燃料电池隔板的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于燃料电池的隔板(108)，并且特别地，涉及具有用于改善的边缘密封特性的特定几何形状的隔板。本发明的示例性实施例包括具有相对的第一面和第二面(304，305)的燃料电池隔板(308)，隔板具有一系列波纹(301)，该系列波纹在隔板的相对的第一边缘和第二边缘之间延伸并在隔板的相对的第一边缘和第二边缘之间提供气流路径(302)，其中沿着第一面(304)的靠近隔板的第一边缘(303)的波纹的波峰凹进以与相邻的沿着第二面的波纹的波峰共面，以便与第一面(304)相比在第二面(305)上提供更大的接触表面。
【专利说明】燃料电池隔板
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池的隔板，并且具体地，涉及具有用于改善边缘密封特性的特定几何形状的隔板。
【背景技术】
[0002]在开放式阴极燃料电池堆中，气流被引导越过每个燃料电池的阴极侧，以便通常通过扩散层，氧化剂可到达燃料电池的膜电极组件(MEA)的阴极侧。为了在整个电池堆上实现均匀的气流，常见的布置是在电池堆的相对面之间使空气平行地流过电池堆，以便空气从一个边缘至相对边缘流过每个电池。
[0003]在电池堆的每个电池上实现足够程度的气流同时保持电池堆的整体重量为低的方式是通过使用波纹形阴极隔板。这种隔板同时用来形成与燃料电池电解质的阴极侧的电连接和提供气流越过下面的扩散层的路径。
[0004]采用常规波纹形阴极隔板的问题在于，在每个电池的开口边缘处，与下面的电解质层和任何插入的垫片材料仅存在断续的连接。这导致底层例如在电池堆的热循环之间的分离，这最终可能导致泄露。通过将波纹间距形成为较小，可以将与电池的底层的接触之间的间隙形成得较小，但这将具有减小电池上可用的气流路径的体积的效果。减少泄露的可能性的另一个可行的方式是增加围绕燃料电池的有源区域的装有垫片区域的宽度。然而，这将减小电池的有源区域的比例，并且从而降低电池的效率。这对较小形式的燃料电池堆来自特别成问题，其中边缘垫片区域通常将形成整个电池区域的较高比例。
[0005]本发明的目标是解决上述问题中的一个或多个。
【发明内容】
[0006]根据本发明的第一方面，提供了一种燃料电池隔板，具有相对的第一面和第二面，隔板具有一系列波纹，该系列波纹在隔板的相对的第一边缘和第二边缘之间延伸并在隔板的相对的第一边缘和第二边缘之间提供气流路径，其中沿着第一面的靠近隔板的第一边缘的波纹的波峰凹进以与相邻的沿着第二面的波纹的波峰共面，以便与第一面相比在第二面上提供更大的接触表面。
[0007]本发明的优点在于沿着隔板的边缘区域提供更大的表面积。这允许在下面的密封区域上，例如在垫片上，提供更均匀的密封压力。这减少了在下面的膜电极组件内的泄漏的可能性，而不会不利地影响穿过隔板的气流通道。
[0008]隔板的波纹的波峰可以以不同的方式凹进以实现相同的目标。本文中提供实施例的示例性选择。
[0009]在某些实施例中，波峰可以通过波纹凹进，波纹是沿着在横向于沿着隔板的平行于隔板的边缘的气流路径的方向上的割线被切割的，波纹的波峰在割线和隔板的边缘之间凹进。包括凹进波纹波峰的每个区域可以包括隔板材料的一个或两个双折部。双折部可以向着第二面并远离相应的气流路径折叠。折叠双折部的优点是，移动材料远离隔板的气流路径，并且从而增加使用期间越过隔板的可用气流，或者至少防止双折区域为穿过隔板的气流的障碍。
[0010]在某些实施例中，凹进波纹波峰的区域可以在隔板的第一面中限定平行于隔板的第一边缘的沟槽。在这种实施例中，沿着第二面的与沟槽对齐的密封部可以由在组装电池时从第一面施加的压力支撑在沟槽的两侧上，而不是在其中仅使用割线的实施例中仅从一侧进行支撑。这允许进一步改善电池的底层上的密封。
[0011]在为包括凹进波纹波峰的每个区域形成一个双折部的实施例中，双折部优选地远离相应的气流路径并向着隔板的第二面这些。这增加了气流路径的可用体积。仅采用一个双折部的优点在于，相对于其中形成两个双折区域的实施例，第二面上可用的密封表面进
一步增大。
[0012]根据本发明的第二方法，提供了一种形成燃料电池隔板的方法，包括下述步骤:
[0013]形成一系列波纹，该系列波纹在隔板的相对的第一边缘和第二边缘之间延伸并在隔板的相对的第一边缘和第二边缘之间提供气流路径；以及
[0014]使沿着第一面的靠近隔板的第一边缘的波纹的波峰凹进以与沿着第二面的波纹的波峰共面，以便与第一面相比在第二面上提供更大的接触表面。
[0015]该方法可以包括以平行于隔板的第一边缘的割线沿第一面切割隔板，其中波纹的波峰在第一边缘和割线之间凹进。
[0016]该方法还可以包括为包括凹进波纹波峰的每个区域形成隔板材料的两个双折部，或者可替换地，为包括凹进波纹波峰的每个区域仅形成隔板材料的一个双折部。在任一情况中，每个双折部向着第二面并远离相应的气流路径折叠。
[0017]凹进波纹波峰的区域可以在第一面限定平行于隔板的第一边缘的沟槽。
[0018]该方法可以包括使沿着第一面的靠近隔板的第二边缘的波纹的波峰凹进以与沿着第二面的波纹的波峰共面。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]通过举例的方式并参照附图进一步详细描述本发明的多个方面和实施例，在附图中:
[0020]图1是具有波纹形阴极隔板的示例性燃料电池的分解透视示意图；
[0021]图2是波纹形阴极隔板的边缘部的详细透视图；
[0022]图3是根据本发明的波纹形阴极隔板的第一实施例的详细透视图；
[0023]图4是波纹形阴极隔板的第二实施例的详细透视图；
[0024]图5是波纹形阴极隔板的第三实施例的详细透视图；
[0025]图6是波纹形阴极隔板的第四实施例的详细透视图；
[0026]图7是波纹形阴极隔板的第五实施例的详细透视图；
[0027]图8是第五实施例的详细透视图，其中垫片材料的密封条沿着隔板的第二表面的密封区域被涂覆；以及
[0028]图9是图示根据本发明的示例性方法的流程图。
【具体实施方式】[0029]在图1中图示的是示例性燃料电池组件100的分解透视图。燃料电池组件100包括顺序地设置的阳极板101、阳极侧扩散层102、阳极垫片103、膜电极组件(MEA) 104、阴极垫片105、阴极侧扩散层106、波纹形阴极隔板108、和用于将燃料供给至电池的阳极侧的一对歧管垫片109a，109b。
[0030]波纹形阴极隔板108仅在垫片105上提供间断支撑。在隔板108未接触下面的垫片105的区域中，即，在设置穿过隔板的气流路径的区域中，垫片106未处于与隔板108提供直接接触时一样多的压缩压力。这种降低的压力的结果在于，下面的垫片103，105可以从相邻层部分地隔开。在一些情况中，这会导致泄漏。
[0031]图2图示用在图1的燃料电池组件100中的示例性波纹形阴极隔板108的一般形式，隔板108具有相对的第一面和第二面204,205。隔板108具有一系列波纹201,该系列波纹201在隔板的相对的第一边缘和第二边缘之间延伸并在隔板的相对的第一边缘和第二边缘之间提供气流路径202，在图2中示出了隔板的第一边缘203。隔板108中的每个波纹201包括位于隔板108的第一面204上的波峰213和位于隔板108的相对的第二面205上的波峰214。隔板108的相对的第二边缘通常将具有相同或相似的形式。在第一面204上的波峰213和第二面205之间限定的气流路径202提供用于空气沿着隔板在电池组件的隔板和下面的扩散层106之间通过的通道，用于将氧化剂提供至MEA104的阴极侧。在第二面上的波峰214和第一面204之间限定的另一个气流路径206允许空气沿着隔板108在隔板108和相邻的电池之间通过以提供冷却。
[0032]图3图示阴极隔板308的第一实施例，其中沿着第一面304的靠近隔板308的第一边缘303的波峰313凹进以形成凹进区域315，凹进区域315与第二面305上的波峰314大致共面，以便与第一面304相比在第二面305上提供更大的接触表面。隔板308的第一边缘303处的波峰313在第一边缘303和平行于隔板308的第一边缘303并横向于气流路径302的割线309之间凹进。在该实施例中，每个凹进波峰315包括隔板材料的两个双折部311，312，S卩，其中隔板材料已经向回折叠在其本身之上的区域。这样做的结果是沿着隔板308的第一边缘303的第二面305可用的接触表面积增加，这在下面的垫片上提供更好的密封表面。凹进波峰315不需要严格地与第二面共面，但充分地共面以允许在第二面305上实现所需要的改进的密封表面的效果。
[0033]图4图示波纹形阴极隔板408的第二实施例，其中在第一面上设置类似于图3中的实施例的凹进波峰的一系列波纹的凹进波峰415。然而，在该情况中，波峰413凹进以限定靠近隔板408的第一边缘403的沟槽409，沟槽409平行于隔板408的边缘403延伸。与图3的实施例一样，两个双折区域411，412形成在波峰凹进的每个区域中。这种结构允许将更均匀的压力施加至下面的垫片，因为可以跨过凹进波峰415的沟槽409的两侧将压力施加至隔板408的第二面405。
[0034]图5图示阴极隔板508的第三实施例，其中分别代替图4和3的实施例中的两个双折部411，412或311，312，针对每个凹进波峰515仅形成单个双折部511。这种结构的优点在于，在隔板508的第二面505上可用于与下面的垫片接触的表面积更大。双折区域511优选地向着第二面505并远离相应的气流路径502折叠，以便减少对至燃料电池的阴极侧的氧化剂供给的任何阻碍效应。
[0035]图6图示阴极隔板608的第四实施例，其中图4的实施例的双折区域411，412已经向着隔板408的第二面405并远离气流通道402折叠。与图5的实施例一样，远离气流通道402折叠双折区域411，412减少了对至其中使用隔板608的燃料电池的阴极侧的氧化剂供给的任何阻碍效应。
[0036]图7图示阴极隔板708的第五实施例，其中与图5的实施例一样，每个波纹701的凹进波峰715具有单个双折部711。然而，在该实施例中，该双折部未向着隔板708的第二面705折叠，因为横向于气流通道702设置的沟槽709是间断的，而不是像图4，5和6的实施例中一样是连续的。
[0037]图8图示图7的第五隔板实施例的第二面705的视图。密封剂材料(如液态垫片或粘合剂成分)的密封条801沿着第二面705设置成跨过凹进波峰715。在不存在凹进波峰715的情况下，跨过隔板708使用这种密封条801将是不可行的或者将是不可靠的。由于与第二面705共面的凹进波峰形成跨过隔板的第二面705的几乎连续的表面，因此可以在不影响相邻的必须保持敞开以允许氧化剂供给穿过隔板708的气流通道702的情况下使用密封条801。
[0038]可以通过多种方法制造根据本发明的上述实施例的隔板。在优选的制造方法中，首先，通过使隔板穿过带有被构造成在隔板中形成波纹的限定间距的一对齿轮齿形滚筒，将波纹应用于平坦的给料板材，该板材可以是不锈钢。随后，相对板之间的冲压工艺形成波纹形板的精确形状。在该冲压工艺中或作为单独的工艺，沿着隔板的第一面的波纹的波峰可以凹进以变为与第二面共面。对应根据第三和第四实施例的板，需要另一个冲压工艺以使双折区域511，411，412朝向隔板508，608的第二面405，505弯曲。
[0039]图9图示根据本发明的一种实施例的方法的示例性的一系列处理操作步骤。提供给料板(步骤901)，其随后被处理以形成一系列波纹(步骤902)。在第一冲压操作(步骤903)中，沿着隔板的第一面的波纹的波峰可以凹进以变为与第二面共面，如在图3和4的实施例中概述的那样。在可选的第二冲压操作(步骤903)中，双折区域向着隔板的第二面弯曲，如在图5和6的实施例中一样。在一些实施例中，步骤901和902可以合并成单个冲压操作。
[0040]其它实施例意图落入本发明的如由随附权利要求限定的范围内。
【权利要求】
1.一种燃料电池隔板，具有相对的第一面和第二面，隔板具有一系列波纹，该系列波纹在隔板的相对的第一边缘和第二边缘之间延伸并在隔板的相对的第一边缘和第二边缘之间提供气流路径，其中沿着第一面的靠近隔板的第一边缘的波纹的波峰凹进以与相邻的沿着第二面的波纹的波峰共面，以便与第一面相比在第二面上提供更大的接触表面。
2.根据权利要求1所述的燃料电池隔板，其中沿着第一面的波纹的波峰在第一边缘和平行于隔板的第一边缘并横向于气流路径的割线之间凹进。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池隔板，其中包括靠近隔板的第一边缘的凹进波纹波峰的每个区域包括隔板材料的两个双折部。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池隔板，其中包括靠近隔板的第一边缘的凹进波纹波峰的每个区域仅包括隔板材料的一个双折部。
5.根据权利要求3或4所述的燃料电池隔板，其中每个双折部向着第二面并远离相应的气流路径折置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池隔板，其中凹进波纹波峰的区域在第一面中限定平行于隔板的第一边缘的沟槽或通道。
7.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池隔板，其中沿着第一面的靠近隔板的第二边缘的波纹的波峰凹进以与相邻的沿着第二面的波纹的波峰共面。
8.一种形成燃料电池隔板的方法，包括下述步骤: 形成一系列波纹，该系列波纹在隔板的相对的第一边缘和第二边缘之间延伸并在隔板的相对的第一边缘和第二边缘之间提供气流路径；以及 使沿着第一面的靠近隔板的第一边缘的波纹的波峰凹进以与沿着第二面的波纹的波峰共面，以便与第一面相比在第二面上提供更大的接触表面。
9.根据权利要求8所述的方法，包括步骤:以平行于隔板的第一边缘的割线沿第一面切割隔板，其中波纹的波峰在第一边缘和割线之间凹进。
10.根据权利要求8或9所述的方法，包括步骤:为包括凹进波纹波峰的每个区域形成隔板材料的两个双折部。
11.根据权利要求8或9所述的方法，包括步骤:为包括凹进波纹波峰的每个区域仅形成隔板材料的一个双折部。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中每个双折部向着第二面并远离相应的气流路径折置。
13.根据权利要求8-12中任一项所述的方法，其中凹进波纹波峰的区域在第一面限定平行于隔板的第一边缘的沟槽或通道。
14.根据权利要求8-13中任一项所述的方法，包括步骤:使沿着第一面的靠近隔板的第二边缘的波纹的波峰凹进以与沿着第二面的波纹的波峰共面。
【文档编号】H01M8/02GK103947022SQ201280045769
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年9月20日 优先权日:2011年9月21日
【发明者】彼得·戴维·胡德, 保尔·莱纳德·阿德科克 申请人:智慧能量有限公司