的又一示例燃料电池的选定部分的截面图。[0016]图9是示出了模具内的再一示例燃料电池的选定部分的截面图。
[0017]图10是示出了模具内的另外示例燃料电池的选定部分的截面图。
[0018]图11示出了用于固定图2的燃料电池的部件的示例方法的流程图。
【具体实施方式】
[0019]参考图1-5，示例燃料电池堆组件(CSA) 10包括与多个其他燃料电池12a和12b以堆叠关系布置的燃料电池12。在该示例中，压力板13将燃料电池12-12b夹持在CSA 10内。螺栓(未示出)在一个示例中被用于向CSA 10的燃料电池施加夹持力。
[0020]示例燃料电池12包括组合电极组件(UEA)14，其具有聚合物电解质膜(PEM)。UEA14在被供应有燃料和氧化剂时以已知的方式提供电能。
[0021]示例燃料电池12包括双极板，例如向UEA 14供应流体形式的燃料和氧化剂的燃料板18和阴极板22。其他燃料电池可包括其他类型的燃料电池流体板和部件。
[0022]在该示例中，燃料板18建立多个燃料通道26，所述燃料通道构造成将诸如烃的燃料传输到UEA 14。燃料板18在一些示例中被称为阳极板。
[0023]在该示例中，阴极板22的一侧建立氧化剂通道30，所述氧化剂通道构造成将诸如空气的氧化剂传输到燃料电池12a的UEA。阴极板22的相反侧建立冷却剂通道34，所述冷却剂通道构造成将冷却剂传送跨过燃料板18，所述冷却剂携带来自燃料电池12的热能。在一些示例中，阴极板22被称为阴极板。
[0024]示例燃料电池12包括密封组件36，该密封组件远离阴极板22的氧化剂通道侧延伸以接触燃料电池12a的UEA。密封组件36包括被保持在建立于板22内的凹槽40内的部分。示例密封组件36是热固性弹性体密封件，例如注塑FKM热固性弹性体界面密封件。密封组件36包括两个分离的L形部分。
[0025]密封件36包括接触面48，当燃料电池12a在CSA 10内被堆叠在燃料电池12的上面时，该接触面直接接触燃料电池12a的UEA的朝下表面。在该示例中，接触面48包括四个升高的凸起部52，所述凸起部直接接触燃料电池12a的UEA。
[0026]示例密封组件36当与燃料电池12a以堆叠关系布置时限制了燃料电池流体(例如，氧化剂)从CSA 10的运动。
[0027]示例CSA 10是外部带歧管的。也就是说，多个外部歧管54被用于将燃料、氧化剂和冷却剂传输到CSA 10内的燃料电池12。在另一示例中，CSA 10是内部带歧管的CSA。
[0028]示例燃料电池12包括粘合薄膜带56，其将板18的燃料通道侧固定到UEA 14。粘合薄膜56还密封板18和UEA 14之间的界面，以限制燃料电池流体从CSA 10的流动。粘合薄膜带56在该示例中是I形的，并且沿CSA 10的外部横向边缘定位。
[0029]示例燃料电池12还包括粘合薄膜带64，其将板18相对于板22固定。粘合薄膜64还密封板18和板22之间的界面，以限制燃料电池流体从CSA 10的流动。粘合薄膜带64在该示例中是L形的，并且沿CSA 10的外部横向边缘定位。
[0030]示例粘合薄膜56和64是热塑性弹性体(例如，DYNEON THV?)或通用目的热塑性薄膜(例如，聚乙烯)。增加粘合薄膜56和64的温度会熔化粘合薄膜56和64的部分。熔化部分固化以固定接触粘合薄膜56和64的部件。
[0031]现参考图6并继续参考图3，上模68和下模72构造成保持板22、粘合薄膜64和板18。上模68和凹槽40限定腔76。在该示例中为弹性体的液态材料从材料源78通过至少一个浇道80被注入腔76中。液态材料在腔76中硬化，以形成密封件36。
[0032]在注塑期间，示例粘合薄膜64被保持在板22和板18之间。一些热能从密封件36移动经过板22而到达粘合薄膜64。该热能熔化粘合薄膜64，该粘合薄膜然后冷却并固化以相对于板18来保持板22。利用来自注塑的热能来固化粘合薄膜64在单个注塑步骤中使燃料电池12的多个部分成一整体。
[0033]在该示例中，将液体材料注塑到腔76中迫使板22朝着板18向下运动。能理解的是，来自注塑的该压力可改善板22相对于板18的粘合。
[0034]参考图7，在另一示例中，向上指向的密封件136a邻近于板122注塑，并且向下指向的密封件136b邻近于板118注塑。在该示例中，上模168和下模172每个均包括至少一个浇道180。
[0035]而且，在该示例中，来自密封件136a_136b中的一者或两者的热能移动到粘合薄膜164以熔化该粘合薄膜164，所述粘合薄膜然后冷却并固化以相对于板118来固定板122。该注塑压力借助在熔化和固化期间压缩该粘合薄膜164而可以改善板122至板118的粘合。
[0036]参考图8，在又另一示例中，密封件包括朝上的密封件部236a和朝下的密封件部236b。板222和板218均建立孔84的一部分，该孔在注塑期间将液体材料传送到密封件部236b。密封件的连接部236c在孔84内固化，并且连接朝上的密封件部236a和朝下的密封件部236b。
[0037]在该示例中，来自部分236a、236b和236c中的一个或多个热能移动到内部粘合薄膜部264a和外部粘合薄膜部264b。该热能熔化粘合薄膜部264a和264b，这些粘合薄膜部然后冷却并固化以将板222固定到板218。注塑压力借助在熔化和固化期间挤压该粘合薄膜部264a和264b而可以改善板222至板218的粘合。
[0038]要注意，在该示例中，朝上的密封件部分236a和朝下的密封件部分236b相对于密封件的连接部分236c来说径向扩大。因此，可理解的是，密封件236a-236c和粘合薄膜264a-264b均限制板222和板218之间的相对运动。
[0039]现参考图9，在又一示例中，密封件包括朝上的密封件部分336a和延伸部336b。板322建立孔88，当延伸部336b固化时，所述孔保持液体材料。
[0040]示例延伸部336b直接接触粘合薄膜364。来自朝上密封件部分336a和延伸部336b中的一个或多个的热能中的一些移动到粘合薄膜364以熔化该粘合薄膜364，该粘合薄膜然后冷却并固化以相对于板318来固定板322。由密封材料施加到粘合薄膜364上的注塑压力在熔化和固化期间压缩该粘合薄膜364，这可以改善板122至板118的粘合。
[0041]参考图10，在又一示例中，上模468和下模472构造成保持燃料电池412的多个部分，例如板422、粘合薄膜464、板418、粘合薄膜456和UEA 414。上模68和上模468中的凹槽440限定腔476。液体材料通过至少一个浇道480被注入到腔476中。液体材料在腔476中硬化，以形成密封件436。
[0042]在该示例中，来自密封件436的热能熔化粘合薄膜464和粘合薄膜456。粘合薄膜464固化并且相对于板418保持板422。粘合薄膜4565固化并且相对于UEA 414保持板418。在密封件436的注塑期间固化粘合薄膜464和粘合薄膜456在单个步骤中使燃料电池12 —整体。由密封材料施加的注塑压力压缩粘合薄膜464和粘合薄膜456，这可提高粘合薄膜464和456的粘合。
[0043]参考图11，用于将燃料电池部件相对于另一燃料电池部件固定的示例方法500包括步骤590:在步骤592，使第一部件与粘合薄膜接触；以及在步骤594，使第二部件与粘合薄膜接触。在步骤596，当注塑第三部件时，该方法熔化粘合薄膜。该方法500可在模制工艺期间压缩粘合薄膜。在一个示例中，固化第三部件所需的温度与粘合薄膜的熔化温度相匹配。
[0044]本公开内容的示例描述了热能从密封件移动到粘合薄膜。从本公开内容受益的本领域技术人员将理解，这种描述包括热能从液体材料(其形成密封件)移动到粘合薄膜。可理解的是，密封件和粘合薄膜的材料可被选择，使得粘合薄膜的熔化温度与对于密封件来说合适的注塑温度相一致。
[0045]所公开示例的特征包括在单个制造步骤中模制并粘合燃料电池的板，这减少了用于将密封件应用到燃料电池部件的加工和制造时间。
[0046]前述说明本质上是示例性而非限制性的。所公开示例的变形和修改对于本领域技术人员可以显而易见。法律保护范围可仅通过研究下述权利要求书来确定。
【权利要求】
1.一种用于将粘合薄膜固定到燃料电池部件的方法，所述方法包括: 将粘合薄膜定位邻近于第一燃料电池部件；以及 利用来自注塑密封件的热能来熔化所述粘合薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粘合薄膜在熔化之后固化，以相对于第二燃料电池部件固定所述第一燃料电池部件。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一燃料电池部件和所述第二燃料电池部件是燃料电池板，并且定位包括将所述粘合薄膜定位在所述燃料电池板之间。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述注塑密封件注入到模具中，所述模具保持所述粘合薄膜和所述燃料电池部件。
5.根据权利要求1所述的方法，在所述熔化期间利用所述注塑密封件压缩所述粘合薄膜。
6.一种燃料电池部件装置，所述燃料电池部件装置包括: 第一燃料电池板； 在所述燃料电池板的第一侧上的注塑密封件，所述注塑密封件具有密封表面，所述密封表面构造成密封所述燃料电池板和另一燃料电池部件之间的界面；以及 粘合薄膜，所述粘合薄膜构造成固定到所述燃料电池板的与所述第一侧相反的第二侧，其中，来自所述注塑密封件的热能至少部分地熔化所述粘合薄膜。
7.根据权利要求6所 述的燃料电池部件装置，其中，所述注塑密封件是热固性弹性体密封件。
8.根据权利要求6所述的燃料电池部件装置，其中，所述粘合薄膜是热塑性粘合密封件。
9.根据权利要求6所述的燃料电池部件装置，其中，所述注塑密封件延伸通过所述第一燃料电池板中的孔以接触所述粘合薄膜。
10.根据权利要求6所述的燃料电池部件装置，其中，所述粘合薄膜将所述第一燃料电池板固定到第二燃料电池板。
11.根据权利要求10所述的燃料电池部件装置，其中，所述注塑密封件包括靠着所述第一燃料电池板模制的第一密封件部分以及靠着所述第二燃料电池板模制的第二密封件部分。
12.根据权利要求10所述的燃料电池部件装置，其中，所述注塑密封件延伸通过所述燃料电池板的孔以及所述第二燃料电池板的孔，所述注塑密封件具有两个相对布置的密封表面。
13.根据权利要求6所述的燃料电池部件装置，其中，所述粘合薄膜将所述燃料电池板固定到组合电极组件。
14.根据权利要求6所述的燃料电池部件装置，其中，所述粘合薄膜构造成在所述注塑密封件的注塑期间固化。
15.一种燃料电池组件，所述燃料电池组件包括: 阳极板； 与所述阳极板以叠置关系布置的阴极板； 粘合薄膜，所述粘合薄膜构造成将所述阳极板紧固到所述阴极板；以及注塑密封件，所述注塑密封件定位在所述阳极板或阴极板中的至少一个附近，所述注塑密封件具有构造成接触另一燃料电池部件的密封表面，其中，来自所述注塑密封件的热能熔化所述粘合薄膜。
16.根据权利要求15所述的燃料电池组件，其中，所述粘合薄膜构造成在所述注塑密封件的注塑期间固化。
17.根据权利要求15所述的燃料电池组件，其中，所述注塑密封件具有足够高以熔化所述粘合薄膜的固化温度。`
【文档编号】H01M8/10GK103460480SQ201180069274
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2011年3月15日 优先权日:2011年3月15日
【发明者】K.里奇维, C.J.卡尔內瓦列, M.D.哈林顿 申请人:联合工艺公司