用于制作燃料電池構(gòu)件的組件和使用該組件的方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001 ] 燃料電池對(duì)基于電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)電是有用的。促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)涉及控制諸如氫和氧的反應(yīng)物在電池堆組件內(nèi)如何流動(dòng)以及于何處流動(dòng)。在磷酸燃料電池的情形中，利用另外的措施來(lái)控制磷酸在電池堆組件內(nèi)位于何處。
[0002]已經(jīng)使用或提出了各種方法來(lái)在電池堆組件內(nèi)維持對(duì)流體的位置或移動(dòng)的控制，諸如防止反應(yīng)氣體泄漏。雖然這些方法中的一些已被證實(shí)是有效的，但這些方法并非在所有類(lèi)型的燃料電池中都有用，并且它們可能具有局限性和缺陷，諸如在某些情況下過(guò)于昂貴、勞動(dòng)密集或不可靠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)示例的實(shí)施例，燃料電池構(gòu)件制造組件包括支架部件，該支架部件構(gòu)造成位于鄰近燃料電池構(gòu)件處，以提供對(duì)構(gòu)件的支撐。支架部件具有與構(gòu)件的周緣相對(duì)應(yīng)的周緣。壓板部件具有與支架部件的至少一部分相對(duì)應(yīng)的構(gòu)造，以便緊靠構(gòu)件的一部分被接納。壓板部件的溫度是可控制的，以達(dá)到位于鄰近壓板部件處的材料的期望的溫度。壓板部件具有比構(gòu)件的表面面積小的表面面積，使得僅構(gòu)件的部分受到由將壓板部件和支架部件與支架部件和壓板部件之間的構(gòu)件一起推動(dòng)的力造成的壓力。
[0004]根據(jù)示例的實(shí)施例，制作燃料電池構(gòu)件的方法包括使至少一個(gè)包括聚合物的聚合物膜層位于緊靠可滲透的構(gòu)件層處。聚合物膜層和可滲透的構(gòu)件層位于支架部件與壓板部件之間。支架部件具有與構(gòu)件層的周緣相對(duì)應(yīng)的周緣。壓板部件具有與聚合物膜層的構(gòu)造相對(duì)應(yīng)的構(gòu)造。壓板部件具有比構(gòu)件層的表面面積小的表面面積。提高至少壓板部件的溫度以由此使聚合物熔融。將支架部件和壓板部件朝向彼此推動(dòng)，以將壓力施加于接納在支架部件與壓板之間的構(gòu)件層的部分和聚合物。構(gòu)件層的部分浸漬著熔融后的聚合物以由此在構(gòu)件層上建立區(qū)域，該區(qū)域耐受穿過(guò)區(qū)域的流體的流動(dòng)。
[0005]從以下詳細(xì)描述，至少一個(gè)公開(kāi)的示例的實(shí)施例的各種特征和優(yōu)點(diǎn)將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)。能夠如下簡(jiǎn)略地描述附隨詳細(xì)描述的圖。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1示意性地示出示例的磷酸燃料電池構(gòu)件。
[0007]圖2示意性地示出用于制造諸如圖1的示例的燃料電池構(gòu)件的示例的組件。
[0008]圖3示意性地顯示用于使用諸如在圖2中顯示的組件來(lái)制作圖1的示例的構(gòu)件的多個(gè)層。
[0009]圖4示意性地顯示用于制作諸如圖1的示例的燃料電池構(gòu)件的示例的過(guò)程的一部分。
[0010]圖5示意性地顯示示例的過(guò)程的另一部分。
[0011]圖6示意性地顯示用于制作燃料電池構(gòu)件的另一示例的組件。
【具體實(shí)施方式】
[0012]圖1示意性地顯示燃料電池構(gòu)件20。可滲透的構(gòu)件基底層22包括浸漬著聚合物的區(qū)域24。在本示例中，區(qū)域24沿著構(gòu)件層22的邊緣建立密封件。區(qū)域24耐受穿過(guò)區(qū)域24的諸如磷酸或任何反應(yīng)氣體的流體的流動(dòng)。示例的構(gòu)件20可以包括電極、氣體擴(kuò)散層以及催化劑層中的至少一個(gè)。
[0013]圖2示意性地顯示對(duì)制作諸如圖1的示例的燃料電池構(gòu)件有用的組件30。支架部件32具有與構(gòu)件20的構(gòu)造相對(duì)應(yīng)的構(gòu)造，在本示例中，支架部件32的構(gòu)造是矩形。在包括使用組件30來(lái)建立區(qū)域24的過(guò)程的期間，支架部件32為構(gòu)件提供支撐。壓板部件34選擇性地位于支架部件32附近。在一個(gè)示例中，支架部件32和壓板部件34是壓機(jī)的一部分。
[0014]壓板部件34具有與燃料電池構(gòu)件20上的區(qū)域24的構(gòu)造相對(duì)應(yīng)的構(gòu)造。在圖2的示例中，壓板部件34具有矩形框架狀構(gòu)造。壓板部件34的中心部分開(kāi)口。采用這樣的構(gòu)造，隨著壓板部件34和支架部件32朝向彼此推動(dòng)，僅構(gòu)件層22的包括區(qū)域24的豎著的部分受到壓力。
[0015]示例的布置的一個(gè)特征是，構(gòu)件層22的未受到壓力的部分將不被改變或另外受到用于在構(gòu)件20上建立區(qū)域24的過(guò)程的負(fù)面影響。例如，在出于使聚合物熔融(如下面說(shuō)明的)的目的而加熱壓板部件34時(shí)，構(gòu)件層22的將位于壓板部件34的中心開(kāi)口內(nèi)的部分不暴露于這樣的壓力和熱。示出的布置允許使用組件30來(lái)加工的構(gòu)件中的更好的一致性，并且降低在過(guò)程的期間負(fù)面地影響構(gòu)件層22的任何風(fēng)險(xiǎn)。
[0016]圖3示意性地顯示可以放置在支架部件32與壓板部件34之間的層的示例的布置。構(gòu)件基底層22位于各聚合物膜層40之間?？捎米骶酆衔锬?0的示例的材料包括都可從商業(yè)上得到的PEEK "*和Teflon ?。一個(gè)示例中的聚合物膜層40包括在低于大約220° C的溫度而不潤(rùn)濕且熱穩(wěn)定的高熔融流率(例如，按照ASTM D2116計(jì)量為0.25g/10分鐘)聚合物。該聚合物還在化學(xué)上耐受磷酸。
[0017]如圖4和圖5中所示，使用用于制作燃料電池構(gòu)件20的組件30的示例的過(guò)程包括使基底層22與聚合物膜層40 —起位于支架部件32與壓板部件34之間。在本示例中，包括離型膜44以使最后的構(gòu)件20與支架部件32和壓板部件34的分離更容易。
[0018]如果圖4中顯示的各種層都包括在支架部件32和壓板部件34之間，并且這些部件被一起拉入圖4中顯示的位置，則圖4的透視圖與大體上對(duì)應(yīng)于沿著圖2中的線4-4的視圖的橫截面圖示相對(duì)應(yīng)。
[0019]在本示例中，支架部件32和壓板部件34各自被加熱以將膜層40的聚合物的溫度提高至使聚合物熔融的點(diǎn)。用于將支架部件32和壓板部件34 —起推動(dòng)的壓力將熔融后的聚合物壓縮至基底層22中，以建立浸漬區(qū)域24。如在圖5中能夠了解到的，在本示例中由支架部件32和壓板部件34施加的壓力僅施加于構(gòu)件層22的建立區(qū)域24的面積上。在示例的方法的期間，構(gòu)件層22的不包括聚合物的浸漬的電化學(xué)有效部分(也被稱為有效面積)未受到任何壓力或熱處理。
[0020]圖2的示例在構(gòu)件層22的整個(gè)周緣將包括密封件或不可滲透磷酸的區(qū)域24時(shí)是有用的。在一些情形下，期望在構(gòu)件基底層22的少于全部的邊緣上提供浸漬著聚合物的區(qū)域24。圖6是對(duì)沿著構(gòu)件層22的三條邊緣建立區(qū)域24有用的壓板部件34的示例的布置的圖示。圖6的示例中的壓板部件34具有帶有對(duì)應(yīng)于構(gòu)件基底層22的三條邊緣的三條邊緣的大體上U形的構(gòu)造。在包括圖6的組件的示例中使用的聚合物膜層還具有與壓板部件34的構(gòu)造相對(duì)應(yīng)的三面的或大體上U形的構(gòu)造。
[0021]公開(kāi)的示例的組件和技術(shù)允許以降低與使基底材料暴露于熱、壓力或兩者相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)的有成本效益的且高效的方式沿著燃料電池構(gòu)件基底的所選擇的部分建立密封件或流體屏障。
[0022]先前的描述本質(zhì)上是說(shuō)明性的，而不是限制性的。對(duì)所公開(kāi)的示例的變型和修改可以對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)，這些變型和修改不一定背離對(duì)通過(guò)所公開(kāi)的示例而提供的技術(shù)的貢獻(xiàn)的本質(zhì)。僅能夠通過(guò)研究所附權(quán)利要求來(lái)確定提供給本發(fā)明的法律保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燃料電池構(gòu)件制造組件，包括: 支架部件，其構(gòu)造成位于鄰近所述燃料電池構(gòu)件處以提供對(duì)所述構(gòu)件的支撐，所述支架部件具有與所述構(gòu)件的周緣相對(duì)應(yīng)的周緣；以及 壓板部件，其具有與所述支架部件的至少一部分相對(duì)應(yīng)的構(gòu)造，以便緊靠所述構(gòu)件的一部分被接納，所述壓板部件的溫度是可控制的，以達(dá)到位于鄰近所述壓板部件處的材料的期望的溫度，所述壓板部件具有比所述構(gòu)件的表面面積小的表面面積，使得僅所述構(gòu)件的部分受到由將所述壓板部件和所述支架部件與所述支架部件和所述壓板部件之間的所述構(gòu)件一起推動(dòng)的力造成的壓力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述壓板部件具有矩形構(gòu)造。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其特征在于，所述支架部件具有矩形構(gòu)造。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組件，其特征在于，所述矩形構(gòu)造是相同的。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述壓板部件具有大體上U形的構(gòu)造。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組件，其特征在于， 所述支架部件具有矩形構(gòu)造； 所述支架部件具有比所述構(gòu)件的所述表面面積小的表面面積；以及 所述壓板部件的三個(gè)側(cè)邊定位成與所述支架部件的三個(gè)側(cè)邊對(duì)準(zhǔn)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述壓板部件構(gòu)造與所述構(gòu)件的至少一個(gè)邊緣相對(duì)應(yīng)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組件，其特征在于，所述壓板部件具有與所述構(gòu)件中的每個(gè)邊緣相對(duì)應(yīng)的部分。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述構(gòu)件包括電極、氣體擴(kuò)散層以及催化劑層中的至少一個(gè)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述支架部件的溫度是可控制的，以達(dá)到位于鄰近所述支架部件處的材料的期望的溫度。11.一種制作燃料電池構(gòu)件的方法，包括如下步驟: 使至少一個(gè)聚合物膜層位于緊靠可滲透的構(gòu)件層處； 使所述至少一個(gè)聚合物膜層和所述可滲透的構(gòu)件層位于支架部件與壓板部件之間，其中所述支架部件具有與所述構(gòu)件層的周緣相對(duì)應(yīng)的周緣，所述壓板部件具有與所述聚合物膜層的構(gòu)造相對(duì)應(yīng)的構(gòu)造，并且所述壓板部件具有比所述構(gòu)件層的表面面積小的表面面積； 提高至少所述壓板部件的溫度以由此使所述聚合物熔融； 將所述支架部件和所述壓板部件朝向彼此推動(dòng)，以將壓力施加于接納在所述支架部件與所述壓板之間的所述構(gòu)件層的部分和所述聚合物；以及 使所述構(gòu)件層的所述部分浸漬著所述熔融后的聚合物，以由此在所述構(gòu)件層上建立區(qū)域，該區(qū)域耐受穿過(guò)所述區(qū)域的流體的流動(dòng)。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于， 所述構(gòu)件層具有矩形構(gòu)造；以及 所述壓板部件具有與所述構(gòu)件層的所述矩形構(gòu)造相對(duì)應(yīng)的矩形構(gòu)造。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述支架部件具有矩形構(gòu)造。14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述聚合物膜層和所述壓板部件各自具有大體上U形的構(gòu)造。15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述壓板部件構(gòu)造與所述構(gòu)件中的至少一個(gè)邊緣相對(duì)應(yīng)。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述聚合物膜層和所述壓板部件各自具有與所述構(gòu)件中的每個(gè)邊緣相對(duì)應(yīng)的部分。17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述構(gòu)件包括電極、氣體擴(kuò)散層以及催化劑層中的至少一個(gè)。18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述聚合物膜層包括在低于大約220° C的溫度而不潤(rùn)濕且熱穩(wěn)定的高熔融流率聚合物。19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，包括使第一聚合物膜層位于緊靠所述構(gòu)件層的一側(cè)并使第二聚合物膜層位于緊靠所述構(gòu)件層的相反地面向的一側(cè)。
【專利摘要】根據(jù)示例的實(shí)施例，燃料電池構(gòu)件制造組件包括支架部件，該支架部件構(gòu)造成位于鄰近燃料電池構(gòu)件以提供對(duì)構(gòu)件的支撐。支架部件具有與構(gòu)件的周緣相對(duì)應(yīng)的周緣。壓板部件具有與支架部件的至少一部分相對(duì)應(yīng)的構(gòu)造以便緊靠構(gòu)件的一部分被接納。壓板部件的溫度是可控制的，以達(dá)到位于鄰近壓板部件處的材料的期望的溫度。壓板部件具有比構(gòu)件的表面面積小的表面面積，使得僅構(gòu)件的部分受到由將壓板部件和支架部件與支架部件和壓板部件之間的構(gòu)件一起推動(dòng)的力造成的壓力。
【IPC分類(lèi)】H01M4/86, H01M8/24, H01M8/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105164839
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380073384
【發(fā)明人】M.漢德?tīng)柾郀?
【申請(qǐng)人】百拉得動(dòng)力系統(tǒng)公司
【公開(kāi)日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2013年2月19日
【公告號(hào)】EP2959526A1, WO2014130009A1