鲁棒型燃料电池堆密封材料及使用薄弹性体密封件的方法与流程

背景技术：

本发明大体上涉及用于在燃料电池组件中使用的接合的或流体地配合的流体输送板内的改进的反应物和冷却剂流动密封的装置及方法，并且更特别地涉及使用设置在金属压条的顶部上的微型密封件，其一体形成在一个或两个板的配合表面上，以为通过限定在板表面内的通道输送的反应物或冷却剂提供更有效的流体隔离。

燃料电池经由电化学反应将燃料转化为可用的电力。这种能量产生方式的显著益处是其不依赖于作为中间步骤的燃烧来实现。因此，燃料电池相对于用于推进的内燃机(ice)和相关的动力应用具有若干环境上的优点。在典型的燃料电池中，比如质子交换膜或聚合物电解质膜(在任一情况下，pem)燃料电池——一对催化电极通过通常称为膜电极组件(mea)的组件的离子传输介质(比如nafiontm)来分隔。当将气态还原剂(比如氢气，h2)形式的第一反应物导入到阳极并在阳极处电离，然后使其穿过离子传输介质，使得其与已经通过另一个电极(阴极)导入的气态氧化剂(比如氧气，o2)形式的第二反应物粘合时，发生电化学反应。这种反应物的组合形成作为副产物的水。在第一反应物的电离中释放的电子以直流(dc)的形式经由外部电路行进到阴极，该外部电路通常包括可以做有用功的负载(比如电动机，以及各种泵、阀、压缩机或其它流体输送部件)。可以通过将许多这样的电池组合到更大的电流产生组件中来增加由这种dc电力产生的发电量。在一个这样的构造中，燃料电池沿着通常的堆叠尺寸方向连接(非常类似于一副纸牌)以形成燃料电池堆。

在这种堆中，相邻的mea通过一系列反应物流动通道彼此分隔，该反应物流动通道通常是不透气的双极板(在本文中也称为流场板)的形式——除了促进反应物、冷却剂和副产物的输送之外——其为mea以及电流收集或输送提供结构上的支撑。在一种通常的形式中，这些通道具有大体上蛇形的布局，其覆盖每个板的相对的大体上平坦的表面的大部分。板和mea的并排设置促进了反应物流到燃料电池或从其流出，同时附加通道(其与反应物通道流体地分离)也可用于冷却剂输送。在一种构造中，双极板本身是通过固定一对较薄的金属片(称为半板)形成的组件，该较薄的金属片具有在其表面上冲压的或以其它方式一体形成的通道。通过每侧上的通道形成的各种反应物和冷却剂流路通常在限定在板的一个或多个相对边缘上的歧管(在本文中也称为歧管区或歧管区域)处汇集。所有这些特征的示例-以及可以在pem燃料电池中使用的这种双极板组件的典型构造，在共同拥有的美国专利5,776,624和8,679,697中示出和描述，其内容通过引用整体并入本文中。

避免pem燃料电池内的泄漏和相关的流体串扰是很重要的。为了克服这种泄露，本发明的受让人已经将相对较厚的弹性体密封剂施加到双极板的相对平坦的表面的离散部分上。虽然这些密封剂在建立必要的密封程度中是有用的，但是这些密封剂的较厚的性质使得这种方法在由多于一百个双极板和mea组件组成的实际燃料电池堆中变得不可行，这是因为体积问题变得极为重要，尤其是在汽车发动机舱的受限空间中得体积问题。此外，确保密封件的持续性且可重复性放置的困难使得此方法在成本上是过高的。

在使用较厚弹性体密封剂的替代方案中，本发明的受让人已经开发了一体形成的双极板密封，其中以大体上类似于用于形成反应物和冷却剂通道的方式在板表面中形成的冲压件产生垫片状向外突出的金属压条以在相邻的板表面之间建立离散的接触点。这些压条(其可以形成为限定了横截面矩形、梯形、半球形或其它相关的形状)比沉积如上面所述的较厚弹性体密封剂的压条与大批量生产的需要更加相容。特别地，受让人施加了较薄、相对柔软且柔性的密封层，其中在理想情况下，沿着密封剂的长度方向在厚度或结构刚度上没有变化，使得标称密封压力(其基于每密封剂长度方向施加的堆叠力除以密封剂的宽度)应该是基本上均匀的。然而，难以沿着压条的长度方向实现适当的密封和避免压力变化，尤其是鉴于燃料电池堆制造的固有的异常变化，其中存在形成的压条的尺寸公差以及堆内一百个或更多个单个电池的不对齐，这两者都使得在板的一个或多个区域周围沿着压条的长度方向密封件有效压力的变化和伴随的泄漏是不可避免的。

另外的困难来自如何将密封剂粘合在双极板组件内。在上面讨论的受让人的先前研究的方法中，密封剂首先在其本身和压条基板之间形成粘合剂结合力。如上面所述，虽然常规的较厚的密封剂趋向于对这种结合相对不敏感，但是本发明人已经发现，任何减小密封剂厚度的尝试都会导致如何将密封剂约束在其与下面的基板之间的界面处的显著的密封压力敏感性。例如，在1.1mm宽的相对较薄(即，约0.15mm高)的密封剂的情况下，失去粘合力或一开始就没有粘合力的位置可以展现出显著地低于具有良好粘合力的相同密封件的压力的压力。进一步的困难产生于以下事实，与在恶劣的汽车环境中工作的燃料电池堆相关联的较长的使用寿命常常会导致沿着固化型密封剂的长度方向出现一些脱落。本发明人进行的先前研究已经表明，如果一点或一部分在燃料电池堆的使用寿命期间损失了粘合力，则该区域可能会损失密封压力的75％，这可能会导致不可接受地高水平的反应物或冷却剂泄漏。

技术实现要素：

鉴于以上困难，本发明人已经发现了预防采用这种双极板的双极板组件或燃料电池堆内正在使用的密封剂的粘合力损失或不均匀粘合力的鲁棒方式，以及与一体形成的金属压条相结合使用这种密封剂的方式。根据本发明一个方面，公开了一种形成燃料电池堆的方法。该方法包括提供在双极板组件中使用的一对板，其中每个板都包括限定在其表面上的反应物通道、反应物歧管、冷却剂通道以及冷却剂歧管的一种或多种，以及从表面突出的一体形成的金属压条。金属压条的最顶部限定了大体上平坦的垫片状的接合部分，其构造成与面对面相邻的板、mea或其上设置有微型密封件的相关表面的相容表面之一面对面地配合。在微型密封件形成在金属压条上并结合到其上的情况下，该组合称为金属压条密封件(mbs)。在一种形式中，通过将第一微型密封件放置在板的第一板的压条的接合部分上来堆叠该组件，使得微型密封件在相邻的面对面表面之间的任何堆叠或相关的接合之前固化。由于这种固化，微型密封件暂时变为结合或粘合(比如通过相对较弱的范德华力等)到有关的表面(即，副垫片、金属压条接合部分、mea或第二固化型微型密封件)。在此固化之后，这些组件沿着堆叠尺寸方向与相应的mea对齐，然后作为将堆放置成其最终和适当的高度尺寸的方式在壳体中将其放置成压缩状态。仅在该堆已经基本上组装完成并适当地对齐且压缩地支撑在壳体中之后，每个组件(以及可选地在相邻组件之间)内设置在微型密封件与板之间的粘合力的活化才会发生。微型密封件与其相邻基板之间的这种后粘合剂活化具有允许将微型密封件更彻底地且更均匀地分布在最终的堆内的效果。此外，它有助于使密封压力对在堆的工作寿命中可能发生的任何随后的粘合力损失不敏感。

在本发明的上下文内，本体微型密封件材料的固化和界面处的粘合力的活化应该理解为两个单独的步骤，其中固化对应于使用热量或相关的试剂以作为产生所期望的结构的方式促进微型密封件聚合物网络内的交联，而粘合力的活化是在微型密封件材料与其附接到的基板(特别地，金属压条和副垫片的任一者或两者)之间产生基本上永久的化学结合。在一种优选的形式中，一对板的第二板的压条的接合部分与微型密封件接触，使得在该对板之间的配合式接合时，这两个mbs接触以提供反应物或冷却剂的基本上流体隔离，该反应物或冷却剂在堆工作时通过通道或歧管的各自的一个来输送。在另一种优选的形式中，可以将微型密封件施加到用来在mea的外围处提供泄漏减少的副垫片。

在本发明的上下文中，术语“微型密封件”意指将本发明的较薄的和较低宽高比(即，小于1)的密封件与采用较厚(即，等于或大于1的较高宽高比)构造的那些密封件区分开来。如上面所述，在包括大量双极板、mea和相关的部件的燃料电池堆的大规模生产方面，相对较厚的密封件在经济上是不可行的，并且被认为是在本发明的范围之外。进一步地在本发明的上下文中，有效密封件压力(或有效密封压力或有效压力，在所有情况下为peff)与常规的密封压力的不同之处在于，前者考虑了注重以非常薄的形式使用这种密封件的沉积的微型密封件的刚度或柔度的偏差。本发明人已经确定常规的本体材料特性由于几何限制在这些非常薄的微型密封件结构下不再适用。例如，当密封件相对于其宽度非常薄时，组成通常地柔性的密封件的弹性体材料才开始表现为硬化的方式；因此，在密封件相对于其高度是相对较宽的情况下，对密封件响应于施加的负载而进行压缩的能力的空间约束才开始产生。当微型密封件粘合地结合到一个或多个基板时，这些空间约束会更加显著。这些效应进而趋向于引起有效弹性模量(eeff)明显地高于组成微型密封件的弹性体材料的本体特性的有效弹性模量。与eeff和密封压力peff的增大相关联的细节可以在“thejournalofappliedmechanics(1992)”中由yeh-huanglai、d.a.dillard和j.s.thornton发表的标题为“theeffectofcompressibilityonthestressdistributionsinthinelastomericblocks”的文章中找到，其内容通过引用整体并入本文中。此更高的有效模量将其本身表现为需要相应地更高数量的压缩载荷来影响相同程度的微型密封件压缩位移。因为燃料电池堆通常是在1mpa与6mpa之间的密封负载下组装的，所以在堆组装过程中限制微型密封件位移就等于抑制微型密封件符合基板(即，金属压条、副垫片或mea)表面的不规则性的能力(比如通过压缩地接合部件中放置的(或以其它方式形成的)粘合剂的过早活化)，这进而不期望地导致增大的泄漏发生率。本发明通过释放如本文所讨论的与密封件至基板的结合相关联的空间约束避免了此类型的受抑制的移动。

根据本发明的另一方面，公开了一种用于燃料电池系统的双极板组件，其包括一对板，每个板都具有限定在其表面上的反应物通道、反应物歧管、冷却剂通道以及冷却剂歧管的一种或多种。这些板的至少一个限定了一体形成的金属压条密封件，其以大体上类似于限定反应物或冷却剂通道的板突出部的方式从表面上突出。

根据本发明的又一方面，公开了一种燃料电池堆。该堆包括沿壳体内的堆叠轴线方向对齐并压缩地容纳的多个单独的燃料电池。每个电池包括其表面以面向面相邻的方式放置的一对板，其中每个表面限定了反应物通道、反应物歧管、冷却剂通道以及冷却剂歧管的一种或多种。这些表面还包括从其上突出以在其上限定接合部分的一体形成的金属压条。mea设置在至少一些板对之间；在这种情况下，来自这样一对板的每个反应物通道放置成与mea内的各自的阳极或阴极流体连通。微型密封件放置在一对板的至少第一个的接合部分上，以便使微型密封件在对齐之前的时间基本上固化，但基本上不粘合地结合直到多个电池已经压缩地容纳在壳体内之后。取决于电池构造的性质，与微型密封件的这种接触可以是与相邻的副垫片、mea、相邻的双极板组件的接合部分以及已沉积在相邻的双极板的接合部分上的固化型微型密封件的任何一个部件的接触。

通过阅读以下详细说明和所附的权利要求书，这些和其他方面或实施方式对于本领域普通技术人员而言将会变得显而易见。

附图说明

当结合以下附图阅读时，可以最好地理解本发明的优选实施方式的以下详细说明，其中相同的结构用相同的应用数字指示并且其中附图的各种部件不一定按比例示出：

图1描绘了可根据本发明的一个方面组装的燃料电池堆的示意性分解视图；

图2是具有周围双极板的燃料电池的一部分的部分分解的截面图的简化图示；

图3是来自图2的双极板的俯视详细视图，图2包括根据本发明的一个方面可以容纳微型密封件的金属压条。

图4是示出了在根据本发明的一个方面的单个电池堆叠、对齐和压缩之前避免微密封件和双极板组件基板之间粘合剂结合力的形成如何改进泄漏预防的图；以及

图5示出了根据本发明的一个方面的相邻放置的双极板组件内的金属压条、微型密封件和副垫片的相对放置的简化正视图。

具体实施方式

首先参照图1至图3，示出了分解形式的燃料电池堆1(图1)，pem燃料电池30(图2)和双极板组件65(图3)的简化视图。堆1包括由干端单元板10和湿端单元板15组成的壳体5；这些(以及其它，未示出)可以帮助执行壳体5的压缩维持系统的压缩夹持动作；这种压缩维持系统包括延伸通过堆1的厚度的多个螺栓(未示出)，以及沿着堆叠方向(y轴)竖直设置以将湿端单元板15固定到干端单元板10的各种侧面板20和刚性托架元件25。通过螺栓、托架元件25和壳体5内的其它部件的作用，多个燃料电池30的堆沿堆叠方向以压缩关系牢固地保持。因此，在本发明的上下文中，虽然燃料电池1的堆叠轴线可以是沿着基本上垂直的(即，y轴)笛卡尔轴，但是每个燃料电池30的大体上平坦的表面的大部分位于x-z平面中。无论如何，本领域技术人员将理解的是堆1内的电池30的特定取向不是关键性的，而是提供方便于使下面更详细地讨论的单个板的表面上形成的格局可视化的方式。

特别地参照图2和图3，燃料电池30包括基本上平坦的质子交换膜35、与质子交换膜35的一面面对面接触的阳极催化剂层40、和与另一面面对面接触的阴极催化剂层45。总的来说，质子交换膜35和催化剂层40和45称为mea50。阳极扩散层55布置成与阳极催化剂层40面对面接触，而阴极扩散层60布置成与阴极催化剂层45面对面接触。扩散层55和60的每个都制成为具有大体上多孔的构造，以便于气态反应物通过至催化剂层40和45。总的来说，阳极催化剂层40和阴极催化剂层45称为电极，并且可以形成为如图所示的单独的不同层，或者可替代地(如上面所述)，如分别地至少部分地嵌入在扩散层55或60中，以及部分地嵌入质子交换膜35的相对面中。

除了为反应物气体提供到达质子交换膜35的合适侧的基本上多孔的流路之外，扩散层55和60还提供电极催化剂层40和45与双极板组件65之间的电接触，双极板组件65进而用作集电器。此外，通过其大体上多孔的性质，扩散层55和60还形成用于移除在催化剂层40和45处生成的产物气体的导管。此外，阴极扩散层60在阴极扩散层中生成大量的水蒸气。这种特征对于帮助保持质子交换膜35水合是很重要的。扩散层的水渗透可以通过引入少量的聚四氟乙烯(ptfe)或相关的材料来调节。

虽然在图2中概念性地示出为具有厚壁的结构，但是组成组件65的单个板65a和65b(在本文中也称为半板)优选地采用较薄的片状或箔状结构(如将在下面结合图3更详细地示出和描述的)。因此，图2不应该用于推断相对组件65的厚度。由面对面相邻的半板65a和65b所限定的简化的相对表面布置成将每个mea50和伴随扩散层55和60与堆1中相邻的mea和层(两者均未示出)分隔开。一个半极板65a与阳极扩散层55相接合，而第二半极板65b与阴极扩散层60相接合。组成半板65a和65b的两个较薄的面对面的金属片(在适当的压缩和相关的接合技术时)限定了板组件65。每个半板65a和65b(其在组装为一个单一整体时将组成双极板65)沿着各自的板面方向限定了多个反应物气体流动通道70。虽然双极板65示出(为了风格化的目的)为限定纯矩形的反应物气体流动通道70和周围的结构，但是本领域技术人员将会意识到更精确的(且优选的)实施方式将采用大体上蛇形的通道70。这些通道的顶部限定了台面72，其用作具有面对面的板的互补形状的台面72的接合表面。

在工作中，第一气态反应物(比如h2)通过通道70从半板65a输送到mea50的阳极侧，而第二气态反应物(比如o2，通常为空气形式)通过通道70从半板65b输送到mea50的阴极侧。催化反应分别在阳极40和阴极45处发生，从而产生迁移通过质子交换膜35的质子和产生可以借助于它与层55和60之间的接触通过扩散层55和60以及双极板65来传输的电流的电子。相关的通道(未示出)可以用于输送冷却剂以帮助控制由燃料电池1产生的温度。在半板65a和65b配置成使冷却剂流动的情况下，它们的可比较特征与其反应物输送板的对应物相比具有类似的构造，并且本文中将不进一步详细地讨论。

副垫片75(其一部分以剖视图示出)用于增强密封可设置在堆1内的许多地方中。在一种优选的形式中，副垫片由不导电且不透气的材料(比如塑料)制成，该材料附接在mea50的周边处以将各种电子导电层(比如阳极侧上的电极40和气体扩散层55以及阴极侧上的电极45和气体扩散层60)分隔开。副垫片75的另一关键功能是防止mea50的边缘周围的交叉泄漏和反应物相关的混合。在一种形式中，副垫片75限定了大体上平坦的框架状构件，其周向地设置以保护mea50的边缘。因此，副垫片75优选地放置在弹性体密封件(在下面讨论的)与mea50或一个或多个金属压条(也在下面讨论的)的面对面表面发生接触的地方。这有助于减少反应物气体和冷却剂的机外泄漏，以及它们在歧管区域85处的相互混合。此外，副垫片75，其厚度优选地在约50μm与250μm之间，常常作为增大膜35的有效表面面积的方式用于使催化剂层40和45之间的气体和电子的分离延长到mea50的边缘。

更特别地参照图3，更加详细地示出了显示两个相邻堆叠的半板65a和65b以形成双极板组件的分解视图。特别地，每个单个的半板65a和65b都包括有源区域80和歧管区域85两者，其中前者与对应于mea50和扩散层55和60的电化学活性区域建立了平面的面对面关系，并且后者对应于边缘(如图所示)或外围(未示出)区域，其中穿过板65a和65b形成的孔可以用作将反应物、冷却剂或副产物输送和移除到堆叠的燃料电池30的导管。如从图3的分解视图中可以看出，这两个半板65a和65b可以用于形成具有mea50以及阳极和阴极扩散层55和60的夹层结构，然后常常按照需要重复以形成燃料电池堆1。在一种形式中，阳极半板65a和阴极半板65b的一者或两者由耐腐蚀的材料(比如304lss等)制成。大体上蛇形的气体流动通道70形成从邻近一个歧管区域85的一个边缘90附近到邻近相对的歧管区域85的相对边缘95附近的曲折路径。可见，反应物(在板65a和65b与mea50以面对面关系放置的情况下)或冷却剂(在板65a与形成冷却剂通道的另一板65b的背面以面对面关系放置的情况下)从形成头部100的一系列重复的入口或凹槽供应到通道70，头部100位于有效区域80与一个(例如，供应)边缘90的歧管区域85之间；类似的构造存在于相对(例如，排气)边缘95上。在一个替代实施方式(未示出)中，供应歧管区域和排出歧管区域可以位于相同的边缘(即，或者90或者95)附近。在单个的板65a和65b由可成型材料(比如上述的不锈钢)制成的情况下，各种表面特征(包括凹槽、通道、台面等)优选地通过熟知的技术冲压，从而确保除了金属压条(其将在下面更详细地讨论)之外，通道70和台面72两者以及它们各自的结构都由单个材料片一体形成。

接下来参照图5，在一个实施方式中，组成各自的板65a和65b的金属压条105的大体上平坦的部分与副垫片75面对面接合；此平坦的接合部分用作副垫片75可通过微型密封件110接合到的垫片。在另一实施方式(未示出)中，组成各自的板65a和65b的金属压条105的大体上平坦的部分与相对的双极板65b和65a的金属压条105面对面接合；这种实施方式两者都被认为在本发明的范围内。在两者的任一配置中，金属压条105的垫片状结构和微型密封件110一起限定了mbs115。金属压条105的垫片状的性质产生于其形状，其成形为由组成各自的板65a和65b的较薄的金属材料通过冲压形成的直立矩形、梯形(如图所示)或稍微弯曲的突出部。金属压条105优选地限定了约300μm至600μm的高度和约1mm至4mm之间的宽度。顶表面限定了接合部分107，接合部分107在结构和功能上大体上类似于台面72，其也可以在板65a和65b的一者或两者内一体形成。因此，接合部分107对应于金属压条105的区域，金属压条105设计为放置成与微型密封件110、副垫片75、mea50或相邻的金属压条105面对面接触。值得注意地，微型密封件110用于(a)填充在接合部分107的金属压条105或副垫片75的表面缺陷中，(b)通过提供柔性衬垫以构成金属压条105的不均匀压缩高度，沿着金属压条105长度方向每单位长度引起更均匀的密封力，(c)防止流体(例如反应物)通过其本体渗透，并且(d)防止通过在或者(i)副垫片75与微型密封件110或者(ii)金属压条105与微型密封件110之间形成的界面的泄漏，这取决于堆1形成过程的精确接合。弹性体微型密封件110示出为附接到接合部分107，尽管本领域技术人员将会意识到微型密封件110也可以形成到副垫片75的表面上，以及(或者替代以)直接在金属压条105上；所有这种变体都被认为在本发明的范围内，微型密封件110直接安装到板65a和65b或其它结构的变体也被认为在本发明的范围内。

在一个优选的实施方式中，微型密封件110的厚度在约30μm与300μm之间且其宽度在约1mm和3mm之间。在这种尺寸的情况下，微型密封件110可能在伴随堆1形成的较高压缩负载下会变形。空间限制和组成微型密封件110的材料的固有的不可压缩性可能在微型密封件中引起应力，特别是在其具有微型密封件110所粘合到的金属压条105或副垫片75的接合部分107的相应基板的界面处。发明人已经发现，通过基本上延迟粘合剂结合力的形成直到将堆1组装并压缩之后，可以通过减轻边界约束和相关的效应来实现显著的应力降低。这进而降低了应力诱导的过早微型密封件110失效的可能性。在根据本发明可以采用潜在粘合力的理想化的意义上，在堆1组装和压缩之前在微型密封件110与相邻的基板之间没有粘合剂结合发生；即使在较小且相对不重要的偏差理想情况发生的本发明中的情况下，该程度受到限制以使将以其它方式与相对快速粘合力的鲁棒程度相关联的边界约束基本上减轻。因此，在本发明的上下文中，关于形成粘合剂结合力(比如，短语副垫片75与相邻的基板之间的“基本上活化的粘合力”)的描述将被理解成包括那些情况，其中微量的粘合剂结合可以在堆1组装和压缩之前在接合表面之间的界面区域处形成，只要避免绝大多数的这种结合直到已经完成这种组装和压缩活动。

事实上，在堆1组装之前的较小残余量的非潜在粘合力甚至可以在组装和压缩之前有利于促进单个部件的改进处理。在此方式中，由微型密封件110结合产生的残余粘合力不会太大，以便其用于在堆1形成之前在相邻的组件65(或组件65内的单个部件)之间建立永久的面对面的对齐，但作为促进这种处理的方式足以避免相邻的表面之间的相对的平面内滑动。为此，本发明人已经确定在固化微型密封件110之后但在活化更永久的粘合力步骤之前在微型密封件110和金属压条105之间具有一些较弱形式的粘合力可能是所期望的。因此，在堆1的组装过程中，由压缩力产生的界面机械应力预期成破坏这些相对较弱的结合力，因此微型密封件110可以沿着界面区域展开。在一种形式中，在作为引起此暂时的粘合力程度的方式施加并固化微型密封件110之后，可以促进微型密封件110与金属压条105之间的相对较弱的结合力(比如通过范德华力或相关的相互作用)。在本发明的上下文中，这种较弱(或暂时)形式的粘合力将会与更永久的变体区分开，比如由于产生较强化学结合的共价结合力的那些变体。因此，基本上所有的粘合剂活化仅在堆1内的所有燃料电池已经对齐并压缩在一起之后发生，只有残余粘合力可能例外。

用于形成微型密封件110的材料由弹性塑料或弹性体(包括聚丙烯酸酯、水合氯磺化聚乙烯、乙烯丙烯酸、氯丁二烯、氯磺化聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯、全氟弹性体、氟碳树脂、氟代硅氧烷、氢化腈、聚异戊二烯、微孔聚氨酯、丁腈橡胶、天然橡胶、聚氨酯、苯乙烯-丁二烯橡胶、tfe/丙烯、硅树脂、羧基丁腈等)制成，并且优选地通过本领域已知的丝网印刷工艺来施加，尽管也可以使用其它方法，比如移印、注射模塑或其它沉积技术。如上面所述，在一个优选的形式中，由微型密封件110形成的层具有约30μm与300μm之间的厚度，而接合部分107两端的优选的宽度介于约1mm与3mm之间。在一个更具体的形式中，用于微型密封件110的材料至少包括硅树脂(例如，以乙烯基聚二甲基硅氧烷(pdms)的形式)、结构性增强剂(比如二氧化硅(sio2))、连接催化剂(比如用于乙烯基-sih连接的含铂催化剂)以及粘合促进剂(比如1，2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷)。通过使用这些优选的制剂的一种，微型密封件110表现出两部分特性，其中第一部分特性促进快速固化和结构性设置，而第二部分特性延迟界面粘合剂结合力的形成直到燃料电池堆1的组装和压缩之后。与这些材料相关的细节，以及使用丝网印刷将它们沉积在合适的金属压条105或副垫片75基板上，都可以在同时提交的标题为“sealmaterialwithlatentadhesivepropertiesandamethodofsealingfuelcellcomponentswithsame”的美国专利申请15/019，100(以下称为’100申请)中找到，其由本发明的受让人所拥有且其内容通过引用整体并入本文中。在授予walker的标题为“methodofmanufacturingaseal”的美国专利4,919,969中以示例性形式公开了形成密封件特有的附加丝网印刷特征，其内容通过引用整体并入本文中。

接下来参照图4，作为说明本发明相对于现有技术的改进的示例示出了描绘预测的密封压力相对于位移的曲线图。如上面所述，燃料电池堆的标称密封压力介于约1mpa至6mpa之间。在图表中所示的现有技术和本发明两者中，微型密封件的宽度值和厚度值分别地设定成1.1mm和0.15mm。在现有技术的情况中，在组装电池之前活化微型密封件与金属压条之间的粘合力，并且其在0.046mm的位移处(其对应于位置a)达到3mpa的标称密封压力，然而在本发明的情况中，在固化微型密封件110之后才活化微型密封件110与金属压条105之间的粘合力；这也经受了3mpa的标称密封压力，此次的位移是0.092mm(其对应于位置c)。由此，本发明对于相同的3mpa密封压力需要更大的位移；这进而有益地允许微型密封件110有机会在对齐、堆叠和压缩过程的(至少)部分过程中来回移动，以便其填充在接合双极板(比如来自图2的板65a和65b)的相邻金属压条105之间的所有间隙和不规则部分中。本发明的另一个优点是在于在堆1使用寿命过程中在粘合力损失(其对应于从位置a移到位置b的箭头)的情况下其维持密封压力的能力。在燃料电池堆中已知，相邻双极板之间的距离通常维持为常数，这将导致施加到本发明的金属压条105和微型密封件110的恒定位移。如从位置a移动到位置b所描绘，当常规密封剂失去其粘合力时，其将沿着界面区域展开，这进而导致密封压力从3mpa降低至小于1mpa。另一方面，来自本发明的样品的密封压力在粘合力损失的情况下并不降低，因为在对齐和压缩步骤过程中仍存在的相对无粘合力的界面允许微型密封件110在堆组装过程期间沿着界面横向地展开，从而在堆形成和随后的粘合剂结合力形成时沉降成其最终形状和尺寸。此外，过大的密封压力(例如，当试图通过压缩到较大的位移在现有技术的情况下实现相同的标称压力时，其就可能产生)不仅对微型密封件110而且对堆1内的其它部件具有有害的影响，特别是在较高材料应力和蠕变等的形成中。

虽然未示出，但是基于pem燃料电池1的堆的系统的一个特定应用可以是汽车或相关的车辆。在本发明的上下文内，将要意识到的是术语“车辆”可以应用于轿车、卡车、货车、运动型多功能车(suv)或其它的这种汽车形式，比如公共汽车、飞机、船舶、航天器以及摩托车；所有这些都被认为是为了生成推进力或动力的目的而与本发明进行配合。

值得注意的是诸如“优选地”、“大体上”和“通常地”的术语在本文中并不用来限制所要求保护的发明的范围或意味着某些特征对于本要求保护的发明的结构或功能是关键的、本质的或甚至重要的。相反地，这些术语仅仅旨在强调可以或不可以在本发明的特定实施方式中利用的替代的或附加的特征。同样地，术语“基本上”和“近似地”及其变体在本文中用来表示可归属于任何定量比较、数值、测量或其它表示的固有的不确定程度。如上面特别讨论的确保在相邻的微型密封件110及其相关联的基板之间使用至多较弱且暂时的形式的粘合力的方式，术语“基本上”当用来修饰燃料电池堆1的组件时在本文中用来表示这些暂时的或残余的粘合剂方式中的一些可以在本文中使用，而不导致所讨论的主题的基本功能的变化；由此，通过包括这些更弱的方式中的一些，在组装过程中将各种堆1部件保持在适当位置的更暂时的方式不会减损以下事实，不使用显著的(即，更永久的)粘合力形式直到已经将各种堆叠的电池对齐、挤压在一起并固定在堆1内的时刻。

已经详细地并通过参照特定的实施方式描述了本发明，然而将显而易见的是在不脱离所附权利要求书中限定的本发明的保护范围的情况下，修改和变化是可能的。特别地，设想到是本发明的范围不必限于所述的优选方面和示例性实施方式，而应该由所附权利要求书来限定。