燃料電池板粘合方法和裝置制造方法
【專利摘要】將粘合薄膜固定到燃料電池部件的示例方法包括：將粘合薄膜定位鄰近于燃料電池部件；以及利用來自注塑密封件的熱能來熔化所述粘合薄膜。
【專利說明】燃料電池板粘合方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容總體上涉及燃料電池，且更具體地涉及相對(duì)于另一燃料電池板來固定并密封燃料電池板。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池堆組件(CSA)是公知的，并且典型地包括多個(gè)單獨(dú)的燃料電池。單獨(dú)的燃料電池包括部件，例如具有聚合物電解質(zhì)膜(PEM)的組合電極組件(UEA)。
[0003]單獨(dú)的燃料電池典型地包括在UEA的陽極側(cè)上的雙極板以及在UEA的陰極側(cè)上的另一雙極板。這些雙極板建立將燃料和氧化劑傳送到UEA的管道。燃料電池利用燃料和氧化劑以按照已知的方式產(chǎn)生電能。一些CSA利用彈性體密封件來控制燃料和氧化劑的流動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]用于將粘合薄膜固定到燃料電池部件的示例方法包括:將粘合薄膜定位鄰近于燃料電池部件；以及利用來自注塑密封件的熱能來熔化所述粘合薄膜。
[0005]示例燃料電池部件裝置包括燃料電池板。注塑密封件位于所述燃料電池板的一個(gè)側(cè)上。所述注塑密封件具有密封表面，所述密封表面密封所述燃料電池板和另一燃料電池部件之間的界面。粘合薄膜構(gòu)造成固定到所述燃料電池板的與所述注塑密封件相反的另一偵U。來自所述注塑密封件的熱能熔化所述粘合薄膜。
[0006]示例燃料電池組件包括以疊置關(guān)系設(shè)置的陽極板和陰極板。粘合薄膜構(gòu)造成將所述陽極板固定到所述陰極板。注塑密封件定位靠近所述陽極板、所述陰極板、或者所述陽極板和所述陰極板二者。所述注塑密封件具有構(gòu)造成密封靠在另一燃料電池部件上的密封表面。
[0007]各個(gè)特征和優(yōu)勢(shì)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說通過下述詳細(xì)說明將變得顯而易見。伴隨該詳細(xì)說明的附圖可簡要地描述如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1示出了示例電池堆組件的示意圖。
[0009]圖2示出了在圖1的電池堆組件內(nèi)的燃料電池的分解前視圖。
[0010]圖3示出了圖2的燃料電池的分解后視圖。
[0011]圖4示出了用于圖1的電池堆組件的歧管的分解圖。
[0012]圖5是沿圖2的線4-4截取的截面圖。
[0013]圖6是沿圖3的線5-5截取的截面圖，示出了在模具內(nèi)的圖2的燃料電池的選定的未按比例繪制的部分。
[0014]圖7是示出了模具內(nèi)的另一示例燃料電池的選定部分的截面圖。
[0015]圖8是示出了模具內(nèi)的又一示例燃料電池的選定部分的截面圖。[0016]圖9是示出了模具內(nèi)的再一示例燃料電池的選定部分的截面圖。
[0017]圖10是示出了模具內(nèi)的另外示例燃料電池的選定部分的截面圖。
[0018]圖11示出了用于固定圖2的燃料電池的部件的示例方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]參考圖1-5，示例燃料電池堆組件(CSA) 10包括與多個(gè)其他燃料電池12a和12b以堆疊關(guān)系布置的燃料電池12。在該示例中，壓力板13將燃料電池12-12b夾持在CSA 10內(nèi)。螺栓(未示出)在一個(gè)示例中被用于向CSA 10的燃料電池施加夾持力。
[0020]示例燃料電池12包括組合電極組件(UEA)14，其具有聚合物電解質(zhì)膜(PEM)。UEA14在被供應(yīng)有燃料和氧化劑時(shí)以已知的方式提供電能。
[0021]示例燃料電池12包括雙極板，例如向UEA 14供應(yīng)流體形式的燃料和氧化劑的燃料板18和陰極板22。其他燃料電池可包括其他類型的燃料電池流體板和部件。
[0022]在該示例中，燃料板18建立多個(gè)燃料通道26，所述燃料通道構(gòu)造成將諸如烴的燃料傳輸?shù)経EA 14。燃料板18在一些示例中被稱為陽極板。
[0023]在該示例中，陰極板22的一側(cè)建立氧化劑通道30，所述氧化劑通道構(gòu)造成將諸如空氣的氧化劑傳輸?shù)饺剂想姵?2a的UEA。陰極板22的相反側(cè)建立冷卻劑通道34，所述冷卻劑通道構(gòu)造成將冷卻劑傳送跨過燃料板18，所述冷卻劑攜帶來自燃料電池12的熱能。在一些示例中，陰極板22被稱為陰極板。
[0024]示例燃料電池12包括密封組件36，該密封組件遠(yuǎn)離陰極板22的氧化劑通道側(cè)延伸以接觸燃料電池12a的UEA。密封組件36包括被保持在建立于板22內(nèi)的凹槽40內(nèi)的部分。示例密封組件36是熱固性彈性體密封件，例如注塑FKM熱固性彈性體界面密封件。密封組件36包括兩個(gè)分離的L形部分。
[0025]密封件36包括接觸面48，當(dāng)燃料電池12a在CSA 10內(nèi)被堆疊在燃料電池12的上面時(shí)，該接觸面直接接觸燃料電池12a的UEA的朝下表面。在該示例中，接觸面48包括四個(gè)升高的凸起部52，所述凸起部直接接觸燃料電池12a的UEA。
[0026]示例密封組件36當(dāng)與燃料電池12a以堆疊關(guān)系布置時(shí)限制了燃料電池流體(例如，氧化劑)從CSA 10的運(yùn)動(dòng)。
[0027]示例CSA 10是外部帶歧管的。也就是說，多個(gè)外部歧管54被用于將燃料、氧化劑和冷卻劑傳輸?shù)紺SA 10內(nèi)的燃料電池12。在另一示例中，CSA 10是內(nèi)部帶歧管的CSA。
[0028]示例燃料電池12包括粘合薄膜帶56，其將板18的燃料通道側(cè)固定到UEA 14。粘合薄膜56還密封板18和UEA 14之間的界面，以限制燃料電池流體從CSA 10的流動(dòng)。粘合薄膜帶56在該示例中是I形的，并且沿CSA 10的外部橫向邊緣定位。
[0029]示例燃料電池12還包括粘合薄膜帶64，其將板18相對(duì)于板22固定。粘合薄膜64還密封板18和板22之間的界面，以限制燃料電池流體從CSA 10的流動(dòng)。粘合薄膜帶64在該示例中是L形的，并且沿CSA 10的外部橫向邊緣定位。
[0030]示例粘合薄膜56和64是熱塑性彈性體(例如，DYNEON THV?)或通用目的熱塑性薄膜(例如，聚乙烯)。增加粘合薄膜56和64的溫度會(huì)熔化粘合薄膜56和64的部分。熔化部分固化以固定接觸粘合薄膜56和64的部件。
[0031]現(xiàn)參考圖6并繼續(xù)參考圖3，上模68和下模72構(gòu)造成保持板22、粘合薄膜64和板18。上模68和凹槽40限定腔76。在該示例中為彈性體的液態(tài)材料從材料源78通過至少一個(gè)澆道80被注入腔76中。液態(tài)材料在腔76中硬化，以形成密封件36。
[0032]在注塑期間，示例粘合薄膜64被保持在板22和板18之間。一些熱能從密封件36移動(dòng)經(jīng)過板22而到達(dá)粘合薄膜64。該熱能熔化粘合薄膜64，該粘合薄膜然后冷卻并固化以相對(duì)于板18來保持板22。利用來自注塑的熱能來固化粘合薄膜64在單個(gè)注塑步驟中使燃料電池12的多個(gè)部分成一整體。
[0033]在該示例中，將液體材料注塑到腔76中迫使板22朝著板18向下運(yùn)動(dòng)。能理解的是，來自注塑的該壓力可改善板22相對(duì)于板18的粘合。
[0034]參考圖7，在另一示例中，向上指向的密封件136a鄰近于板122注塑，并且向下指向的密封件136b鄰近于板118注塑。在該示例中，上模168和下模172每個(gè)均包括至少一個(gè)澆道180。
[0035]而且，在該示例中，來自密封件136a_136b中的一者或兩者的熱能移動(dòng)到粘合薄膜164以熔化該粘合薄膜164，所述粘合薄膜然后冷卻并固化以相對(duì)于板118來固定板122。該注塑壓力借助在熔化和固化期間壓縮該粘合薄膜164而可以改善板122至板118的粘合。
[0036]參考圖8，在又另一示例中，密封件包括朝上的密封件部236a和朝下的密封件部236b。板222和板218均建立孔84的一部分，該孔在注塑期間將液體材料傳送到密封件部236b。密封件的連接部236c在孔84內(nèi)固化，并且連接朝上的密封件部236a和朝下的密封件部236b。
[0037]在該示例中，來自部分236a、236b和236c中的一個(gè)或多個(gè)熱能移動(dòng)到內(nèi)部粘合薄膜部264a和外部粘合薄膜部264b。該熱能熔化粘合薄膜部264a和264b，這些粘合薄膜部然后冷卻并固化以將板222固定到板218。注塑壓力借助在熔化和固化期間擠壓該粘合薄膜部264a和264b而可以改善板222至板218的粘合。
[0038]要注意，在該示例中，朝上的密封件部分236a和朝下的密封件部分236b相對(duì)于密封件的連接部分236c來說徑向擴(kuò)大。因此，可理解的是，密封件236a-236c和粘合薄膜264a-264b均限制板222和板218之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0039]現(xiàn)參考圖9，在又一示例中，密封件包括朝上的密封件部分336a和延伸部336b。板322建立孔88，當(dāng)延伸部336b固化時(shí)，所述孔保持液體材料。
[0040]示例延伸部336b直接接觸粘合薄膜364。來自朝上密封件部分336a和延伸部336b中的一個(gè)或多個(gè)的熱能中的一些移動(dòng)到粘合薄膜364以熔化該粘合薄膜364，該粘合薄膜然后冷卻并固化以相對(duì)于板318來固定板322。由密封材料施加到粘合薄膜364上的注塑壓力在熔化和固化期間壓縮該粘合薄膜364，這可以改善板122至板118的粘合。
[0041]參考圖10，在又一示例中，上模468和下模472構(gòu)造成保持燃料電池412的多個(gè)部分，例如板422、粘合薄膜464、板418、粘合薄膜456和UEA 414。上模68和上模468中的凹槽440限定腔476。液體材料通過至少一個(gè)澆道480被注入到腔476中。液體材料在腔476中硬化，以形成密封件436。
[0042]在該示例中，來自密封件436的熱能熔化粘合薄膜464和粘合薄膜456。粘合薄膜464固化并且相對(duì)于板418保持板422。粘合薄膜4565固化并且相對(duì)于UEA 414保持板418。在密封件436的注塑期間固化粘合薄膜464和粘合薄膜456在單個(gè)步驟中使燃料電池12 —整體。由密封材料施加的注塑壓力壓縮粘合薄膜464和粘合薄膜456，這可提高粘合薄膜464和456的粘合。
[0043]參考圖11，用于將燃料電池部件相對(duì)于另一燃料電池部件固定的示例方法500包括步驟590:在步驟592，使第一部件與粘合薄膜接觸；以及在步驟594，使第二部件與粘合薄膜接觸。在步驟596，當(dāng)注塑第三部件時(shí)，該方法熔化粘合薄膜。該方法500可在模制工藝期間壓縮粘合薄膜。在一個(gè)示例中，固化第三部件所需的溫度與粘合薄膜的熔化溫度相匹配。
[0044]本公開內(nèi)容的示例描述了熱能從密封件移動(dòng)到粘合薄膜。從本公開內(nèi)容受益的本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，這種描述包括熱能從液體材料(其形成密封件)移動(dòng)到粘合薄膜?？衫斫獾氖牵芊饧驼澈媳∧さ牟牧峡杀贿x擇，使得粘合薄膜的熔化溫度與對(duì)于密封件來說合適的注塑溫度相一致。
[0045]所公開示例的特征包括在單個(gè)制造步驟中模制并粘合燃料電池的板，這減少了用于將密封件應(yīng)用到燃料電池部件的加工和制造時(shí)間。
[0046]前述說明本質(zhì)上是示例性而非限制性的。所公開示例的變形和修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員可以顯而易見。法律保護(hù)范圍可僅通過研究下述權(quán)利要求書來確定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于將粘合薄膜固定到燃料電池部件的方法，所述方法包括: 將粘合薄膜定位鄰近于第一燃料電池部件；以及 利用來自注塑密封件的熱能來熔化所述粘合薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述粘合薄膜在熔化之后固化，以相對(duì)于第二燃料電池部件固定所述第一燃料電池部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述第一燃料電池部件和所述第二燃料電池部件是燃料電池板，并且定位包括將所述粘合薄膜定位在所述燃料電池板之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將所述注塑密封件注入到模具中，所述模具保持所述粘合薄膜和所述燃料電池部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在所述熔化期間利用所述注塑密封件壓縮所述粘合薄膜。
6.一種燃料電池部件裝置，所述燃料電池部件裝置包括: 第一燃料電池板； 在所述燃料電池板的第一側(cè)上的注塑密封件，所述注塑密封件具有密封表面，所述密封表面構(gòu)造成密封所述燃料電池板和另一燃料電池部件之間的界面；以及 粘合薄膜，所述粘合薄膜構(gòu)造成固定到所述燃料電池板的與所述第一側(cè)相反的第二側(cè)，其中，來自所述注塑密封件的熱能至少部分地熔化所述粘合薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所 述的燃料電池部件裝置，其中，所述注塑密封件是熱固性彈性體密封件。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池部件裝置，其中，所述粘合薄膜是熱塑性粘合密封件。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池部件裝置，其中，所述注塑密封件延伸通過所述第一燃料電池板中的孔以接觸所述粘合薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池部件裝置，其中，所述粘合薄膜將所述第一燃料電池板固定到第二燃料電池板。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池部件裝置，其中，所述注塑密封件包括靠著所述第一燃料電池板模制的第一密封件部分以及靠著所述第二燃料電池板模制的第二密封件部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池部件裝置，其中，所述注塑密封件延伸通過所述燃料電池板的孔以及所述第二燃料電池板的孔，所述注塑密封件具有兩個(gè)相對(duì)布置的密封表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池部件裝置，其中，所述粘合薄膜將所述燃料電池板固定到組合電極組件。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池部件裝置，其中，所述粘合薄膜構(gòu)造成在所述注塑密封件的注塑期間固化。
15.一種燃料電池組件，所述燃料電池組件包括: 陽極板； 與所述陽極板以疊置關(guān)系布置的陰極板； 粘合薄膜，所述粘合薄膜構(gòu)造成將所述陽極板緊固到所述陰極板；以及注塑密封件，所述注塑密封件定位在所述陽極板或陰極板中的至少一個(gè)附近，所述注塑密封件具有構(gòu)造成接觸另一燃料電池部件的密封表面，其中，來自所述注塑密封件的熱能熔化所述粘合薄膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燃料電池組件，其中，所述粘合薄膜構(gòu)造成在所述注塑密封件的注塑期間固化。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燃料電池組件，其中，所述注塑密封件具有足夠高以熔化所述粘合薄膜的固化溫度。`
【文檔編號(hào)】H01M8/10GK103460480SQ201180069274
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月15日
【發(fā)明者】K.里奇維, C.J.卡爾內(nèi)瓦列, M.D.哈林頓 申請(qǐng)人:聯(lián)合工藝公司