燃料电池部件及燃料电池的制作方法

本发明涉及燃料电池部件、包含这种燃料电池部件的燃料电池以及制备燃料电池部件的方法。

背景技术：

为了产生电力，燃料电池通常要求氢气流过阳极以及氧气或空气流过阴极。在实际的实施例中，这是通过为氢气和氧气或空气提供槽形通道以流动穿过而实现的。氢气通过槽形通道的开口侧与阳极接触，氢气流动穿过该槽形通道。这可以通过覆盖槽形通道的开口侧来实现，氢气利用阳极流动穿过该槽形通道。在不同的实施例中，槽形通道的开口侧被气体扩散层覆盖，且阳极被设置在气体扩散层的相对侧上。然后氢气从槽形通道扩散穿过气体扩散层，随后与阳极接触。同样地，氧气或空气氢通过槽形通道的开口侧与阴极接触，氧气或空气流动穿过该槽形通道。这可以通过覆盖槽形通道的开口侧来实现，氧气或空气利用阴极流动穿过该槽形通道。在不同的实施例中，槽形通道的开口侧被气体扩散层覆盖，且阴极被设置在气体扩散层的相对侧上。然后氧气或空气从槽形通道扩散穿过气体扩散层，随后与阴极接触。

槽形通道可设于燃料电池双极板中，在这种情况下槽形通道被称作流场。在质子交换膜燃料电池中，阳极和阴极形成部分的膜电极组件（MEA）。可选地，气体扩散层在双极板和邻近的膜电极组件之间存在。

为了确保氢气、空气和/或氧气不从燃料电池泄漏，密封件被设置在双极板和邻近的膜电极组件之间。该密封件设置成邻近流场，并通常围绕流场和/或围绕双极板中的供给口或排出口而延伸。已知在双极板上或在膜电极组件上形成该密封件，例如通过注射成型或丝网印刷，或已知将该密封件单独制备成垫圈，然后在构建燃料电池时将该垫圈设置在双极板上。

双极板可由石墨基材料或由金属制成。金属双极板优于石墨基板，例如它们可以更薄和更轻，但特别是对于薄板，需要特别注意密封。

在燃料电池中，双极板和其它部件彼此紧夹，这能够导致双极板和/或膜电极组件和/或气体扩散层中的局部变形和高局部峰值负载，双极板、膜电极组件和气体扩散层均由相当精密的材料制成。流场的通道的壁可能因为密封件的膨胀或当它们与燃料电池的其它部分接触时变形。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有改进的密封的燃料电池部件。

根据本发明，提供一种燃料电池，该燃料电池包括：

金属双极板，该金属双极板具有流场通道图案，该双极板包括第一金属片状元件，该第一金属片状元件包括所述流场通道图案的至少部分，所述流场通道图案的至少部分的形式为在所述第一金属片状元件的表面的至少部分上延伸的通道图案,具有所述通道图案的所述第一金属片状元件已由涉及金属片的片状金属变形的过程产生，该金属片具有小于1毫米的大体上均匀的厚度；

流场密封件，该流场密封件已形成在第一片状元件上，所述流场密封件邻近已设有通道图案的第一片状元件的表面区域而延伸；

所述流场密封件包括板侧密封层和电极侧密封层，所述板侧密封层是在一侧上附接至第一片状元件的丝网印刷的硅氧烷聚合物密封层，所述电极侧密封层是被设置在板侧密封层之上并连接至板侧密封层的丝网印刷的硅氧烷聚合物密封层；

其中板侧密封层和电极侧密封层具有互不相同的压缩变形比，板侧密封层具有比电极侧密封层更低的压缩变形比。

根据本发明的燃料电池部件包括具有流场图案的双极板和已形成在所述双极板上的流场密封件。

根据本发明，该双极板包括至少一个薄金属片状元件，通道图案形成或流场图案的形成部分已由涉及片状金属变形的过程提供至该至少一个薄金属片状元件中。具有小于1mm的均匀厚度、最初为平的金属片经受片材变形过程，例如液压成形、冲压或压印，以设有一个或多个开顶型槽状通道的通道图案。形成通道的壁的材料从未变形的金属片的平面突出，要么到达未变形的板的平面一侧，要么到达未变形的板的平面相互相对的两侧。第一金属片状元件的材料厚度在变形后通常小于1毫米。

实际上，这种类型的双极板当其设置在燃料电池中时，容易出现密封问题，特别是因为双极板的材料的厚度。实际上，趋势是朝向越来越薄的双极板，这使得越来越难以获得可靠的密封。

因此，根据本发明，提供已形成在第一片状元件上的流场密封件，所述流场密封件邻近已设有通道图案的第一片状元件的表面区域而延伸。该流场密封件包括板侧密封层和电极侧密封层。该板侧密封层是在一侧上附接至第一片状元件的丝网印刷的硅氧烷聚合物密封层。该电极侧密封层是被设置在板侧密封层之上并连接至板侧密封层的丝网印刷的硅氧烷聚合物密封层。该板侧密封层和电极侧密封层具有互不相同的压缩变形比，板侧密封层具有比电极侧密封层更低的压缩变形比。

本发明所提供的该流场密封件具有几个优点。

该流场密封件已形成在第一金属片状元件上，而不是将单独制造的密封件或垫圈放置在第一金属片状元件上。通过使流场密封件形成在第一金属片状元件上，流场密封件立刻紧随第一金属片状元件中的任何不均匀，例如通过填充任何凹陷，可以获得仍然均匀（如平坦）的流场密封件的顶部。

形成流场密封件的合适的方式是通过丝网印刷第一和第二电极侧密封层。丝网印刷是从硅氧烷聚合物中精确地形成密封件的可靠方式。

板侧密封层被附接至第一金属片状元件。通过将该板侧密封层丝网印刷至该第一金属片状元件上，板侧密封层和第一金属片状元件之间已经获得粘合。该粘合能够可选地进一步提高，例如通过为第一金属片状元件提供片材底漆或涂层，该片材底漆或涂层提高板侧密封层和第一金属片状元件之间的粘附。可选地，该片材底漆可通过丝网印刷应用于第一金属片状元件。该片材底漆位于第一金属片状元件和流场密封件之间，所述流场密封件包括板侧密封层和电极侧密封层。除流场密封件的板侧密封层和电极侧密封层之外还存在片材底漆。作为另选或补充，一种或多种添加剂可以被加入至板侧密封层的硅氧烷聚合物，如形成酸基团的添加剂，该添加剂旨在提高板侧密封层的硅氧烷聚合物与第一金属片状元件的粘附。

有利的是，板侧密封层附接至双极板，因为例如在燃料电池的组装过程中当双极板变形时，例如当双极板与膜电极组件的堆叠夹在一起时，流场密封件将沿着第一金属片状元件变形。此外，通过第一金属片状元件和板侧密封层的接触表面，板侧密封层至第一金属片状元件的附接减少了泄漏的风险。

电极侧密封层被丝网印刷在板侧密封层上。板侧密封层和电极侧密封层相互连接，要么直接地连接，要么通过一个或多个中间层连接。中间层可以例如是另外的密封层或粘附改善层。在任何中间层存在的情况下，在板侧密封层已被丝网印刷至第一金属片状元件上之后，但在电极侧密封层被丝网印刷之前，该中间层被应用至板侧密封层上。

在根据本发明的流场密封件中，板侧密封层和电极侧密封层具有互不相同的压缩变形比，板侧密封层具有比电极侧密封层更低的压缩变形比。

一般而言，压缩变形比是：当在垂直于该密封层的厚度的一个方向上施加具体、确定的压缩压力至各个密封层时各个密封层的厚度的改变、相对于当没有压缩压力或其它机械负载施加至各个密封层时各个密封层的厚度之比。

当然，不同的密封层的压缩变形比利用对每层使用相同的压缩力来确定。

根据本发明，确定密封层的压缩变形比的可能的方式是，在德国标准（DIN）53291-1982中所描述的测试方法，称为“夹层测试；垂直于表面的压缩试验”。

例如，密封层的压缩变形比可以通过如下方式确定。

该密封层将被丝网印刷在基底上，但在这完成之前，该基底的厚度在测试期间由于密封层上将被施加压力而减少，该减少被确定。或者，选择极其刚性的基底，使得由于所施加的测试压力而导致的该基底的任何变形都是可以忽略的。

然后，将流场密封件的板侧密封层丝网印刷至基底上。该板侧密封层具有与实际产品中的板侧密封层相同的形状和尺寸，并由相同的材料制成。然后，确定板侧密封层的高度。然后，在垂直于板侧密封层的厚度的一个方向上施加压缩压力至板侧密封层。例如，通过试验机器（如带有10 kN测力传感器的Zwick BZ010）施加压缩压力，直到最大为30 bar。该机器被设定为定位的受控模式，压缩速度为0.005毫米/秒，直到压力达到30 bar。然后，当施加30 bar压力时，板侧密封层的厚度被确定。如果必要，由于基底的变形，校正在20 bar的压力下的该厚度。

然后，板侧密封层的压缩变形比为，一方面施加压缩压力之前与施加压缩压力时板侧密封层的厚度差和另一方面施加压缩压力之前板侧密封层的厚度之比。

然后，将第二密封件的电极侧密封层丝网印刷至该基底上。该电极侧密封层具有与实际产品中的电极侧密封层相同的形状和尺寸，并由相同的材料制成。然后，确定电极侧密封层的高度。然后，在垂直于电极侧密封层的厚度的一个方向上施加压缩压力至电极侧密封层。例如，通过试验机器（如带有10 kN测力传感器Zwick BZ010）的施加压缩压力，直到最大为30 bar。该机器被设定为定位的受控模式，压缩速度为0.005毫米/秒，直到压力达到30 bar。然后，当施加30 bar的压力时，电极侧密封层的厚度被确定。如果必要，由于基底的变形，校正在20 bar的压力下的该厚度。

然后，电极侧密封层的压缩变形比为，一方面施加压缩压力之前与施加压缩压力时电极侧密封层的厚度差和另一方面施加压缩压力之前电极侧密封层的厚度之比。

如果对于产品中的实际情况是相关的，任何密封层在测试期间可以与其在实际的燃料电池部件中相同的方式被限制。

在根据本发明的流场密封件中，板侧密封层具有比电极侧密封层更低的压缩变形比。这意味着，当在垂直于所述密封层的厚度的方向上施加相同的压缩压力至密封层时，由于其初始厚度的百分比（即，施加压力之前），板侧密封层比电极侧密封层变形更小。因此，可以说电极侧密封层比板侧密封层更“软”。

这以几种方式有利于密封。由于板侧密封层组装时将经历更小的厚度减少，由于厚度减少而宽度增加（也被称为“膨胀”）将小于电极侧密封层的膨胀。当板侧密封层设置在位于两个凸起区域之间、第一金属片状元件的较低区域上时，这尤其有利。在该实施例中，板侧密封层的过度膨胀可能导致薄的通道壁不期望的变形，该薄的通道壁在较低区域和凸起区域之间延伸。

此外，当使用具有相对低的压缩变形比的流场密封层时，由在密封件上的压缩力产生的剪切应力导致的变形小于当使用具有较高的压缩变形比的流场密封层时的变形。这导致第一金属片状元件和部分的板侧密封层之间较少的相对局部运动，这有利于密封件的完整性以及板侧密封层与第一金属片状元件之间粘合的完整性。

电极侧密封层是位于密封件的顶部的密封层，该电极侧密封层具有比板侧密封层更高的压缩变形比。在组装的燃料电池中，电极侧密封层与膜电极组件接合。该膜电极组件相当脆。相对较软的电极侧密封层防止在燃料电池组装过程中或已完成组装时，膜电极组件被位于密封件的边缘处的应力集中所损坏。

在可能的实施例中，电极侧密封层直接设置在板侧密封层的顶部上。在该实施例中，没有中间层在板侧密封层和电极侧密封层之间存在。

在可能的实施例中，单个中间层在板侧密封层和电极侧密封层之间存在。可选地，该单个中间层是粘附改善层，例如胶粘层或密封底漆层。或者，该中间层为另外的密封层，优选地，为另外的丝网印刷的硅氧烷聚合物密封层。

在可能的实施例中，多个中间层在板侧密封层和电极侧密封层之间存在。可选地，至少一个中间层是粘附改善层，例如胶粘层或密封底漆层。可选地，至少一个中间层为另外的密封层，优选为另外的丝网印刷的硅氧烷聚合物密封层。

在至少一个另外的密封层作为中间层而存在的实施例中，可选地，另外的密封层的压缩变形比比板侧密封层的压缩变形比高，比电极侧密封层的压缩变形比低。

在多个另外的密封层作为中间层而存在的实施例中，可选地，另外的密封层的压缩变形比比板侧密封层的压缩变形比高，比电极侧密封层的压缩变形比低，可选地，该另外的密封层的压缩变形比从电极侧密封层朝向板侧密封层减小。

用于板侧密封层、电极侧密封层和/或另外的中间密封层的合适的材料，例如是在WO2012/175526中所描述的材料。

在各个密封层之间的压缩变形比的差异可以例如通过使用不同类型的硅氧烷聚合物、不同的固化条件和/或通过不同的几何形状来实现。

可选地，至少一个密封层具有非正方形或矩形的横截面形状，但可以是例如三角形。

在可能的实施例中，至少一个密封层能够设有封闭的单元结构。这种封闭的单元结构可以例如通过加入发泡剂至硅氧烷聚合物中而获得。

在可能的实施例中，燃料电池元件包括两个流场密封件。在该实施例中，流场密封件设于双极板的两个相对侧上，因此第二流场密封件位于该双极板的一侧上，该侧背离第一流场密封件所位于的双极板的一侧。最优选地，一个流场密封件设于与氢气接触的活性燃料电池中的双极板的一侧上，另一个流场密封件设于与空气或氧气接触的活性燃料电池中的双极板的一侧上。优选地，两个流场密封件均为根据本发明的流场密封件。

在可能的实施例中，根据本发明的燃料电池部件的双极板仅具有单个片状金属元件。在该实施例中，在双极板一侧上的流场通道由通道图案的槽状通道形成，在双极板的相对侧上，在双极板一侧上的流场通道由槽状通道之间的片状金属元件的区域形成。

可选地，第二流场密封件设于第一片状元件的一侧上，该侧背离第一流场密封件所位于的第一片状元件的一侧。优选地，第二流场密封件是根据本发明的流场密封件。

在可能的实施例中，双极板包括第一金属片状元件和第二金属片状元件。该第二金属片状元件包括流场通道图案的至少部分，所述流场通道图案的至少部分的形式为在所述第二金属片状元件的表面的至少部分上延伸的通道图案。如同第一金属片状元件，具有通道图案的第二金属片状元件已由涉及金属片的片状金属变形的过程产生，该金属片具有小于1毫米的大体上均匀的厚度。

在该实施例中，第一片状元件与第二片状元件用第一片状元件和/或第二片状元件的通道图案相互连接，第一片状元件的通道图案和/或第二片状元件的通道图案提供在第一片状元件和第二片状元件之间的一个或多个通道。在第一片状元件和第二片状元件之间的该一个或多个通道能够例如被用于，通过使冷却介质流动穿过所述一个或多个通道而冷却双极板。

该流场密封件在一侧上附接至第一片状元件，该侧背离第二片状元件。

可选地，第二流场密封件设于第二片状元件的一侧上，该侧背离第一片状元件。优选地，第二流场密封件是根据本发明的流场密封件。

在可能的实施例中，第一金属片状元件和/或第二金属片状元件的材料厚度在0.3和0.01毫米之间，可选地在0.1和0.01毫米之间。这允许获得重量相对轻的燃料电池。在该实施例中，第一金属片状元件和/或第二金属片状元件分别由金属片制成，该金属片分别具有在0.3和0.01毫米之间大体上均匀的厚度，可选地在0.1和0.01毫米之间。

例如，第一金属片状元件和/或第二金属片状元件的材料厚度为0.2毫米、0.1毫米、0.075毫米、0.050毫米或0.125毫米。在该实施例中，第一金属片状元件和/或第二金属片状元件分别由金属片制成，该金属片分别具有0.2毫米、0.1毫米、0.075毫米、0.050毫米或0.125 毫米的大体上均匀的厚度。

在可能的实施例中，第一片状元件和/或第二片状元件包括至少两个凸起区域，在所述凸起区域之间具有较低区域。在该实施例中，流场密封件设于所述凸起区域之间的所述较低区域上。

可选地，板侧密封层的高度等于或大于至少一个凸起区域的高度，该至少一个凸起区域相对于较低区域邻近流场密封件，该流场密封件设置在该较低区域上。在实际的实施例中，凸起区域通常是通道图案的部分。在这种情况下，板侧密封层充当防止通道壁由于夹紧力而变形的止动件，该夹紧力将双极板和膜电极组件的堆叠在组装的燃料电池中保持在一起。

在可能的实施例中，第一片状元件和/或第二片状元件包括至少两个较低区域，在所述较低区域之间具有凸起区域。在该实施例中，流场密封件设于所述较低区域之间的所述凸起区域上。

本发明还涉及燃料电池，该燃料电池包括：

-第一燃料电池部件，该第一燃料电池部件是根据本发明的燃料电池部件；

-膜电极组件；

-第二燃料电池部件，该第二燃料电池部件是根据本发明的燃料电池部件；

其中膜电极组件设于第一燃料电池部件和第二燃料电池部件之间，

并且其中第一燃料电池部件的流场密封件与膜电极组件在第一侧上接合，其中第二燃料电池部件的流场密封件与膜电极组件在第二侧上接合，该第二侧与第一侧相对。

可选地，这种燃料电池还包括第一气体扩散层和第二气体扩散层，该第一气体扩散层位于第一燃料电池部件和膜电极组件之间，该第二气体扩散层位于第二燃料电池部件和膜电极组件之间。

本发明还涉及制造燃料电池部件的方法，该部件包括以下步骤：

通过所述第一金属片的片状金属变形过程，为第一金属片提供通道图案，从而形成第一金属片状元件，其中该第一金属片具有小于1毫米的大体上均匀的厚度；

在第一片状元件上形成流场密封件，所述流场密封件邻近已设有通道图案的第一片状元件的表面区域而延伸，包括以下步骤：

将硅氧烷聚合物板侧密封层丝网印刷至第一片状元件上，所述板侧密封层附接至第一片状元件；

在将该板侧密封层丝网印刷至第一片状元件上后，将硅氧烷聚合物电极侧密封层丝网印刷至板侧密封层之上，所述电极侧密封层连接至板侧密封层；

其中板侧密封层和电极侧密封层具有互不相同的压缩变形比，板侧密封层具有比电极侧密封层更低的压缩变形比。

将电极侧密封层直接丝网印刷至板侧密封层上是非必要的。可能的是，一个或多个中间层在板侧密封层和电极侧密封层之间存在。可选地，至少一个中间层为粘附改善层，例如胶粘层或密封底漆层。可选地，至少一个中间层为另外的密封层，优选为另外的丝网印刷的硅氧烷聚合物密封层。

可选地，第一金属片具有在0.3毫米和0.01毫米之间均匀的厚度，可选地在0.1毫米和0.01毫米之间。例如，第一金属片具有0.2毫米、0.1毫米、0.075毫米、0.050毫米或0.125毫米的均匀的厚度。

在可能的实施例中，根据本发明的方法还包括以下步骤：

通过所述第二金属片的片状金属变形过程，为第二金属片提供通道图案，从而形成第二金属片状元件，其中该第二金属片具有小于1毫米的大体上均匀的厚度；

使第一片状元件和第二片状元件相互连接，第一片状元件的通道图案和/或第二片状元件的通道图案提供第一片状元件和第二片状元件之间的通道；

其中流场密封件形成在所述第一片状元件一侧上，该侧背离第二片状元件。

在可能的实施例中，第一金属片状元件和/或第二金属片状元件的材料厚度在0.3和0.01毫米之间，可选地在0.1和0.01毫米之间。这允许获得重量相对轻的燃料电池。在该实施例中，第一金属片状元件和/或第二金属片状元件分别由金属片制成，该金属片分别具有在0.3和0.01毫米之间大体上均匀的厚度，可选地在0.1和0.01毫米之间。

可选地，第一金属片和/或第二金属片具有在0.3和0.01毫米之间均匀的厚度，可选地在0.1和0.01毫米之间。例如，第一金属片和/或第二金属片具有0.2毫米、0.1毫米、0.075毫米、0.050毫米或0.125毫米的均匀的厚度。

在可能的实施例中，根据本发明的方法还包括步骤：使第二流场密封件形成在双极板的一侧上，该侧背离第一流场密封件所位于的双极板的一侧。形成第二流场密封件的步骤还包括：

将硅氧烷聚合物板侧密封层丝网印刷至双极板上，所述板侧密封层附接至第一片状元件；

在将该板侧密封层丝网印刷至双极板上后，将硅氧烷聚合物电极侧密封层丝网印刷至板侧密封层之上，所述电极侧密封层连接至板侧密封层；

其中板侧密封层和电极侧密封层具有互不相同的压缩变形比，板侧密封层具有比电极侧密封层更低的压缩变形比。

在根据本发明的方法的可能的实施例中，在通过丝网印刷将板侧密封层应用至第一片状元件上之后，但在将电极侧密封层应用至板侧密封层上之前，板侧密封层被固化。

在根据本发明的方法的可能的实施例中，片状金属变形过程为液压成形。这允许金属片状元件的精确制备，并允许相当深且形状复杂的通道在金属片中形成。此外，采用作为片状金属变形过程的液压成形导致仍然相对平坦且不易翘曲的金属片状元件。这有助于丝网印刷工艺，并且有助于流场密封件的良好质量。当翘曲的双极板夹紧在一起以形成燃料电池的堆叠时，这些双极板将被迫采用平坦的形态。这导致翘曲的双极板的变形，该变形可能会损坏密封件的质量，例如由于密封件不能够跟随双极板的这种变形。当使用液压成形的金属片状元件时，这个问题减少或甚至解决。

可选地，使用如德国专利DE 103 14 637或德国专利DE 10 2004 059829中所述的液压成形压力机。

在根据本发明的方法的可能的实施例中，步骤：通过所述第一金属片的片状金属变形过程，为第一金属片提供通道图案，从而形成第一金属片状元件，其中该第一金属片具有小于1毫米的大体上均匀的厚度，和/或

步骤：通过所述第二金属片的片状金属变形过程，为第二金属片提供通道图案，从而形成第二金属片状元件，其中该第二金属片具有小于1毫米的大体上均匀的厚度，

包括以下子步骤：

提供金属片状材料的卷，所述金属片状材料具有小于1毫米的大体上均匀的厚度；

将片状材料从该卷退绕，并将已退绕的片状材料供应至片状金属成形装置，可选为液压成形压力机；

通过片状金属变形过程，为所述已退绕的金属片状材料提供通道图案；

从该卷的剩余部分中切断具有通道图案的已退绕的金属片状材料。

优选地，在该方法中，片状金属变形过程为液压成形。

可选地，金属片状材料具有在0.3和0.01毫米之间的厚度，可选地在0.1和0.01毫米之间。例如，该金属片状材料具有0.2毫米、0.1毫米、0.075毫米、0.050毫米或0.125 毫米的均匀的厚度。

在根据本发明的方法的可能的实施例中，在形成流场密封件之前，第一金属片状元件和/或第二金属片状元件设有片材底漆和/或涂层。通过片状金属变形过程，该片材底漆和/或涂层可在将通道图案设于第一金属片和/或第二金属片中之前或之后应用。

附图说明

下文将参照附图更加详细地说明本发明，本发明的示例性实施例将在附图中以非限制性方式示出。

附图中：

图1示意性地示出根据本发明的燃料电池部件的示例，

图2示意性地示出具有流场通道图案的双极板的部分和流场密封件在横截面中的示例，

图3示意性地示出燃料电池的示例，

图4示意性地示出根据本发明的燃料电池部件的第一实施例的一部分，

图5示意性地示出根据本发明的燃料电池部件的第二实施例的一部分，

图6示意性地示出根据本发明的燃料电池部件的第三实施例的一部分。

具体实施方式

图1示意性地示出根据本发明的燃料电池部件的示例。

图1的燃料电池部件包括具有流场通道图案2的双极板1。双极板1包括具有通道图案4的第一金属片状元件3，通道图案4在第一金属片状元件3的表面的至少部分上延伸。通道图案4形成流场通道图案2的至少部分。

图1的燃料电池部件还包括流场密封件10，流场密封件10已形成在第一片状元件3上。流场密封件10邻近第一片状元件3的表面区域而延伸，第一片状元件3已设有通道图案4。

在图1的示例中，流场密封件10围绕流场通道图案2而延伸。另外的密封件7围绕开口5而延伸，开口5用于流体供给或流体排出。可选地，这些另外的密封件7具有与流场密封件10相同的设计。

具有通道图案4的第一金属片状元件3已由涉及金属片的片状金属变形的过程产生，该金属片具有小于1毫米的大体上均匀的厚度。这导致第一片状元件具有通常小于1毫米的材料厚度。

第一片状元件3的材料厚度为第一片状元件3的材料的厚度。通道图案4的通道突出的高度不影响材料厚度。

图2示意性地示出具有流场通道图案的双极板的部分和流场密封件10在横截面中的示例。

在该示例中，双极板仅包括单个金属片状元件3，金属片状元件3具有通道图案4。在图2的示例中，通道图案4的通道壁6相对于金属片状元件3的平坦部分8突出，金属片状元件3邻近通道壁6。在此，平坦部分8为金属片的未变形部分，金属片状元件3利用片状金属变形由该金属片制备。穿过平坦部分8的平面是未变形金属片的平面。

在图2的示例中，形成通道壁6的材料从未变形的金属片的平面突出至未变形板的平面的一侧。或者，通道壁6可突出至未变形板的平面的两个相互相对的侧。在可能的实施例中，在通道壁6之间不存在平坦部分8。

在图2中，MT代表金属片状元件3的材料厚度。所以，通道壁6的高度相对于平坦部分8不影响材料厚度。第一金属片状元件的材料厚度在变形后通常小于1毫米。可选地，材料厚度在0.3和0.01毫米之间，可选地在0.1和0.01毫米之间。例如，材料厚度为0.2毫米、0.1毫米、0.075毫米、0.050毫米或0.125毫米。

如图2中所示，流场密封件10包括板侧密封层11和电极侧密封层12。板侧密封层11是在一侧上附接至第一片状元件3的丝网印刷的硅氧烷聚合物层。电极侧密封层12是要么直接要么间接地通过一个或多个中间层、设置在板侧密封层11之上并连接至板侧密封层的丝网印刷的硅氧烷聚合物层。

板侧密封层11和电极侧密封层12具有互不相同的压缩变形比。板侧密封层11具有比电极侧密封层12更低的压缩变形比。

图3示意性地示出燃料电池的示例。

图3的燃料电池包括多个膜电极组件20，每个膜电极组件20包括两个电极（阳极21和阴极22；可选为催化剂嵌入式电极），可渗透但电绝缘的膜23在这两个电极之间。在膜电极组件20之间设置双极板1。可选地，气体扩散层24在每个膜电极组件20和与其相邻双极板1之间存在。

在图3的示例中，双极板1各包括第一金属片状元件3和第二金属片状元件30。两个金属片元件3、30均设有通道图案，该通道图案形成流场通道图案的至少部分。图3中示出第一金属片状元件3和第二金属片状元件30被布置为彼此稍微间隔开，但这样做仅是出于清楚的原因。在实际中，第一金属片状元件3和第二金属片状元件30例如在通道壁6之间的平坦部分8处相互连接。

由于设于第一金属片状元件3和第二金属片状元件30中的通道图案，一个或多个通道27在第一金属片状元件3和第二金属片状元件30之间存在。例如冷却介质可以流动穿过这些通道27，以便提供冷却至双极板1。

由于在第一金属片状元件3中的通道图案，在阴极22（或膜电极组件20的阴极侧上的气体扩散层24）和第一片状元件3之间存在空间。这些空间形成一个或多个通道26，空气或氧气流动穿过这些通道26，当燃料电池工作时该空气或氧气接触阴极。

由于在第二金属片状元件30中的通道图案，在阳极21（或膜电极组件20的阳极侧上的气体扩散层24）和第二片状元件30之间存在空间。这些空间形成一个或多个通道25，空气或氧气流动穿过这些通道25，当燃料电池工作时该空气或氧气接触阳极。

在燃料电池中所使用的氢气的泄漏和氧气或空气的泄漏被流场密封件10阻止。

图4示意性地示出根据本发明的燃料电池部件的第一实施例的一部分，

在图4的实施例中，双极板1包括第一金属片状元件3和第二金属片状元件30。第一金属片状元件3和第二金属片状元件30在通道图案的通道壁6之间相互连接。

图4的燃料电池部件还包括流场密封件10。在该实施例中，流场密封件10包括板侧密封层11、电极侧密封层12和中间层15。

在该实施例中，流场密封件设于第一金属片状元件3的两个凸起区域17之间的较低区域16上。凸起区域17可以是流场通道图案的部分，但这不是必要的。

在图4的实施例中，板侧密封层10的高度大约等于凸起区域17的高度，凸起区域17相对于较低区域16邻近流场密封件10，流场密封件10设置在较低区域16上。由于中间层15和电极侧密封层12具有小于100%的压缩变形比，因此双极板1和相邻的膜电极组件或在组装的燃料电池中其它燃料电池部件之间总是存在距离。这降低了凹陷或其他双极板的不期望的变形的风险，尤其是靠近凸起区域17的地方。在此，板侧密封层11或多或少充当防止通道壁或邻近流场密封件10的其他凸起区域17由于夹紧力而变形的止动件，该夹紧力将双极板和膜电极组件的堆叠在组装的燃料电池中保持在一起。

在图4的实施例中，电极侧密封层12不具有正方形或矩形的横截面形状。该实施例中，电极侧密封层12包括稍微间隔开的两个脊部。在该实施例中的每个脊部的横截面形状为三角形。或者，电极侧密封层12可以例如具有正方形或矩形的横截面形状，或单一三角形、两个部分重叠的三角形、多于两个三角形或任何其它合适的形状。

电极侧密封层12与本发明一致，由丝网印刷制备。横截面形状为三角形通过重复将薄层丝网印刷在彼此的顶部上来获得，每一个薄层比前一个窄一点，从而得到阶梯式三角形。由于硅氧烷聚合物的粘度，丝网印刷的层将在边缘处出现一些流动，从而形成比纯阶梯式三角形更平滑的三角形。

根据本发明，板侧密封层11的压缩变形比小于电极侧密封层12的压缩变形比。不同形状的板侧密封层11与电极侧密封层12已对此有影响。该差异甚至可以通过对不同的密封层11、12使用不同的硅氧烷聚合物材料和/或使用不同的固化条件来增强。

在图4的实施例中，中间层15在板侧密封层11和电极侧密封层12之间存在。中间层15可以是粘附改善层，例如胶粘层或密封底漆层，或是另外的的密封层，优选为另外的丝网印刷的硅氧烷聚合物密封层。

在中间层15是另外的密封层的情况下，可选地，另外的密封层的压缩变形比高于板侧密封层的压缩变形比，并低于电极侧密封层的压缩变形比。

图5示意性地示出根据本发明的燃料电池部件的第二实施例的一部分。

在图5的实施例中，双极板1包括第一金属片状元件3和第二金属片状元件30。该第一金属片状元件3和第二金属片状元件30在通道图案的通道壁6之间相互连接。

图5的燃料电池部件还包括流场密封件10。在该实施例中，流场密封件10包括板侧密封层11、电极侧密封层12和中间层15。

在该实施例中，流场密封件设于第一金属片状元件3的两个凸起区域17之间的较低区域16上。凸起区域17可以是流场通道图案的部分，但不是必要的。

在图5的实施例中，电极侧密封层12不具有正方形或矩形的横截面形状。其横截面形状包括两个三角形，这两个三角形在实例中部分相互重叠。因此，电极侧密封层12包括两个邻近的脊部，但这些脊部之间的谷部没有一直延伸至中间层15。或者，电极侧密封层12可以例如具有正方形或矩形的横截面形状，或以单一三角形、相互间隔开的两个三角形、多于两个三角形或任何其它合适的形状为形状的横截面。

电极侧密封层12与本发明一致，由丝网印刷制备。横截面形状为三角形通过重复将薄层丝网印刷在彼此的顶部上来获得，每一个薄层比前一个窄一点，从而得到阶梯式三角形。由于硅氧烷聚合物的粘度，丝网印刷的层将在边缘处出现一些流动，从而形成比纯阶梯式三角形更平滑的三角形。

根据本发明，板侧密封层11的压缩变形比小于电极侧密封层12的压缩变形比。不同形状的板侧密封层11与电极侧密封层12已对此有影响。该差异甚至可以通过对不同的密封层11、12使用不同的硅氧烷聚合物材料和/或使用不同的固化条件来增强。

在图5的实施例中，中间层15在板侧密封层11和电极侧密封层12之间存在。中间层15可以是粘附改善层，例如胶粘层或密封底漆层，或是另外的的密封层，优选为另外的丝网印刷的硅氧烷聚合物密封层。

在中间层15是另外的密封层的情况下，可选地，另外的密封层的压缩变形比高于板侧密封层的压缩变形比，并低于电极侧密封层的压缩变形比。

图6示意性地示出根据本发明的燃料电池部件的第三实施例的一部分。

在图6的实施例中，双极板1包括第一金属片状元件3和第二金属片状元件30。第一金属片状元件3和第二金属片状元件30在通道图案的通道壁6之间相互连接。

图6的燃料电池部件还包括两个流场密封件10、110。在该实施例中，两个流场密封件10、110均包括板侧密封层11、111，电极侧密封层12、112和中间层15、115。

在该实施例中，两个流场密封件10、110均设于第一金属片状元件3的两个凸起区域17之间的较低区域16上。凸起区域17可以是流场通道图案的部分，但不是必要的。

在图6的实施例中，位于第一金属片状元件3的一侧上的电极侧密封层12具有包括稍微间隔开的两个三角形的横截面形状。位于第二金属片状元件30的一侧上的电极侧密封层112具有包括单个三角形的横截面形状，该单个三角形设置成与在第一金属片状元件3上的电极侧密封层12的三角形之间的空间成一直线。当该设计的两个双极板1设于彼此的顶部上，一个双极板1的第一金属片状元件3面向另一个双极板1的第二金属片状元件30，一个双极板11的电极侧密封层112位于两个脊部之间，这两个脊部具有另一个双极板1的电极侧密封层12的三角形横截面。

该实施例特别适用于燃料电池中，其中双极板直接夹紧在彼此上，或其中仅膜电极组件的柔性部分（例如仅膜）在双极板之间被夹紧。

根据本发明，板侧密封层11的压缩变形比小于电极侧密封层12的压缩变形比，板侧密封层111的压缩变形比小于电极侧密封层112的压缩变形比。不同形状的板侧密封层11、111以及电极侧密封层12、112分别已对此有影响。该差异甚至可以通过对不同的密封层11、12使用不同的硅氧烷聚合物材料和/或使用不同的固化条件来增强。

在图6的实施例中，中间层15在板侧密封层11和电极侧密封层12之间存在。中间层15可以是粘附改善层，例如胶粘层或密封底漆层，或是另外的密封层，优选为另外的丝网印刷的硅氧烷聚合物密封层

在中间层15是另外的密封层的情况下，可选地，另外的密封层的压缩变形比高于板侧密封层的压缩变形比，并低于电极侧密封层的压缩变形比。

图4、图5和图6的实施例例如可以如下所述来制备。

首先，提供金属片状材料的卷。在该卷上的该金属片状材料具有小于1毫米的大体上均匀的厚度。该厚度甚至可以在0.3毫米和0.01毫米之间，或在0.1毫米和0.01毫米之间。在该卷上的金属片状材料可被涂覆或设有片材底漆。

然后，将片状材料从该卷上退绕。然后，已退绕的片状材料应用于片状金属成形装置。该片状金属成形装置为液压成形压力机，例如由Borit NV开发的Hydrogate压力机。

然后，液压成形压力机为片状材料提供所需要的通道图案。随后，从该卷的剩余部分切断具有通道图案的已退绕的金属片状材料。现在，具有通道图案的被切断的金属片状材料为第一金属片状元件3。

将更多片状材料从该卷上退绕。然后，已退绕的片状材料应用于液压成形压力机。该液压成形压力机为片状材料提供所需要的通道图案。随后，从该卷的剩余部分切断具有通道图案的已退绕的金属片状材料。现在，具有通道图案的已切断的金属片状材料为第二金属片状元件30。

可选地，在片状金属变形过程之前或之后，第一金属片状元件3和/或第二金属片状元件30设有片材底漆或涂层。

第一片状元件3和第二片状元件30相互连接，第一片状元件3和/或第二片状元件30的通道图案提供第一片状元件3和第二片状元件30之间的通道。这可以在流场密封件11或流场密封件10、110应用于各自的金属片状元件3、30之前或之后完成。第一片状元件3和第二片状元件30之间的连接可以通过例如焊接、胶粘、钎焊或锡焊来获得。

流场密封件10形成在第一金属片状元件3上。流场密封件10邻近已设有通道图案的第一片状元件3的表面区域而延伸。其通过将硅氧烷聚合物板侧密封层11第一丝网印刷至第一片状元件3上而形成。板侧密封层11附接至第一片状元件3。

在类似于如图4、图5和图6中所示出的实施例中，存在中间层15。在板侧密封层11形成（例如丝网印刷）在第一金属片状元件3上之后，该中间层形成在板侧密封层11上。

然后，将硅氧烷聚合物电极侧密封层12丝网印刷在中间层15的顶部上（同时也在板侧密封层11之上）。电极侧密封层12通过中间层连接至板侧密封层11。

根据本发明，板侧密封层11和电极侧密封层12具有互不相同的压缩变形比，板侧密封层11具有比电极侧密封层12更低的压缩变形比。

对于流场密封件设在第一金属片状元件和第二金属片状元件上的实施例，采取另外的步骤。在该步骤中，流场密封件110形成在第二金属片状元件30上。流场密封件110邻近已设有通道图案的第二片状元件30的表面区域而延伸。其通过将硅氧烷聚合物板侧密封层111第二丝网印刷至第二片状元件30上而形成。该板侧密封层111附接至第二片状元件30。

在类似于图6中所示的实施例中，存在中间层115。在板侧密封层111形成（例如丝网印刷）在第二金属片状元件30上之后，该中间层形成在板侧密封层111上。

然后，将硅氧烷聚合物电极侧密封层112丝网印刷在中间层115的顶部上（同时也在板侧密封层111之上）。电极侧密封层112通过中间层连接至板侧密封层111。

根据本发明，板侧密封层111和电极侧密封层112具有互不相同的压缩变形比，板侧密封层111具有比电极侧密封层112更低的压缩变形比。

当在流场密封件10或流场密封件10、110形成在各自的片状元件3、30上之后，第一金属片状元件3和第二金属片状元件30相互连接以共同形成双极板的时候，通过流场密封件10或流场密封件10、110在双极板1的外表面上存在的方式，第一金属片状元件3和第二金属片状元件30相互连接。

可选地，在电极侧密封层12、112固化之前，板侧密封层11、111和/或中间层15、115发生固化。或者，单个片状元件3、30的所有密封层11、12、15、111、112、115同时固化。