本發(fā)明涉及電化學(xué)反應(yīng)器的領(lǐng)域，并且尤其涉及用于制造密封部和電化學(xué)反應(yīng)器部件的方法。

背景技術(shù)：

燃料電池是一種電化學(xué)反應(yīng)器，其使得能夠借助燃料和氧化劑之間的氧化-還原反應(yīng)來(lái)由燃料和氧化劑發(fā)電。

離子交換膜燃料電池包括兩個(gè)流體室以及至少一個(gè)將流體室隔開(kāi)的膜，每個(gè)流體室用于各自的反應(yīng)氣體進(jìn)行流通，該膜用于反應(yīng)氣體以離子交換的方式通過(guò)離子交換膜來(lái)進(jìn)行氧化-還原反應(yīng)。被稱為陽(yáng)極室的一個(gè)流體室被用于氣態(tài)燃料的流通，被稱為陰極室的一個(gè)流體室被用于氣態(tài)氧化劑的流通。

當(dāng)燃料電池處于活性狀態(tài)時(shí)，燃料在陽(yáng)極室中沿著轉(zhuǎn)向室的端部的每個(gè)離子交換膜的面流通，并且氧化劑在陰極室中沿著轉(zhuǎn)向陰極室的每個(gè)離子交換膜的面流通。燃料電池由燃料和氧化劑通過(guò)每個(gè)離子交換膜進(jìn)行的氧化-還原反應(yīng)來(lái)發(fā)電。

產(chǎn)生由隔板與離子交換膜的疊組構(gòu)成的燃料電池是可能的，隔板設(shè)有用于反應(yīng)氣體沿著每個(gè)離子交換膜的相對(duì)的面進(jìn)行流通的通道。隔板的陽(yáng)極通道彼此連接以形成陽(yáng)極室，隔板的陰極通道彼此連接以形成陰極室。

必須確保隔板和疊組的膜之間的密封，以避免氣體泄漏。為此，可以提供配備有密封墊圈的板。

然而，由疊組形成的燃料電池可能包括數(shù)十個(gè)隔板和膜。因此，形成密封部可能是令人厭煩的。

此外，密封部必須被制造成具有精確的幾何形狀，以便針對(duì)疊組的確定的壓緊力得到可靠的密封。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一是提出一種用于制造電化學(xué)反應(yīng)器的密封部和部件的方法，該方法實(shí)施容易而且節(jié)約成本，并且該方法使得能夠得到具有精確的幾何形狀的密封部。

為此，本發(fā)明提出了一種用于在電化學(xué)反應(yīng)器部件的面上產(chǎn)生密封部的方法，該電化學(xué)反應(yīng)器部件用于被堆疊以便形成電化學(xué)反應(yīng)器，每個(gè)部件呈板的形式并且具有第一面和相對(duì)的第二面，第一面被設(shè)計(jì)成接納第一密封部并且第二面被設(shè)計(jì)成接納第二密封部，該方法包括：

-使第一密封部成形在部件的第一面上，第一密封部至少部分地被縮聚；

-使第二密封部沉積在部件的第二面上；以及

-通過(guò)壓緊由部件與模制板交替形成的疊組來(lái)使第二密封部成形，每個(gè)模制板具有支承面和模制面，該支承面壓靠一部件的第一面并且包括凹槽，該凹槽被設(shè)計(jì)成以不使第一密封部變形的方式接納預(yù)先形成于所述部件的第一面上的該第一密封部，該模制面壓靠另一部件的第二面并且具有模制表面，該模制表面用于由于壓緊疊組而使沉積在所述另一部件的第二面上的第二密封部成形；以及

-使第二密封部至少部分地縮聚。

在一個(gè)實(shí)施例中，使第一密封部成形包括：

-使第一密封部沉積在部件的第一面上；以及

-通過(guò)壓緊由交替的部件和模制板形成的疊組來(lái)使第一密封部成形，每個(gè)模制板具有支承面和模制面，該支承面壓靠一部件的第二面，該模制面壓靠另一部件的第一面并且具有模制表面，該模制表面用于由于壓緊疊組而使被沉積在所述另一部件的第一面上的第一密封部成形；以及

-使第一密封部至少部分地縮聚。

在一個(gè)實(shí)施例中，相同的模制板被用于使第一密封部的疊組成形和使第二密封部的疊組成形。

在一個(gè)實(shí)施例中，模制板被相對(duì)于部件翻轉(zhuǎn)，以從第一疊組轉(zhuǎn)到第二疊組。

在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)模制板被成型為一體件。

在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)模制板具有芯部，該芯部將墊片支承在模制面上，該墊片被附接在芯部上并且在該墊片之間限定了密封部成形凹槽。

在一個(gè)實(shí)施例中，部件是隔板，該隔板包括被設(shè)計(jì)成限定了反應(yīng)流體流通通道的凹槽。

本發(fā)明還涉及一種用于在電化學(xué)反應(yīng)器部件上產(chǎn)生密封部的模制板，該電化學(xué)反應(yīng)器部件被設(shè)計(jì)成被堆疊以便形成電化學(xué)反應(yīng)器，每個(gè)部件呈板的形式并且被設(shè)置成在部件的第一面和相對(duì)的第二面上接納密封部，模制板具有支承面和模制面，該支承面包括凹槽，該凹槽被設(shè)計(jì)成以不使密封部變形的方式接納預(yù)先形成于部件的、支承面所壓靠的面上的該密封部，該模制面具有模制表面，該模制表面用于使被沉積在部件的、模制面所壓靠的面上的密封部成形。

在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)模制板被成型為一體件。

在一個(gè)實(shí)施例中，模制板具有芯部，該芯部將墊片支承在模制面上，該墊片被附接在芯部上并且在該墊片之間限定了密封部成形凹槽。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀以下僅作為示例提供的并且參照附圖進(jìn)行的說(shuō)明，本發(fā)明和其優(yōu)點(diǎn)將被更好地理解，在附圖中：

-圖1至圖4示出了用于在電化學(xué)反應(yīng)器部件上，更具體地，在隔板上產(chǎn)生密封部的方法的接續(xù)的步驟；

-圖5部分地示出了利用隔板形成的電化學(xué)反應(yīng)器；

-圖6和圖7示出了用于實(shí)施制造方法的模制板。

具體實(shí)施方式

實(shí)施圖1至圖4中所示的制造方法使得能夠通過(guò)在呈板的形式的部件的兩個(gè)相對(duì)的面中的每一個(gè)上形成密封部來(lái)在多個(gè)電化學(xué)反應(yīng)器部件上形成密封部。

如圖1中所示的，電化學(xué)反應(yīng)器部件在這里是雙極隔板2。

每個(gè)隔板2用于被插入到在電化學(xué)反應(yīng)器的疊組中的兩個(gè)離子交換膜之間。

每個(gè)隔板2包括第一面2a和第二面2b，每個(gè)面設(shè)有用于反應(yīng)氣體進(jìn)行流通的通道4a、4b。

第一面2a和第二面2b各自具有密封支承面6a、6b，該密封支承面被設(shè)置成接納密封部，以確保與壓靠該面的離子交換膜或者與相鄰的隔板的密封性。

優(yōu)選地，密封支承面6a、6b位于隔板2的周緣處并且包圍反應(yīng)氣體流通通道4a、4b，以便提供在該反應(yīng)氣體流通通道周?chē)拿芊?。第一?a和第二面2b各自具有在一條或數(shù)條封閉的線路周?chē)由斓拿芊庵С忻?，以在隔?上限定密封區(qū)域。

第一面2a和第二面2b各自具有密封凹槽8a、8b，以接納密封部，密封支承面6a、6b被設(shè)置在密封凹槽8a、8b的底部。替代地，密封支承面6a、6b不被設(shè)置在凹槽的底部。

該制造方法利用數(shù)個(gè)相同的模制板10來(lái)實(shí)施。

每個(gè)模制板10包括模制面12和支承面14。

模制面12設(shè)有模制表面16，該模制表面被設(shè)置成與被沉積在隔板2的、模制板10的模制面12所壓靠的面上的密封部發(fā)生接觸。

由于將模制板10壓靠隔板12，所以模制表面16被設(shè)置成使密封部成形為具有精確的幾何形狀。模制表面16尤其被設(shè)置成使密封部形成為具有預(yù)定的高度h，優(yōu)選地，該預(yù)定的高度被包含在例如具有+/-幾微米的容限的容限范圍內(nèi)。

在這里，模制面12包括模制凹槽18，模制表面16被設(shè)置在該模制凹槽的底部。

每個(gè)模制板10的支承面14被設(shè)置成支承抵靠隔板2的面，隔板的該面設(shè)有被沉積的、被成形的和至少部分地或完全地被縮聚的密封部，而該支承面不與該密封部發(fā)生接觸。

支承面14包括接納凹槽20，該接納凹槽被設(shè)置成當(dāng)隔板2的、密封部被預(yù)先形成所在的面壓靠模制板10的支承面14時(shí)接納在隔板2的該面上的密封部。接納凹槽20被定位成位于隔板的密封支承面處，并且具有下述尺寸：該尺寸使得接納凹槽20的壁不與在隔板2上預(yù)先形成的密封部干涉。

如圖1所示，模制凹槽18和接納凹槽20被定位成彼此成一直線。模制凹槽18具有的深度p1嚴(yán)格小于接納凹槽20的深度p2。

現(xiàn)在將參照?qǐng)D1至圖4來(lái)描述在隔板上產(chǎn)生密封部的方法。

最初，隔板2的第一面2a和第二面2b沒(méi)有密封部。

在第一步驟(圖1)中，在隔板2的第一面2a上沉積第一密封部22a。第一密封部22a被沉積在第一面2a的密封支承面6a上。

語(yǔ)句“使密封部沉積”在這里是指對(duì)處于使得其能夠被成形的粘性狀態(tài)的密封帶進(jìn)行沉積。密封部被設(shè)為是合成材料的或天然可縮聚材料的。在沉積時(shí)，密封部不被縮聚。

以已知的方式，例如使用具有相對(duì)于隔板可移動(dòng)的注入噴嘴的自動(dòng)機(jī)器以沿著密封支承面6a施加第一密封部22a，來(lái)將第一密封部22a沉積在隔板2上。

其第一面2a設(shè)有未縮聚的第一密封部22a的隔板2被用于形成第一疊組24，在該第一疊組中，隔板2和模制板10交替，模制板10的模制面12壓靠隔板2的第一面2a，并且模制板10的支承面14壓靠隔板2的第二面2b。

優(yōu)選地，隔板2的第一面2a優(yōu)選地被轉(zhuǎn)向上，并且模制板10的模制面12被轉(zhuǎn)向下。

第一疊組24被逐漸制成，一旦第一密封部22a被沉積在每個(gè)隔板2上，則添加該隔板。替代地，在將這些隔板2與交替的模制板10堆疊之前，在數(shù)個(gè)隔板2上沉積第一密封部22a。

由于將模制板的模制面壓靠每個(gè)隔板的第一面，所以模制板的模制表面壓靠沉積在該隔板上的第一密封部。這使得對(duì)密封部進(jìn)行成形。

語(yǔ)句“對(duì)密封部進(jìn)行成形”在這里是指給予密封部所需的幾何形狀，在這里尤其是所需的高度h。如圖1和圖2所示，在這里被成形的密封部在其頂端具有平的部分。

在第三步驟(圖2)中，第一密封部22a至少部分地被縮聚。第一密封部22a僅部分地被縮聚或大致完全被縮聚。第一密封部22a被充分縮聚以便在脫模后保持其幾何形狀。第一密封部22a例如被表面縮聚以保持其幾何形狀，而該第一密封部的芯部不被縮聚。

為了確?？s聚，第一疊組24例如被加熱到確定的溫度以及被加熱確定的時(shí)間長(zhǎng)度(箭頭t)。

優(yōu)選地，壓緊力c(圖2)被施加在第一疊組24上，以使每個(gè)模制板10的模制面12壓靠在其對(duì)面的隔板2的第一面2a。維持壓緊力用以成形并且在縮聚期間維持壓緊力。

在第四步驟(圖3)中，從第一疊組移出每個(gè)隔板2。在隔板2的第二面2b上、更具體地是在第二面2b的密封支承面6b上沉積未縮聚的第二密封部22b。

其第二面2b設(shè)有未縮聚的第二密封部22b的隔板2被用于形成第二疊組26，在該第二疊組中，隔板2與模制板10交替堆疊，模制板10的模制面12壓靠隔板2的第二面2b，并且模制板10的支承面14壓靠隔板2的第一面2a。第一密封部22a被接納在支承面14的接納凹槽20中，而不與模制板10干涉。

在第二疊組26中，隔板2被相對(duì)于第一疊組24翻轉(zhuǎn)，而模制板2未被翻轉(zhuǎn)。

在第二疊組26中，優(yōu)選地，隔板2的第二面2b被轉(zhuǎn)向上，并且模制板10的模制面12被轉(zhuǎn)向下。

由于產(chǎn)生了第二疊組26，所以第二密封部22b被模制板10成形為具有所希望的幾何形狀，并且尤其具有所希望的高度h。

優(yōu)選地，第二疊組承受用于使第二密封部22b成形的壓緊力(箭頭c)。維持壓緊力用以成形并且在縮聚期間維持壓緊力。

由于支承面的接納凹槽，在隔板的第一面上預(yù)先形成的第一密封部在第二疊組中不變形或不承受壓力。因此，該第一密封部保持了在第一疊組中所給予它們的形狀。

一旦產(chǎn)生了第二疊組，則第二密封部被完全縮聚。如果在被應(yīng)用于第一疊組的縮聚結(jié)束時(shí)第一密封部?jī)H被部分地縮聚，則在被應(yīng)用于第二疊組的縮聚期間完成該第一密封部的縮聚。

為了從第一疊組(圖2)轉(zhuǎn)到第二疊組(圖4)，可以通過(guò)下述方式來(lái)逐板地進(jìn)行：將模制板10從第一疊組24轉(zhuǎn)移到第二疊組26而不翻轉(zhuǎn)該模制板，然后取出在第一疊組24中位于下方的隔板2，同時(shí)將第二密封部22b沉積在該隔板的第二面2b上，然后在將該隔板翻轉(zhuǎn)之后將其設(shè)置在第二疊組26上。

使用更少的模制板10、以相同的模制板10來(lái)對(duì)隔板2的第一密封部22a和第二密封部22b進(jìn)行成形，因?yàn)槊總€(gè)模制板10被用于對(duì)在隔板2上的位于一側(cè)的密封部進(jìn)行模制并且被用于支承位于相對(duì)側(cè)的另一隔板2。

更少的模制板10限制了實(shí)施產(chǎn)生方法的加工成本，因?yàn)橛邢迶?shù)量的模制板10滿足需求，以及滿足產(chǎn)生方法自身的實(shí)施需求，因?yàn)閷?duì)模制板10進(jìn)行的操作也是有限的。而且使得模制板10更易于儲(chǔ)存。這對(duì)于產(chǎn)生可能包括數(shù)十個(gè)疊組的隔板2的電化學(xué)反應(yīng)器是特別有利的。

制造方法可以被有效地實(shí)施，尤其是從第一疊組轉(zhuǎn)到第二疊組。

此外，可以通過(guò)更好地掌握縮聚時(shí)間來(lái)制成密封部。以接近的或相同的縮聚時(shí)間來(lái)產(chǎn)生所有的第一密封部，并且以接近的縮聚時(shí)間來(lái)產(chǎn)生所有的第二密封部。

優(yōu)選地，當(dāng)轉(zhuǎn)到沉積第二密封部22b并形成第二疊組26時(shí)，在第一疊組24中第一密封部22a僅被部分地縮聚。這使得限制一方面的第一密封部22a與另一方面的第二密封部22b的縮聚時(shí)間的差。

每個(gè)隔板2的第一密封部22a和第二密封部22b是相同的。該第一密封部和第二密封部沿著相同的線或多條線延伸并且具有相同的截面幾何形狀。每個(gè)隔板2的第一密封部22a和第二密封部22b由相同的模制板10的模制面12形成。

如圖5所示，離子交換膜電化學(xué)反應(yīng)器30包括疊組32，在該疊組中，隔板2和膜/電極組件34交替。

每個(gè)膜/電極組件34(也被稱為eme)包括被夾在兩個(gè)電極38之間的離子交換膜36。每個(gè)膜/電極組件34被夾在兩個(gè)隔板2之間。

在這里僅示出了一個(gè)隔板/eme/隔板組件，但在實(shí)踐中疊組32包括多個(gè)這樣的隔板/eme/隔板組件。每個(gè)隔板/eme/隔板組件限定了電化學(xué)反應(yīng)器30的基本電化學(xué)單位40，在實(shí)踐中該電化學(xué)反應(yīng)器包括數(shù)個(gè)該基本電化學(xué)單位。

隔板2的相對(duì)的面的密封部22提供了針對(duì)隔板2之間的反應(yīng)氣體的密封，并且尤其提供了對(duì)用于反應(yīng)氣體的流通通道在這些面上的密封。

膜/電極組件的膜36具有相對(duì)于電極38突出的周緣區(qū)域42。該周緣區(qū)域42被夾在隔板2的相對(duì)的面的密封部22之間，該相對(duì)的面夾持膜/電極組件34。在一個(gè)替代方案中，膜/電極組件的膜沒(méi)有突出的周緣區(qū)域，并且隔板的相對(duì)的面與彼此發(fā)生接觸。

電化學(xué)反應(yīng)器30例如是燃料電池，該燃料電池使得能夠通過(guò)燃料和氧化劑之間的氧化-還原反應(yīng)由燃料和氧化劑來(lái)發(fā)電。替代地，電化學(xué)反應(yīng)器是使得能夠由水和電產(chǎn)生氫氣和二氧化物的電解器。

如圖1至圖4所示，模制板10被制成為材料的一體件。模制板10例如由塑料制成。接納凹槽20可以由對(duì)模制板10進(jìn)行模制產(chǎn)生，該接納凹槽的精確的幾何形狀不是必需的，而優(yōu)選地，通過(guò)機(jī)械加工來(lái)得到模制表面16，以便具有非常精確的幾何形狀。

在圖6中示出的替代方案中，模制板10由支撐板44形成，該支撐板的一個(gè)面限定了模制板的支承面14并且設(shè)有接納凹槽20，另一個(gè)面帶有墊片46，該墊片被附接在支撐板44上并且在該墊片之間限定了模制凹槽18。模制凹槽18的底部由支撐板44的所述另一面形成，該支撐板的所述另一面來(lái)自于至少在模制凹槽18處進(jìn)行的模制或由至少在該模制凹槽處的機(jī)械加工制成，以便具有非常精確的幾何形狀。

在圖7中示出的替代方案中，模制板10包括支撐板48，該支撐板在其兩個(gè)面中的一個(gè)上設(shè)有墊片50、52，以便在一個(gè)面上限定接納凹槽20以及在另一個(gè)面上限定模制凹槽18。

對(duì)圖1至圖4的產(chǎn)生方法進(jìn)行了描述以在隔板上產(chǎn)生密封部。該產(chǎn)生方法可應(yīng)用于呈板的形式的其它電化學(xué)反應(yīng)器部件。例如，作為對(duì)被制造在隔板上的密封部的替代或補(bǔ)充，該制造方法可應(yīng)用于離子交換膜，以在離子交換膜上形成密封部。