用于将垫片固定在双极板上的方法与流程

本发明涉及一种将垫片附接于双极板的方法和一种根据这种方法制造的燃料电池。

背景技术：

1、燃料电池是电化学能量转换器，其中例如氢气和氧气被转化成水、电能和热量。燃料电池或燃料电池堆由多部分电池构成，所述多部分电池具有交替设置在彼此之上的膜电极单元和双极板。双极板用于向电极供应反应物并冷却燃料电池堆。为此目的，双极板具有沿着电极引导含有反应物的流体的分配器结构。此外，分配器结构用于沿着另外的分配器结构引导冷却流体。这些分配器结构被设计为通道，通过这些通道可以引导不同流体。

2、de102005058370a1描述了一种燃料电池，其具有两个双极板、设置在双极板之间的膜电极单元和设置在膜电极单元与双极板之间的气体扩散层。膜电极单元设置在支撑框架上。在膜电极单元与支撑框架之间形成超声波焊接接头，经由该超声波焊接接头将膜电极单元与支撑框架相连。

3、从现有技术中还已知，载体框架经由超声波焊接接头与双极板直接连接。同样，可以使用通过激光产生的焊接接头来代替超声波焊接接头。尽管这些方法具有不需要附加材料的优点，但是仍然需要粗糙表面。

4、本发明的目的是提供一种将垫片附接于双极板的方法，其中能够利用很少的额外材料将垫片以简单且经济的方式附接于双极板。

5、为了解决该问题，给出了具有权利要求1的特征的用于将垫片与双极板附接起来的方法以及根据这种方法制造的燃料电池。本发明的有利的另外的实施方式将从相应的从属权利要求获得。

技术实现思路

1、提出了一种用于将垫片附接于双极板的方法，其包括以下步骤：将第一垫片箔施加到第二垫片箔上并将第一垫片箔与第二垫片箔对齐，所述第二垫片箔具有连接凹部；将第一垫片箔连接到第二垫片箔，从而形成垫片；将垫片放置到双极板上，使得具有连接凹部的第二垫片箔抵靠双极板。在另外的工艺步骤中，进行压花步骤，在该压花步骤中，在连接凹部的区域中利用压花工具施加压花力，使得形成压花粘合剂点并且第一垫片箔经由第一垫片箔上的设置在连接凹部中的粘合剂连接到双极板。

2、在本发明的意义内的粘结凹部被理解为能够实现粘结的穿过第二垫片箔的开口。粘结点被理解为第一垫片箔粘结到双极板的区域。通过压花步骤，垫片仅在连接凹部的区域中连接到双极板。这种连接通过简单的压花步骤实现。另外，只需在连接凹部的区域中提供粘合剂。因此，需要很少的粘合剂将垫片固定到双极板上。因此，仅需要很少的额外材料。此外，这样的工艺因此可以简单且经济地进行。

3、在本发明的优选的实施方式中，在将第一垫片膜粘结到第二垫片膜之前，至少向第一垫片膜施加粘合剂。因此，第一垫片膜和第二垫片膜通过粘合剂粘结而结合在一起。粘合装置通过连接凹部而进一步设置在该区域中。垫片经由这种粘合剂而粘结到双极板。因此，不需要额外的步骤来施加粘合剂。由于施加该粘合剂来将第一垫片膜和第二垫片膜结合起来，因此不需要额外的材料将垫片结合到双极板。因此，这个工艺可以容易且经济地进行。

4、在本发明的另外优选的实施方式中，粘合剂是uv粘合剂，使得uv粘合剂通过uv源来固化。优选地，至少第一垫片膜是uv光可穿透的，使得可以使用uv源来固化粘合剂。该工艺步骤允许垫片在特定的时间点粘结到双极板，从而使得仍然可以进行位置校正。此外，经由uv光的固化实现了简单且受控的附接。

5、优选地，粘合剂为热熔粘合剂，使得垫片膜通过层压工艺粘结在一起。热熔粘合剂是在暴露于热量时变为粘合状态的粘合剂。通过这样的工艺步骤，可以通过加热来容易地将两个垫片膜结合在一起。在层压工艺中，两个垫片膜优选地在100-200℃的温度和0.5-5mpa的压力下结合。

6、在有利的进一步改进中，将压花力施加到第一垫片箔上。替代地，当然也可以将压花力施加到双极板上。然而，由于第一垫片箔比双极板更柔顺，因此这使得更容易在双极板与第一垫片箔之间建立连接。它还防止了双极板的分配器结构被损坏。优选地，施加在0.5-5mpa范围内的压花力。

7、有利地，压花步骤加热压花工具，使得设置在粘结凹部中的热熔胶与双极板粘结。以这种方式，双极板与第一垫片膜之间的粘合剂粘结可以与压花步骤同时实现。因此减少了工艺步骤的数量。优选地，将压花工具加热到100-200℃的温度。特别优选的，温度为130-170℃。

8、优选地，热熔粘合剂是施加用于将第一垫片膜粘结到第二垫片膜的粘合剂，使得不需要用于施加热熔粘合剂或另外的热熔粘合剂的附加工艺步骤。

9、还提出了一种用于燃料电池堆的燃料电池。燃料电池具有至少一个双极板和垫片，其中垫片包括第一垫片箔和第二垫片箔，该第二垫片箔具有连接凹部并压靠在双极板上，并且垫片通过设置在连接凹部中的粘合剂经由形成在连接凹部的区域中的压花粘合剂点与双极板连接。燃料电池优选根据上述方法制造。这样的燃料电池由此基本上具有关于方法描述的优点。特别地，由于垫片和双极板的位置精确的布置，这种燃料电池具有较高的效率。

10、在另外有利的实施方式中，粘合剂点具有几何形状，其中几何形状的粘合剂点边平行于双极板的横向中心轴线延伸并且与该横向中心轴线对齐。在这种情况下，该几何形状被理解为由通过胶合点的双极板的顶视图得到的二维几何形状。胶合点边是作为线延伸的几何形状的边。横向中心轴线是横向于双极板延伸并且设置在双极板的中心的轴线。除了平行布置之外，该胶合点边被设置为比胶合点的其他边更靠近横向中心轴线。

11、沿纵向方向指向的剥离力相应地在整个胶合点边上正交地作用，使得剥离力更好地分布在该胶合点边上。这显著地提高了这种胶合点的耐久性。

12、根据有利的实施方式，粘合剂点另外具有平行于纵向中心轴线延伸并且与该纵向中心轴线对齐的粘合剂点边。纵向中心轴线在双极板的纵向方向上对应于横向中心轴线延伸并且设置在双极板的中心。原则上，由于在横向方向上也发生剥离力，但该剥离力低于纵向方向上的剥离力，因此通过平行于纵向中心轴线对齐的附加粘合剂点边提高了粘合剂点相对于横向方向上的剥离力的耐久性。该粘合剂点边与双极板的在横向方向上的中心对齐。

13、此外，提出了一种具有若干燃料电池的燃料电池堆。这种燃料电池堆具有上述优点。

技术特征：

1.一种将垫片(4)与双极板(12)固定起来的方法，其包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述第一垫片薄片(4a)结合到所述第二垫片薄片(4b)之前，至少向所述第一垫片薄片(4a)施加粘合剂(16)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述粘合剂(16)为uv粘合剂，使得所述uv粘合剂通过uv源固化。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述粘合剂(16)为热熔胶，使得所述垫片膜(4a，4b)通过层压工艺结合在一起。

5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，将所述压花力施加到所述第一垫片箔(4a)上。

6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，对于所述压花步骤，加热所述压花工具(20)，使得设置在所述粘结凹部(8)中的热熔胶粘结到所述双极板(12)上。

7.一种用于燃料电池堆的燃料电池(1)，所述燃料电池(1)具有至少一个双极板(12)和垫片(4)，其中所述垫片(4)包括第一垫片箔(4a)和第二垫片箔(4b)，所述第二垫片箔(4b)具有连接凹部(8)并压靠在所述双极板(12)上，并且所述垫片(4)通过设置在所述粘结凹部(8)中的粘合剂(16)经由形成在所述粘结凹部(8)的区域中的压花粘合剂点(24)粘结到所述双极板(12)上。

8.根据权利要求7所述的燃料电池(1)，其特征在于，所述粘合剂点(24)具有几何形状，其中所述几何形状的粘合剂点边(q)平行于所述双极板(1)的横向中心轴线(32)延伸并且与该横向中心轴线(32)对齐。

9.根据权利要求8所述的燃料电池(1)，其特征在于，所述粘合剂点(24)另外具有平行于纵向中心轴线(40)延伸并且与该纵向中心轴线(40)对齐的粘合点边(l)。

10.一种燃料电池堆，其包括多个根据权利要求7至9中任一项所述的燃料电池(1)。

技术总结
本发明涉及一种用于将垫片(4)固定到双极板(12)上的方法。该方法包括以下步骤：将第一垫片膜(4a)施加到具有连接凹部(8)的第二垫片膜(4b)上并将第一垫片膜(4a)在该第二垫片膜(4b)上对齐；将第一垫片膜(4a)连接到第二垫片膜(4b)从而形成垫片(4)；将垫片(4)放置到双极板(12)上使得具有连接凹部(8)的第二垫片膜(4b)位于双极板(12)上；以及进行压花步骤，在该压花步骤中在连接凹部(8)的区域中通过压花工具(20)施加压花力使得形成压花粘合剂点(24)并且经由第一垫片膜(4a)上的设置在连接凹部(8)中的粘合剂(16)将第一垫片膜(4a)连接至双极板(12)。

技术研发人员：克里斯托夫·哈卢施卡,埃伯哈德·迈尔,阿里·里扎·伊尔迪里姆,马丁·耶拉克,安东·林格尔,安德烈亚斯·林克,弗洛里安·亚历山大·克诺尔,奥德·穆勒,燕妮·安德森,马蒂亚斯·霍尔姆贝格,斯特凡·蒙特,斯特凡·安德施,霍尔格·齐亚拉斯,延斯-彼得·祖赫斯兰
受保护的技术使用者：罗伯特·博世有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15