用于燃料电池的双极性板、燃料电池以及用于制造双极性板的方法_3

文档序号:9308807阅读:来源:国知局
密封件;
[0045]-在单板之间制造连接缝。
[0046]优选地,所述密封件是在所述单板上通过注塑方法制造的。为此优选地,在注塑模具内将原始材料注塑到单板上。在这种情况下,密封件的制造通常包括将密封件的原始材料硬化的步骤。
[0047]在另外一种优选情况下,通过丝网印刷法在所述单板上制造所述密封件。所述丝网印刷法同样是用于制造密封件的惯用方法。
[0048]优选地,借助焊接方法、尤其借助激光焊接方法来制造所述连接缝。在此,激光束入射到所述双极性板的一侧上,由此将被激光束照射的单板与位于其后方的第二单板焊接。
[0049]优选规定,所述密封件的制造在时间上在制造连接缝之前进行。因此在密封件制造过程中,所述单板能够被工具(例如注塑模具)最佳地支撑在所述单板的背离密封件的那侧上。由此防止所述双极性板变形并且降低了废品成本。此外,例如在注塑过程中可以通过这种支撑以更高的压力工作,这减少了密封件的制造时间并且还实现了密封材料的更多选择。
[0050]以下根据附图在实施例中更详细地阐述本发明。在附图中:
[0051]图1示出了具有包围所述区密封件的冷却剂连接缝的双极性板;
[0052]图2示出了具有由所述区密封件包围的冷却剂连接缝的双极性板,并且
[0053]图3示出燃料电池的示意图。
[0054]如图1和图2所示的双极性板10尤其在密封件方面可以相对于在双极性板10的两个单板12之间延伸的对称平面基本上对称地设计。因此,密封件在双极性板10的两侧14、16(主面)上的法向投影基本上具有相等的面积。所述密封件(或其走向)示意性地表示为虚线并且所述连接缝(或其走向)示意性地表示为点划线。
[0055]图1示出了示意性表示的双极性板10的平坦侧之一的俯视图,其中,视线是朝向双极性板10的燃料侧14定向的。双极性板10的氧化剂侧16是双极性板10的与燃料侧14对置的平坦侧。
[0056]双极性板10具有环绕地包围燃料区密封件36和氧化剂区密封件38的冷却剂连接缝44 (参见图3)。冷却剂连接缝44代表双极性板10内的、在两个单板12之间的冷却剂空腔的外部界限。由于冷却剂连接缝44相对于环境密封,因此它还可以被称为外焊缝。以与此类似的方式,可以将区密封件36、38称为外密封件。
[0057]冷却剂连接缝44还包围了多个冷却剂开口 24和多个冷却剂密封件34。所述冷却剂密封件34也相对于环境密封并且因此还可以称为外密封件。所述冷却剂开口 24在两个单板12之间流体性地连接至冷却剂空腔。冷却剂密封件34环绕地包围了冷却剂开口 24并且布置在冷却剂连接缝44与区密封件36、38之间。因此,冷却剂密封件34布置在区密封件36、38之外,这使得燃料或氧化剂不能经由冷却剂密封件34进入冷却回路中。
[0058]燃料区密封件36包围燃料区50,而在双极性板10的对置平坦侧上,氧化剂区密封件38包围氧化剂区(未示出)。所述燃料区50和所述氧化剂区在燃料电池堆内对应于化学活性区。
[0059]此外,区密封件36、38包围燃料连接缝40,所述燃料连接缝各自环绕地包围燃料密封件30。所述燃料密封件30又各自包围燃料开口 20。另外,所述区密封件36、38包围了多个氧化剂连接缝42,所述氧化剂连接缝各自环绕地包围氧化剂密封件32。所述氧化剂密封件32又各自包围氧化剂开口 22。所述燃料密封件30和氧化剂密封件32可以称为内密封件,因为它们将多种独立的工作介质相对于彼此密封。同样,燃料连接缝40和氧化剂连接缝42可以称为内连接缝,因为它们也将所述独立的工作介质相对于彼此密封。
[0060]在所述实施例中,燃料密封件30和氧化剂密封件32在燃料连接缝40和氧化剂连接缝42内延伸。所述燃料单元还在所示的燃料侧14上包括处于燃料密封件30与燃料连接缝40之间的多个切口 21。所述切口 21穿过朝向燃料侧14的单板12并且因此在所述燃料开口 20与燃料区50之间建立流体连接。在氧化剂侧16 (未示出)上,在氧化剂密封件32与氧化剂连接缝40之间也存在这样的切口 21。在此,所述切口 21穿过朝向氧化剂侧16的单板12并且因此在所述氧化剂开口 22与所述氧化剂区(未示出)之间建立流体连接。
[0061]图2示出了本发明的另外一个优选设计方案。与图1相比,燃料区密封件36和氧化剂区密封件38 (参见图3)环绕地包围冷却剂连接缝44。这样的结果是,冷却剂连接缝44、燃料连接缝40和氧化剂连接缝42彼此相邻地布置,而没有区密封件32之一在其间延伸。因此,连接缝40、42、44能够如所描述的那样一体地设计为组合连接缝46。因此组合连接缝46 —方面可以称为外连接缝并且另一方面也可以称为内连接缝。由于根据这个实施例,冷却剂连接缝44在燃料区密封件36和氧化剂区密封件38内延伸,因此冷却剂密封件34也不能再布置在所述区密封件36之外。
[0062]图1和图2的密封件30、32、34、36与单板12连接。在燃料电池60(参见图3)内,密封件30、32、34、36密封双极性板10与邻接的膜电极单元62之间的空隙。连接缝40、42、44中的每一个将这两个单板12彼此相连并且环绕地密封所述单板12之间的空隙。
[0063]如图1和图2所示,通过密封件30、32、34、36和连接缝40、42、44的上述布置产生这样的双极性板10,所述双极性板的连接缝40、42、44与密封件30、32、34、36既不相交也不重叠,这就双极性板10的制造而言带来了显著优点。
[0064]图3以示意图示出包括多个膜电极单元62的燃料电池60。所述膜电极单元62与根据本发明的如图2所示的双极性板10交替地堆叠从而得到燃料电池60(即得到一个燃料电池堆)。
[0065]所述双极性板10经由多个气体扩散层向膜电极单元62提供反应物,即燃料(例如氢气)和氧化剂(例如来自空气中的氧气),为此可以在双极性板10中设置多个适合的通道。此外,所述双极性板10将两个邻接的膜电极单元62以导电的方式相连,这样使得它们串联地相连。
[0066]双极性板10的密封件30、32、34、36密封所述膜电极单元62之间、尤其是所述膜与所述双极性板10之间的空间,并且因此防止在工作过程中工作介质从燃料电池60中漏出。示意性表示的冷却剂连接缝44或者组合连接缝46防止了冷却剂从燃料电池60中漏出。
[0067]为了即使在振动情况(例如由于在机动车辆中使用)下也能确保密封件30、32、34,36的功能性以及双极性板10与膜电极单元62之间的导电接触,通常将所述燃料电池60压缩。这通常借助于两个布置在燃料电池60的两端处的端板66结合多个拉紧元件64实现。所述拉紧元件64将拉紧力传输至端板66中,由此使端板66压缩所述燃料电池60。
[0068]以下将参照一个优选设计方案来讨论用于制造如图1和图2所示的双极性板的方法:
[0069]首先,在之后应布置于双极性板10的燃料侧14上的单板12上制造燃料密封件30、氧化剂密封件32、冷却剂密封件34和燃料区密封件36。此外,在之后应布置于双极性板10的氧化剂侧16上的单板12上制造燃料密封件30、氧化剂密封件32、冷却剂密封件34和氧化剂区密封件38。在单板12上制造密封件30、32、34、36可以例如通过注塑方法来完成。为此,通常在注塑模具内将原始材料注塑到单板12上。在这种情况下,密封件30、32、34、36的制造通常包括将密封件30、32、34、36的原始材料硬化的步骤。
[0070]接着,将所述单板12相对于彼此定位成,使得所述单板
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