燃料电池堆组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池堆组件，且特别是包括整体连杆的燃料电池堆组件和组装燃料电池堆的相关方法。
【发明内容】
[0002]常规电化学燃料电池将燃料和氧化剂转换成电能和反应产物。在图1a中示出常规燃料电池组件10的一般布局，图1a为了清楚起见以分解形式示出各种层。固体聚合物离子转移膜11夹在阳极12和阴极13之间。一般，阳极12和阴极13都由导电多孔材料例如多孔碳形成，铂和/或其它贵金属催化剂的小颗粒粘合到导电多孔材料。阳极12和阴极13常常直接粘合到膜11的相应的相邻表面。这个组合通常被称为膜-电极组件或MEA。
[0003]聚合物膜和多孔电极层夹在阳极流体流场板14和阴极流体流场板15之间。也可在阳极流体流场板14和阳极12之间和类似地在阴极流体流场板15和阴极13之间使用中间衬里层12a和13a。衬里层具有多孔性质并被制造，以便确保来往阳极和阴极表面的气体的有效扩散以及帮助水蒸气和液态水的管理。
[0004]流体流场板14、15由导电非多孔材料形成，可通过导电非多孔材料产生与相应的阳极电极12或阴极电极13的电接触。同时，流体流场板便于来往多孔电极12、13的流体燃料、氧化剂和/或反应产物的输送和/或耗尽。这照惯例通过形成在流体流场板的表面中的流体流通道例如在向多孔电极12、13呈现的表面中的沟槽或沟道16。
[0005]一般，图1a所示的多个燃料电池组件10堆叠在一起以形成燃料电池堆。将认识到，图1a所示的单独的燃料电池10的设计可被修改，以便更好地适合于堆叠。例如，阳极流体流板14和阴极流体流板15可由单个双极板的不同侧面提供。
[0006]在图1b中示出常规燃料电池堆组件20。常规燃料电池堆组件包括多个燃料电池22、第一端板24和第二端板28。多个常规连杆32和多个密封螺栓33、34用于将燃料电池22压缩到工作尺寸。
[0007]燃料电池组件22应在使用期间处于压缩中，使得在燃料电池组件22周围的密封可有效地起作用并防止氧化剂和燃料的逸出。为了实现这个压缩，连杆32在其末端处设置有螺纹用于啮合螺栓33、34。第一螺栓33可与从第一端板24突出的连杆32的第一端啮合。第二螺栓34可与从第二端板28突出的连杆32的第二端啮合。通过拧紧螺栓，可压缩燃料电池组件。
[0008]根据本发明的第一方面，提供了燃料电池堆组件，其包括:
[0009]相邻于彼此的多个燃料电池组件；
[0010]在多个燃料电池组件的第一端处的第一端板；
[0011]在多个燃料电池组件的第二相对端处的第二端板；以及
[0012]配置成啮合第一和第二端板并从而将压缩力施加到多个燃料电池组件的连杆，
[0013]其中连杆是包括与第一端板嗤合的第一嗤合表面和与第二端板嗤合的第二嗤合表面的整体部件。
[0014]整体连杆的设置可允许燃料电池的简化结构。整体连杆也可允许与提供并组装包括多个部件的连杆相关的成本的减小。燃料电池堆组件可保持在压缩的期望水平处而不需要调节连杆，因为整体连杆被制造有在第一啮合表面和第二啮合表面之间的预先配置的长度。
[0015]第一嗤合表面和第二嗤合表面可横向于连杆的轴向长度。
[0016]第一和第二端板可配置成通过在连杆的第一啮合表面和第二啮合表面上沿着连杆的轴线施加的力将连杆保持在适当的位置上。力可从受约束的多个燃料电池组件从压缩状态的弹性膨胀产生。多个燃料电池组件可施加垂直于多个燃料电池组件的平面的向外的力。
[0017]第一端板可包括啮合凹槽。第一端板的啮合凹槽可配置成与连杆的第一啮合表面啮合。第二端板可包括啮合凹槽。第二端板的啮合凹槽可配置成与连杆的第二啮合表面啮合。啮合凹槽的设置可提高连杆在燃料电池组件内的保持，并通过在燃料电池板的平面中的力的施加来防止连杆从组件移除。第一端板的外表面可包括啮合凹槽。第二端板的外表面可包括啮合凹槽。
[0018]一个或多个啮合凹槽可包括配置成防止连杆从第一和第二端板脱离的保持构件。
[0019]连杆可包括第一啮合部分。连杆可包括第二啮合部分。连杆可包括在轴向方向上在第一嗤合部分和第二嗤合部分之间的延伸部分。第一嗤合部分可具有比延伸部分大的横截面。第二嗤合部分可具有比延伸部分大的横截面。连杆的第一嗤合表面可设置在第一嗤合部分上。连杆的第二嗤合表面可设置在第二嗤合部分上。
[0020]延伸部分可以是圆柱形的，且可以有或可以没有圆形横截面。可选地，延伸部分可以是棱柱的。延伸部分可具有沿着其长度的可变横截面。延伸部分可以是中空或实心的。第一和/或第二啮合部分可以是圆柱形的或棱柱的。第一和/或第二啮合部分可具有沿着其长度的可变横截面。第一和/或第二啮合部分可以是中空或实心的。
[0021]第一和第二啮合部分可相邻于连杆的延伸部分的相对端。连杆的第一啮合表面可面向连杆的第二嗤合表面。
[0022]第一和/或第二端板的侧面可包括侧凹槽。多个燃料电池组件中的每个的侧面可包括侧凹槽。这样的侧凹槽可配置成接纳连杆，并可贯穿端板或燃料电池组件的厚度延伸。可选地，第一和/或第二端板的侧凹槽可在端板内终止且不贯穿端板的厚度延伸。
[0023]第一端板和第二端板的侧凹槽可具有公共横截面。第一端板、第二端板的侧凹槽和多个燃料电池组件中的每个可具有公共横截面。侧凹槽的公共横截面可大于或等于连杆的横截面。侧凹槽的公共横截面可大于或等于连杆的延伸部分的横截面。
[0024]一个或多个侧凹槽可包括配置成防止连杆从第一和第二端板脱离的保持构件。保持构件可以是夹子。
[0025]根据本发明的另一方面，提供了组装燃料电池堆的方法，该方法包括:
[0026]使多个燃料电池组件对齐；
[0027]将第一端板定位在多个燃料电池组件的第一端处；
[0028]将第二端板定位在多个燃料电池组件的第二端处，使得第一端板、多个燃料电池组件和第二端板提供燃料电池堆；
[0029]将燃料电池堆压缩到小于燃料电池堆的预期工作尺寸的尺寸；
[0030]将整体连杆定位成使得连杆的第一啮合表面在第一端板附近且连杆的第二啮合表面在第二端板附近；
[0031]允许燃料电池堆膨胀到预期工作尺寸，此时连杆的第一啮合表面与第一端板啮合，且连杆的第二啮合表面与第二端板啮合，从而阻止燃料电池堆进一步膨胀超出预期工作尺寸。
[0032]定位连杆可包括将连杆的延伸部分插入燃料电池堆的侧面中的侧凹槽内。
[0033]定位连杆可包括将连杆定位成使得第一嗤合表面与在第一端板中的嗤合凹槽横向重合。定位连杆可包括将连杆定位成使得第二啮合表面与在第二端板中的啮合凹槽横向重合。与嗤合凹槽横向重合的嗤合表面可意味着嗤合表面位于嗤合凹槽之上。
[0034]允许燃料电池堆膨胀到预期工作尺寸可包括使连杆的第一啮合表面啮合在第一端板的啮合凹槽中。允许第一端板、多个燃料电池组件和第二端板膨胀到预期工作尺寸可包括使连杆的第二啮合表面啮合在第二端板的啮合凹槽中。
【附图说明】
[0035]现在将参考下面的附图仅作为例子描述本发明，其中:
[0036]图1a示出常规燃料电池组件；
[0037]图1b示出常规燃料电池堆组件；
[0038]图2a示出根据本发明的实施方案的燃料电池堆组件；