专利名称：：用于碳酸盐燃料电池的湿密封填隙料的制作方法用于碳酸盐燃料电池的湿密封填隙料发明领域本发明涉及具有至少一个燃料电池堆和外部歧管的燃料电池系统，并且特别涉及用于具有至少一个外部加歧管的燃料电池堆的燃料电池系统的密封体。更特别地，本发明包含歧管和燃料电池堆之间使气体泄漏最小化、维持电隔离和抑制电解质迁移的填隙元件。相关技术的描述燃料电池是通过电化学反应将燃料形式的化学能直接转变为电能的装置。通常，如同蓄电池那样，燃料电池包括被电解质隔开的负电极或阳极和正电极或阴极，所述电解质用于在它们之间传导带电离子。然而，与蓄电池形成对比的是，只要分别向阳极和阴极供给燃料和氧化剂，燃料电池可持续产生电功率。为了产生有效量的功率，用各个电池之间的导电隔板将单体燃料电池典型地按串联堆叠关系进行布置。可将燃料电池堆分类为内部歧管堆或外部歧管堆。在内部歧管堆中，用于输送燃料和氧化剂的气体通道被内置到燃料电池板本身中。内部歧管设计不需要外部歧管密封体，但其制造费用高。图l是外部加歧管的燃料电池堆的分解图。如图1中所述，单体燃料电池7在它们的端部保持敞开，并且通过密封到燃料电池堆6各个面的周边的歧管或面板l输送气体。所述岐管提供了用于将燃料气体和氧化剂气体输送到燃料电池7并且防止这些气体泄漏到环境或其它岐管(在图1中未示出)中的密封通道。所述岐管必须在燃料电池堆的工作所需条件下实现它们的功能并且持续到该燃料电池堆的寿命。外部加歧管的燃料电池堆的性能大部分地取决于歧管边缘和堆面之间建立的密封。在美国专利No.4，467，018中显示并描述了关于外部歧管的歧管密封组件的设计。由金属构成的歧管必须与堆面电隔离，所述堆面典型地是导电的并且沿其长度具有电势梯度。在金属歧管和燃料电池堆之间使用电介质绝缘体例如图1中所示的电介质框架4，以将歧管与堆电隔离并且防止歧管使堆短路。电介质绝缘体典型地由脆性陶瓷材料例如氧化铝和云母制成，所述绝缘体是刚性的并且在燃料电池堆工作期间可易于受到施加在歧管系统上的热应力和机械应力的损害。为了在燃料电池堆工作期间经受施加在歧管系统上的应力并同时维持歧管和堆之间的电隔离，对歧管以及对用于将它们与堆隔离的电介质绝缘体进行了改进。例如，在美国专利No.6,887,611所述的柔性歧管系统中，歧管顺应堆形状和尺寸的改变。通常将电介质绝缘体组件设计为具有接合部的矩形框架，该框架允许堆和歧管之间的差动移动。在美国专利No.4,414,294中显示并描述了这样的结构，该专利公开了具有多个用可滑动键槽接合部互相连接的区段的矩形绝缘体框架，该框架允许关于歧管壁和燃料电池堆的膨胀和收缩。在美国专利No.6,531,237中描述了替代的电介质设计，该专利描述了具有多个电介质框架組件的歧管和歧管密封组件。高密度和高度抛光的陶瓷例如美国专利No.6,514,636中描述的那些陶瓷对于用于电介质绝缘体是适合的，以通过防止或减少电解质爬上电介质框架表面来提供所需的电压隔离。工作期间相靠堆面的歧管压缩和堆压紧导致机械应力，该应力不能被陶瓷电介质完全适应而仍可将其损害。因此，对歧管-堆密封体进行了多种改进以更好地适应热应力和机械应力，以及改进密封体减少气体泄漏的能力。例如，如2003年7月25日提交并且转让给本文相同受让人的美国专利申请序列No.10/627,035中所述，置于电介质绝缘体和堆边缘之间的可压缩陶瓷毡垫片(即图1中的垫片5)可含有嵌入的柔顺性元件，该元件适应双极板在燃料电池堆工作期间随时间的生长并且使垫片配合于电介质接合部。然而，由于垫片材料的局限性和垫片相靠放置的非均匀堆边缘，本领域目前使用的外部歧管堆密封体在消除外部歧管和堆面之间的气体泄漏中并不完全有效。更特别地，如图2(该图为燃料电池堆的一部分的示意性侧视图)中所示，堆中的各个燃料电池具有阴极和阳极(在图2中概括表示为电极9)以及导电隔板IO。已公开了多种隔板设计，例如在美国专利No.4,514,475中，该专利教导了在堆工作期间可适应电池部件的厚度改变的隔板；美国专利No.5，399,438,其教导了具有高抗腐蚀性的不锈钢元件；美国专利No.5,773,161，其教导了改进的双极隔板结构，该结构通过为电解质的分散或吸收提供槽区域而帮助电解质管控；和美国专利No.6，372，374，其教导了具有两对相对的凹槽元件的双极隔板，所述凹槽元件焊接到不锈钢板元件上。各个电池还包括如美国专利No.6,492,045中所述的波紋集流体11，并且包括电解质基体12。用在各个电池之间的双极隔板IO将燃料电池串联堆叠。本领域中已知的是，通过将形成隔板的顶槽和底槽的片件(piece)焊接到中心板的边缘来形成双极板的三维S形结构。当将所述边缘进行焊接以及将隔板进行折迭和弯曲时，焊接的边缘具有称作焊道13的辐射状物(radius)。因此，如图2中所可看出，虽然单体燃料电池提供了可将歧管垫片顶靠其进行压紧的坚实边缘，但燃料电池堆的边缘没有提供光滑表面。即使对于经改进而容许双极板生长和堆形状改变的材料和结构特征，本领域目前使用的垫片在顶靠堆叠电池形成的粗糙表面放置时也不能形成完全有效的密封体。目前在电介质绝缘体和堆面边缘之间使用的密封体或垫片的另一种局限性是其通常具有小的孔尺寸，使得它允许电解质在堆工作期间易于被吸收，这可导致电解质从堆的顶部或正端向底部或负端的不希望的转移。如果未加抑制，这种竖向的电解质迁移可使堆的正端处的电池耗尽电解质，并且导致堆的负端处的燃料电池泛溢。可发生的另一种类型的有害电解质迁移是电解质从堆跨过电介质并到达歧管的移动，这可导致堆的短路。电解质迁移是减少燃料电池堆的效率和缩短其寿命的显著因素。在美国专利No.4,643,954中论述了用于减少或减轻燃料电池系统中电解质迁移的方法和装置，该专利教导了沿燃料电池堆高度的通路，该通路在其相对端具有可电解质润湿的浸吸材料，从而在整个堆中平衡熔融电解质含量；美国专利No.4，761，348,其教导了具有待用电解质贮存器和多孔密封元件的組合的燃料电池堆，所述贮存器在上下端部，减轻电解质迁移的不良作用，所述多孔密封元件具有低的电解质保持力，限制电解质迁移；和美国专利No.5,110,692，其教导了用于这样的熔融碳酸盐燃料电池的歧管垫片，该电池具有支撑电解质流动的伸长的多孔元件和用于延緩这种流动的阻挡装置，它们共同控制电解质流动和减少电解质迁移。然而，这些改进同样均未在歧管垫片和堆面之间提供较有效的气体密封。因此，存在对这样的歧管-堆密封体的需要，该密封体减少或消除电解质迁移，并同时提供改进的气体密封和维持歧管与堆的电隔离。另一个考虑因素是燃料电池在非常高的温度下工作。例如，熔融碳酸盐燃料电池在约6501C下工作。任何歧管-堆密封体中待用材料的选择都必须考虑到这种长期工作温度，并且允许部件延续燃料电池堆的寿命，该寿命通常是几年。因此，还存在对这样的歧管-堆密封体的需要，该密封体承受燃料电池堆的工作温度并且可适应堆移动和堆尺寸的改变。因此本发明的目的是提供用于将歧管密封到熔融碳酸盐燃料电池堆面的燃料电池歧管-堆密封体，在燃料电池堆工作期间，该密封体在歧管和堆之间提供改良的气体密封并且保持歧管与堆电隔离，以及还适应热应力和内部燃料电池压紧所产生的差向移动。本发明的另外目的是提供歧管-堆密封组件，该組件既抑制电解质从堆的正端向负端的迁移，又抑制电解质从堆贯穿电介质到达歧管的迁移。发明概迷以一种用于将歧管密封到燃料电池堆面的填隙料实现了上述及其它目的，其中所述填隙料适于放置在所述燃料电池堆面上，并且其中所述填隙料包含形成为糊料的陶瓷材料和粘合剂。在本发明的某些形式中，陶瓷材料包含氧化铝、氧化铈和氧化锆中的一种，并且粘合剂是例如由氧化锆形成的陶资硬化剂(rigidizer)材料。以一种燃料电池组件进一步实现了上述及其它目的，所迷组件包含具有堆面的燃料电池堆；邻接所述堆面的歧管；施涂到所述堆面的部分上的填隙料，该填隙料包含形成为糊料的陶瓷材料和粘合剂并且在歧管与堆面的所述部分之间提供密封。附图简述通过结合附图阅读下面本发明的说明性实施方案的详细描述，本发明的上述以及其它特征和方面会变得更明显，其中图l是外部加歧管的燃料电池堆在堆寿命开始时的分解示意图；图2是燃料电池堆在施用填隙密封体之前的一部分的示意性侧视图；图3是图2中所示燃料电池堆在施用填隙密封体之后的一部分的示意性侧视图；图4A是燃料电池堆在施用填隙密封体之前的一部分的示意性透视图；和图4B是图4A中所示燃料电池堆的一部分的示意性透视图，显示了在施用到所述堆的两个相邻侧时的填隙密封体。发明详述本发明的说明性实施方案描述了施涂到燃料电池堆面的部分上的填隙料。更特别地，附着到被其施涂的金属和陶瓷燃料电池部件的陶瓷糊料形成有效的歧管-堆密封体，而不有害地影响燃料电池性能或堆寿命。如上文所提及的，歧管和堆之间的密封体的重要功能是减少或消除气体泄漏。如图2中所示，本文描述的填隙料配合于燃料电池堆正面(faceside)或边缘区域的边缘和轮廓，从而形成光滑表面，可将歧管垫片密封到该表面。图3是燃料电池堆面的一部分的示意性侧视图，显示了由该说明性实施方案的填隙料15产生的沿堆侧部或边缘区域的光滑表面。如图3中所示，填隙料15置于基体12端部形成的正面或边缘区域以及双极隔板10的端部区域部分上。然而，不连续地施涂填隙料，使得双极板的部分端部区域保持未被覆盖。特别地，不将填隙料施涂在在端部区域处形成的焊道13上，使得具有填隙元件的堆侧部或边缘区域的表面是光滑的。填隙料的这种不连续性不仅考虑到在堆正面或边缘区域提供光滑表面用以用歧管垫片进行密封时凸出的焊道，而且防止电解质从堆的正端到负端的迁移。填隙料15吸收的任何电解质不能竖直迁移得比在各个焊道13的填隙元件的端部更远。图4A和4B是燃料电池堆的角隅边缘部分的示意性透视图。在图4A中，显示了界定在堆的相邻侧的单体燃料电池部件。特别地，在一侧上，显示了阴极20、波状阴极集流体21、双极隔板22和电解质基体23。在本领域中应理解，阴极20和波状阴极集流体21部分置于双极板22形成的顶部凹槽区域内，使得各个部件延伸约燃料电池堆的宽度。在相邻侧上，显示了阳极24、阳极集流体25和双极隔板22以及电解质基体23。应理解阳极24和阳极集流体25延伸到双极板22形成下部凹槽区域内。对于其中使用双极隔板的碳酸盐燃料电池，双极隔板22形成的凹槽被熔融碳酸盐电解质润湿并因此形成湿密封体。在说明性实施方案的各个相邻侧还显示了双极板22形成的焊道13，该焊道从堆面的边缘凸出。图4B是图4A中所示燃料电池堆在将填隙料15施涂到堆面部分之后角隅边缘的一部分的示意性透视图。如图4B中所示，填隙料15置于基体23端部形成的堆面的侧部或边缘区域和在双极隔板22的端部区域处形成的凹槽区域或湿密封区域部分上。如在图3所示的实施方案中，不连续地施涂填隙料15，使得双极板22的一部分端部区域(凹槽区域)的保持未被覆盖。特别地，在各个堆面上，不将填隙料施涂在凹槽区域处的焊道n上，使得具有填隙料的各个堆面侧部区域的表面是光滑的。如上文关于图2和3所述，填隙料的不连续性不仅考虑到在堆正面或边缘区域上提供光滑表面用以用歧管垫片进行密封时凸出的焊道，而且防止电解质从堆的正端到负端的迁移，因为填隙料15吸收的任何电解质不能竖直迁移得比在各个焊道13的填隙料的端部更远。在其中焊道13不太明显或其中不存在焊道的燃料电池堆中，可沿堆面的侧部区域或边缘以规则的间距使填隙料15中断，留小部分暴露出，从而获得关于电解质迁移的相同效果。或者通过不在双极板的焊道13上进行填隙或者通过沿堆面的侧部区域或边缘的长度以规则的间隔使填隙料中断所产生的填隙料不连续性，显示将电解质迁移有效减少到三分之一。说明性实施方案的填隙料的另一个特征是其具有大的平均孔尺寸(大于约0.l微米的平均孔尺寸)，这减少了吸收的电解质的量。孔尺寸分布随用于形成填隙料的材料而变化，其必须与电解质以及与碳酸盐燃料电池相容。填隙料的多个实施方案可由包括陶瓷纤维例如氧化铝、氧化铈和/或氧化锆的粉末配方形成。用于填隙料的说明性实施方案的样品配方为_<table>tableseeoriginaldocumentpage0</column></row><table>通过大约按上面列出的比例将粉末合并且将它们彻底掺混，形成说明性实施方案的填隙料。然后向干粉末混合物中加入粘合剂材料例如上面列出的氧化锆硬化剂，直到形成糊料并且该糊料具有用于施涂到堆正面或边缘区域的足够稠度为止，或者当该糊料略微附着到在竖直位置握持的抹刀上时为止。应理解，可使用包括陶乾例如氧化铝、氧化铈和/或氧化锆的多种其它干粉末配方来形成与本发明的原理一致的填隙料的不同实施方式。还应理解，可使用包括氧化锆的其它硬化剂来形成填隙料糊料，并且本发明的说明性实施方案中规定的硬化剂仅是其一个例子。一旦将填隙料施涂到堆面的侧部或边缘区域，则让其干燥，使得可将歧管垫片顶着由所述填隙料形成的光滑表面进行放置。干燥的填隙料糊料具有上文指出的大的平均孔尺寸，减少了电解质吸收，并且这除了限制竖直的电解质迁移外，还减少水平的电解质迁移，在上文中已将该水平的电解质迁移作为本领域中关于电解质管控的另一个问题进行了描述。与商购的填隙料和糊料相对的是，本文描述的填隙料的实施方案附着到堆面的侧部区域或边缘并且易于施涂。另外，在堆面和歧管垫片之间的界面处，该填隙料适应由局部压缩引起的堆收缩。所有情况下应理解，上述配置仅仅说明代表本发明的应用的许多可能的具体实施方式。在不背离本发明的精神和范围下容易想出大量不同的其它配置，这些配置包括使用不同的材料和歧管组件及燃料电池堆的部件的各种构造。权利要求1.用于将歧管密封到燃料电池堆面的填隙料，其中所述填隙元件适于放置在所述燃料电池堆面上，并且其中所述填隙料包含形成为糊料的陶瓷材料和粘合剂。2.根据权利要求1的填隙料，其中所述陶资材料包括氧化铝、氧化铈和氧化锆中的一种。3.根据权利要求2的填隙料，其中所述粘合剂包含陶乾硬化剂材料。4.根据权利要求3的填隙料，其中所述陶瓷硬化剂材料由氧化锆形成。5.根据权利要求l的填隙料，其中所述填隙料通过如下形成研磨至少两种不同的陶瓷纤维并且将所得粉末混合在一起，从而形成陶瓷粉末的干混合物，以及将所述陶资粉末混合物加入粘合剂，形成所述糊料。6.根据权利要求1的填隙料，其中所述填隙料具有大于约0.1微米的平均孔尺寸。7.燃料电池組件，其包含具有堆面的燃料电池堆；邻接所述堆面的歧管；施涂到所述堆面的部分上的填隙料，该填隙料包含形成为糊料的陶瓷材料和粘合剂并且在所述歧管和所述堆面的所述部分之间提供密封。8.根据权利要求7的燃料电池组件，其中所述堆面的所述部分至少包括所述堆面的伸长的侧部区域。9.根据权利要求7的燃料电池组件，其中所述填隙料不连续地施涂到所迷堆面的所迷部分上。10.根据权利要求7的燃料电池组件，其中所述堆面的所述部分是在所述堆面的相对的伸长侧部区域上，所述伸长侧部区域具有沿所述侧部区域的长度间隔开的焊道，所焊道没有所述填隙料。11.根据权利要求10的燃料电池组件，其中所述燃料电池堆包括燃料电池，各个燃料电池包括用于承栽电解质的燃料电池基体；和隔板，各个隔板将燃料电池与邻近的燃料电池隔开并且具有端部区域，这些端部区域各自包括焊道且邻接燃料电池基体的各个端，各个隔板的所述端部区域和燃料电池基体的邻接端部区域是所述堆面的所述侧部区域的至少一部分；以及端部区域上延伸，并且在燃料电池基体的邻接端部区域上延伸。12.根据权利要求11的燃料电池组件，其中各个隔板包括板元件；在该板元件的相对的第一和第二侧上的第一和笫二凹槽元件，这些凹槽元件从板元件的第一表面延伸；和在所述板元件的相对的第三和第四侧上的第二和第三凹槽元件，这些凹槽元件从板元件的相对于所述第一表面的第二表面延伸；并且各个隔板的部分所述第一和第三凹槽元件限定出各个隔板的所述端部区域。13.根据权利要求7的燃料电池组件，其中所述陶瓷材料包括氧化铝、氧化铈和氧化锆中的一种。14.根据权利要求13的燃料电池组件，其中所述粘合剂包含陶瓷硬化剂材料。15.根据权利要求14的燃料电池组件，其中所述陶瓷硬化剂材料由氧化锆形成。16.根据权利要求7的燃料电池组件，其中所述填隙元件通过如下形成研磨至少两种不同的陶瓷纤维并且将所得粉末混合在一起，形成陶瓷粉末的干混合物，以及向所述陶瓷粉末混合物加入所述粘合剂，形成所述糊料。17.根据权利要求7的燃料电池组件，其中所述填隙料具有大于约0.1微米的平均孔尺寸。全文摘要提供了用于具有外部加歧管的燃料电池堆的燃料电池系统的填隙料，从而在歧管垫片和堆面之间形成气体密封。所述填隙料由形成为糊料的陶瓷材料和粘合剂形成。文档编号H01M2/08GK101405895SQ200780009611公开日2009年4月8日申请日期2007年1月16日优先权日2006年3月31日发明者D·A·凯利,M·法鲁克,喻肇宜申请人:燃料电池能有限公司