低成本燃料电池部件的制作方法
【技术领域】
[0001]燃料电池反应物和冷却剂流场板被挤压成具有直的流动通道槽，或者具有由排式铣削或轴式铣削而提供的直槽，由旋转模具、冲压、或通过浸渍流动通道限定而形成多层。
【背景技术】
[0002]质子交换膜(PEM)燃料电池已经有利地设有多孔的、亲水性反应物气体流场板，通常设有具有冷却剂流场通道的燃料或氧化剂反应物气体板，所述冷却剂流场通道被设置为从与其中形成有反应物气体流场槽的表面相对的表面向内延伸的槽。这些被称为水传输板。在许多情况下，形成流场的槽被成型成提供多种操作对象。提供具有足够尺寸公差的成型槽要求端部铣削或者类似的工艺，所述工艺是费时且昂贵的。在与反应物槽相对的流场板的侧面上提供冷却剂槽也要求采用端部铣削以保证精确的深度和定位。
[0003]多孔的亲水性反应物和冷却剂流动板的使用已经被证明特别有利于在燃料电池中提供能量以驱动电动车辆。但相比于其他燃料电池应用，在常用车辆中的应用受到极限成本的限制。
[0004]目前对电动车辆供电的燃料电池的成本中的一大比例是制备反应物和/或冷却剂流场板的成本。
【发明内容】
[0005]利用省去了对端部铣削或其他昂贵制造步骤的需求的工艺来提供反应物和/或冷却剂流场板。本文的一个具体的降低成本的方案是采用在其中仅挤出用于流动通道的直槽的流场板，或者对平板采用排式或轴式铣削进行开槽而形成流动通道，利用疏水冷却剂通道为界浸渍透水的流场板，或者利用旋转模具冲压部件以形成冷却剂流动的空隙或波纹。
[0006]在一个实施例中，燃料流动板通过挤出平坦多孔的亲水性碳质片材制成，要么a)具有由挤压模具提供的流场通道，要么b)挤出为平坦的，随后排式或轴式铣削出通道。长片材被挤压和/或铣削，然后切成适当的大小以便在指定的燃料电池中使用。
[0007]在另一个实施例中，氧化剂流场类似地被挤压出在挤压模具中提供的通道，或者为长的平板，随后排式或轴式铣削形出直的流场。此后，具有直的流场的挤出和/或铣削的片材被以一定角度被修整以提供连续的元件，所述元件具有相对于每一件的流动通道处于标称角度的边缘，从而容纳冷却剂流动通道。
[0008]在另一个实施例中，冷却器板通过旋转模具制成，切割出两层:一层提供空隙以形成直的冷却剂流动通道，另一层提供空隙以形成入口和出口集管通道，两个层在就位以供使用时被叠置。在该实施例的一种替换实施例中，两个层可以在被应用至燃料电池堆之前结合到一起。
[0009]在另一个实施例中，冷却器板通过以波纹形式冲压金属片材制成，以便提供冷却剂通道，所述冷却剂通道在冷却器板被插入两个反应物流动表面之间时向所述二者开放。
[0010]在另一个实施例中，冷却剂流场板通过利用诸如聚合物的疏水材料浸渍碳质多孔亲水衬底制成，从而在衬底中划定通道，从而根据需要引导水或其它冷却剂的流动。
[0011]如附图所示，通过以下示范性实施例的详细描述将更加清楚其他的变型。
【附图说明】
[0012]图1是挤压的多孔亲水性碳质衬底材料的细长条的简化平面图，其中通过挤压模具或是在以平坦形式挤压后通过排式铣削或轴式铣削形成直的燃料流动通道。
[0013]图2是适合用作多个氧化剂反应物气体流场板的多孔亲水性碳质衬底材料的细长片材的简化平面图，示出了对其进行切割的方式，所述片材被挤出形成反应物流动通道的直槽，或者具有在被挤压平坦之后经排式铣削或轴式铣削形成的直槽。
[0014]图3是多孔亲水性冷却剂板的平面图，其中冷却剂流动路径由疏水屏障形成，所述疏水屏障例如浸渍于其中的聚合物。
[0015]图4是通过在固体片材上冲压出供冷却剂流动的空隙而形成的冷却器板的一个层的平面图。
[0016]图5是图4的冷却器板的第二层的平面图，其带有在固体片材上冲压出的形成入口和出口集管通道的空隙。
[0017]图6是冲压的波纹形冷却器板的简化截面图，其向燃料流场板和氧化剂流场板二者提供冷却剂通道。
【具体实施方式】
[0018]现在参照图1，多孔亲水碳质材料的细长片材17包括由脊部19分开的直槽18，其要么通过在挤压过程中采用挤压模具形成于该细长片材中，要么通过片材17在挤压成平面形状后通过排式铣削或轴式铣削形成于该细长片材中。所述槽为直线型允许其在挤压过程中成型，而且允许使用高速低成本的排式铣削或轴式铣削形成所述槽。片材17随后沿虚线21采用任何合适的工艺例如旋转切片或端部铣削相对于槽28被垂直地切割，以形成多个单独的燃料流场板22。
[0019]在图2中，细长的多孔亲水性碳质片材25具有多个由脊部29分开的直槽28，其在挤压过程中形成于所述片材中，或者在片材以平坦形式被挤压后通过排式铣削或轴式铣削形成。此后，片材25可以相对于槽28以一定角度被切割成多个单独的氧化剂流场板32，如由虚线33所示。即使槽28可能需要相比于每个氧化剂流场板32的边缘35处于一定角度，这也是容易实现的，即:首先通过排式或轴式铣削或挤压来形成具有直槽的细长片25，随后相对于槽以一定角度切割流场。
[0020]如果在燃料电池堆的任何【具体实施方式】中适用的话，冷却器板可以通过带有或不带有如上文参照图1和图2所述的附加铣削的挤压来形成。
[0021]图3示出冷却器板39，其中区域40浸渍有疏水材料，例如PTFE或其它聚合物。浸渍区域的疏水性引导冷却剂从入口 47进入通路42-44到出口 49。根据现有技术，疏水冷却剂通道边界可以通过首先施加合适的掩模来容易地形成，其可以是代表大量冷却器板的掩模，此后，可以将合适的聚合物覆盖或喷涂于掩蔽材料，然后如果在任何情况下必要时在压力下加热至高于聚合物的熔点，然后同时仍然处于压力之下冷却至聚合物的固化温度。
[0022]冷却器板的另一种形式被示于图4和5。在图4中，第一冷却剂流动通道层51具有从其冲压穿过的冷却剂通道空隙52。该层51可以是在燃料电池中通常使用的薄的不锈钢、镍或其它合适的金属，或者不透水的碳质片材。冲压还提供冷却剂入口空隙54和冷却剂出口空隙56。冷却器板的第二层59通过冲压空隙以创建冷却剂入口集管61和冷却剂出口集管62来提供。当图5的层59并置于图4的层51上时，形成冷却器板。这两个层可以粘合在一起，诸如通过任何形式的粘接，或者可以在燃料电池堆的组装中被简单地并列设置。
[0023]冷却器板65的另一种简单形式被示于图6。将板65冲压成波纹形状，其提供与多孔亲水性阴极流场板70相邻的冷却剂流动通路68以及与多孔亲水阳极流场板75相邻的冷却剂通路73。波纹的端部可以是卷曲的，或者其可以填