燃料电池堆和用于组装该燃料电池堆的方法
【专利说明】燃料电池堆和用于组装该燃料电池堆的方法
[0001]本公开涉及燃料电池领域，并且尤其涉及燃料电池组件和组装燃料电池堆的方法。
[0002]用于燃料电池的电极或隔板(即以阳极或阴极板的形式)需要满足严格的要求以避免或除去任何污染，并且通常在所述板被组装到燃料电池堆中之前需要应用一系列不同的处理步骤。可能需要各种类型的涂覆和其他表面处理。鉴于燃料电池组件的批量生产需要对大量的此类板进行快速连续处理，需要能够精确、经济并且可重现地制备和组装燃料电池的解决方案。
[0003]根据本发明的第一方面，提供燃料电池组件的条带，所述条带包括:
[0004]在第一方向隔开的多个燃料电池组件；
[0005]连接到所述多个燃料电池组件的索引结构，所述索引结构被配置成在所述第一方向限定所述多个燃料电池组件中的一个的位置；
[0006]其中所述索引结构包括与所述多个燃料电池组件不同的材料。
[0007]所述索引结构可允许燃料电池组件在燃料电池堆内建立点的定位能够更容易、更可复制或更可靠地进行。提供所述索引结构还允许保持在载体上的燃料电池子组件至燃料电池板的传送更容易、更可复制或更可靠地进行。提供不同材料的索引结构允许更便宜生产燃料电池堆，因为索引材料不需要从与燃料电池板相同的材料(一般是昂贵的材料)制成。因此，燃料电池组件不需要包括对条带建立索引的装置，因为索引功能由不同材料的索引结构提供。可选地，不同材料的索引结构为条带单独提供至少部分条带在第一方向的索引功能。
[0008]所述索引结构可释放地或可释放地连接到多个燃料电池组件。所述索引结构的可释放或可分离连接可以帮助向燃料电池板提供不同材料的索引结构。
[0009]多个燃料电池组件可以包括多个燃料电池组合件。燃料电池组合件可以包括燃料电池板。多个燃料电池组件可以包括:按顺序在第一方向延伸的第一端板、多个燃料电池组合件和第二端板。在索引材料上提供端板可以进一步简化燃料电池堆的组装过程。
[0010]索引结构可包括多个缺口或孔，其用于与索引器接合以限定多个燃料电池组件中的一个的位置。
[0011]索引结构可以通过至少一个点焊被连接到多个燃料电池组件。
[0012]索引结构可以包括在毗连的燃料电池组件之间的横向折叠区。
[0013]索引结构可以包括彼此绝缘的多个导电轨。
[0014]根据本发明的另一方面，有一种包括如上面所定义的燃料电池组件的折叠条带的燃料电池堆。
[0015]根据本发明的另一方面，提供一种组装燃料电池堆的方法，所述方法包括:
[0016]对根据任何前述权利要求的燃料电池组件的条带建立索引，以便使燃料电池组件定位在构建位置。
[0017]所述方法还可以包括在构建位置从燃料电池组件移除索引结构。
[0018]索引结构可以包括在毗连的燃料电池组件之间的横向折叠区。所述方法还可以包括在横向折叠区折叠索引结构，以便使多个燃料电池组件定位在构建位置。
[0019]根据本发明的另一方面，提供一种用于将燃料电池子组件传送到基板上的组件传送机构，所述组件传送机构包括:
[0020]可转动的滚筒；以及
[0021]绕过所述滚筒并以张力保持的传送带，使得所述滚筒的转动产生所述传送带的移动，其中所述传送带限定被配置成承载所述燃料电池子组件的外表面；
[0022]其中所述组件传送机构在所述滚筒上的所述传送带毗连于所述基板的组件传送位置与所述滚筒上的所述传送带与所述基板隔开的升高位置之间，在第一方向相对于所述基板是可移动的，所述第一方向横向于所述基板的平面；以及
[0023]其中所述可转动的滚筒被配置成可转动，使得当所述组件传送机构处于所述组件传送位置时，所述传送带上的所述子组件被定位在所述滚筒与所述基板之间。
[0024]可转动滚筒可以被配置成在组件传送机构从升高位置移到组件传送位置的同一时间转动。
[0025]组件传送机构在与基板的纵向轴线平行的第二方向相对于所述基板是可移动的，这可以在所述基板上逐渐放下子组件。
[0026]绕滚筒的传送带在第二方向的速度可以比所述基板相对于组件传送机构的速度更快，以便在第二方向提供子组件与条带之间的相对运动。
[0027]滚筒的半径可以足够小，以便促使燃料电池子组件的横向边缘在绕过所述滚筒时从传送带脱离。
[0028]基板可以包括燃料电池组件的条带。燃料电池子组件可以包括层压层，所述层压层包括气体扩散层、第一催化剂层、电极膜和第二催化剂层中的一个或多个。基板可以包括带有孔口的垫圈，所述层压层被放置在所述孔口中。
[0029]根据本发明的又一方面，提供了使用组件传送机构将燃料电池子组件传送到基板的方法，所述组件传送机构包括:
[0030]可转动的滚筒；以及
[0031]绕过所述滚筒并以张力保持的传送带，使得所述滚筒的转动产生所述传送带的移动，其中所述传送带限定被配置成承载所述燃料电池子组件的外表面；
[0032]所述方法包括:
[0033]在所述滚筒上的所述传送带毗连于所述基板的组件传送位置与所述滚筒上的所述传送带与所述基板隔开的升高位置之间，在第一方向相对于所述基板移动所述组件传送机构，所述第一方向横向于所述基板的平面；以及
[0034]转动所述可转动的滚筒，使得当所述组件传送机构处于所述组件传送位置时，所述传送带上的所述子组件被定位在所述滚筒与所述基板之间。
[0035]根据本发明的又一方面，提供了燃料电池组件的条带，所述条带包括绕枢轴可转动地连接到第二子组件的第一子组件，其中所述第一子组件在下列位置之间绕所述枢轴是可转动的:
[0036]与所述条带的平面平行的第一位置；
[0037]离开所述条带的平面的第二位置；以及
[0038]与所述条带的平面平行并且不同于所述第一位置的第三位置。
[0039]第一子组件可以在第一位置在所述条带的平面中毗连于第二子组件。第一子组件可在第三位置重叠第二子组件。
[0040]燃料电池组件的条带还可以包括在第一子组件的第一横向边缘与第二子组件之间的柔性结合区。柔性结合区可以被配置成提供所述枢轴。
[0041]燃料电池组件的条带还可以包括与第一子组件的第二横向边缘相关联的可分离结合区。所述可分离结合区可被配置成将第一子组件可释放地附接至不同的第二子组件。
[0042]根据本发明的另一方面，提供了一种从燃料电池组件的条带组装燃料电池的方法，所述燃料电池组件的条带包括绕枢轴可转动地连接到第二子组件的第一子组件，所述方法包括:
[0043]在横向于所述条带的平面的第一方向向所述第一子组件施加第一力，以便使所述第一子组件从与所述条带的平面平行的第一位置移到离开所述条带的平面的第二位置；以及
[0044]在平行于所述条带的平面的第二方向向所述第一子组件施加第二力，以便使所述第一子组件从所述第二位置移到平行于所述条带的平面并且不同于所述第一位置的第三位置。
[0045]根据本发明的另一方面，提供一种用于从燃料电池组件的条带组装燃料电池的设备，所述设备包括:
[0046]第一力施加器，其被配置成在横向于所述条带的平面的第一方向向第一子组件施加第一力，以便使所述第一子组件从平行于所述条带的平面的第一位置移到离开所述条带的平面的第二位置；以及
[0047]第二力施加器，其被配置成在平行于所述条带的平面的第二方向向所述第一子组件施加第二力，以便使所述第一子组件从所述第二位置移到平行于所述条带的平面并且不同于所述第一位置的第三位置。
[0048]所述设备还可以包括被配置成将第一子组件的第二横向边缘从相邻的第二子组件分离的分离器。
[0049]第一力施加器可以是推杆。第二力施加器可以是滚筒。
[0050]根据本发明的另一方面，提供用于组装燃料电池的设备，所述设备包括:
[0051]输送机，其用于在与燃料电池组件的条带的纵向轴线平行的第一方向移动所述燃料电池组件的条带，以便使所述燃料电池组件的条带的子组件接收部定位在构建点；
[0052]组件应用机构，其用于在所述构建点将子组件应用到所述燃料电池组件的条带的所述子组件接收部的底面。
[0053]所述组件应用机构可以包括推杆，所述推杆被配置成将所述子组件从与所述燃料电池组件的条带隔开的第一位置移到所述子组件与所述燃料电池组件的条带的底面上的粘合表面接触的第二位置。
[0054]所述设备可以包括用于接收多个子组件的暗盒。所述组件应用机构可以被配置成向在所述暗盒中的底部子组件施加力，以便使在所述暗盒中的顶部子组件平移到第二位置。
[0055]所述组件应用机构可以被配置成向位于袋状带中的子组件施加力，以便使所述子组件平移到第二位置。所述组件应用机构可以包括推杆和用于对所述袋状带横向建立索引的机构。
[0056]所述设备还可以包括支撑块，其在与所述燃料电池组件的条带的上表面隔开的第一位置和毗连于所述燃料电池组件的条带的上表面的第二位置之间是可移动的，使得在第二位置的支撑块被配置成在所述子组件被应用于所述燃料电池组件的条带的底面时防止所述燃料电池组件的条带移动。
[0057]根据本发明的另一方面，提供一种组装燃料电池的方法，所述方法包括:
[0058]在与燃料电池组件的条带的纵向轴线平行的第一方向移动所述燃料电池组件的条带；以及
[0059]向所述燃料电池组件的条带的底面应用子组件。
[0060]还公开了燃料电池组件的另一条带。所述条带包括:
[0061]在第一方向隔开的多个燃料电池组件，所述多个燃料电池组件包括第一表面；
[0062]连接到所述多个燃料电池组件的支撑结构，所述支撑结构包括在毗连的燃料电池组件之间的两个横向折叠区，使得所述支撑结构是可折叠的，以便所述多个燃料电池组件的第一表面在折叠所述支撑结构时在相同方向面对。
[0063]所述多个燃料电池组件中的每个燃料电池组件可以被认为包括共同的第一表面。所述多个燃料电池组件的第一表面可以在所述条带的第一表面上。
[0064]在毗连的燃料电池组件之间的支撑结构的两个横向折叠区可以确保多个毗连燃料电池组件的第一表面在折叠所述支撑结构时在相同方向面对。
[0065]提供在折叠该支撑结构时能使所有电池在相同方向面对的所述支撑结构提供了简化制造燃料电池的方法。可避免堆内的各个燃料电池组件的单独定位。
[0066]所述燃料电池组件可以包括气体扩散层或膜电极组合件中的一个或多个。
[0067]所述支撑结构可释放地或可分离地连接到所述多个燃料电池组件。提供可释放或可分离的支撑材料允许更有效的制造方法，因为所述支撑可使用更便宜的牺牲材料来生产，并且不需要由与燃料电池相同的材料来制造。
[0068]所述燃料电池组件可以是大致平面的。
[0069]所述多个燃料电池组件可以包括多个燃料电池组合件和多个间隔组件。间隔组件可以设置在毗连的燃料电池组件之间。另选地，多个燃料电池组件可以包括多个燃料电池组合件和多个空隙。空隙可以设置在毗连的燃料电池组件之间。所述间隔组件、空隙和燃料电池组合件可以在第一方向是类似的长度。
[0070]多个燃料电池组件可以包括多个燃料电池组合件。所述支撑结构可以包括在毗连的燃料电池组合件之间的两个横向折叠区。
[0071]所述多个燃料电池组件每个可以包括与第一表面相对的第二表面。所述支撑结构可以是可折叠的，使得当折叠所述条带时，所述燃料电池组件的第一表面面向毗连燃料电池组件的第二表面。
[0072]所述支撑结构可以被连接到所