燃料電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種燃料電池，并且更具體地，涉及一種集成燃料電池內部的組合的墊片框架、隔板、以及膜電池組件的技術。
【背景技術】
[0002]燃料電池堆通常包括陽極、陰極、以及布置于陽極與陰極之間的固態聚合物電解質膜。燃料電池將通過供應至陰極的氧化劑(例如，空氣中的氧氣)與供應至陽極的燃料(例如，氫氣)之間的化學反應產生的電力供給負載。
[0003]燃料電池的單元電池通常具有這樣一種結構，其中，供應有氧化氣體的陰極側隔板、供應有還原氣體的陽極側隔板、聚合物電解質膜、以及氣體擴散層堆疊到一起形成燃料電池堆。單元電池常常在垂直方向堆疊并固定到一起以形成這種燃料電池堆。
[0004]具體地，為了有效地操作燃料電池堆，隔板被設置于燃料電池堆的各個單元之間。這些隔板執行多個功能。例如，在燃料電池堆中，隔板用作燃料-氧化劑供應通道以將氧化劑(通常是空氣)供應至陰極并將燃料(通常是氫氣)供應至陽極。隔板中還設置有冷卻燃料電池堆的冷卻劑供應通道以及通過其中來傳輸電流的電流通道。
[0005]給定隔板的多面性，要求其中具有圍繞每個通道的氣密密封和液密密封以使得燃料、氧化劑、和冷卻劑不被混合。為了確保隔板的各部分之間的液密密封和氣密密封，由橡膠制成的墊片設置在隔板的表面上。該墊片用來維持表面壓力并密封每個通道。
[0006]圖1和圖2示出了包括隔板520、膜電極組件(MEA) 510以及布置于隔板520與MEA510之間的墊片530的常規單元電池500。為了制造該結構，在隔板520上涂布粘合劑并且接著通過注塑模制制造基于氟的墊片530。
[0007]隔板520的制造方法包括:(a)提供材料，(b)成型(沖壓)流體通道，(C)執行表面處理以形成導電表面，以及(d)執行注塑成型以制造集成墊片。依次執行這些步驟中的每個。隔板的集成墊片530以這樣一種方式制造，即，注塑墊片鑄型以預定壓力保持隔板520的邊緣部分并且在隔板520的表面上使用墊片材料執行加壓注塑成型處理。
[0008]當在注塑成型期間墊片的材料通過隔板520與墊片的鑄型之間的間隙滲漏時，滲漏的材料在孔/通道中形成毛刺。在這種情況下，執行去毛刺處理以去除毛刺。然而，在去毛刺處理期間，隔板520的表面也易受到物理損壞，從而增加了隔板的缺陷率。
[0009]此外，當多個單元電池500被堆疊以形成燃料電池堆時，需要用于堆疊的參考點。基于參考點確定隔板520之間的對準程度以及隔板520與MEA510之間的對準程度。當隔板520與MEA510之間存在未對準時，鄰近MEA510的氣體擴散層(OTL)相對于隔板520也未對準。在這種情況下，布置于隔板520上的⑶L層未被對準并且⑶L層阻擋反應氣體的通道，從而降低反應氣體的分布。這導致單元電池500的性能降低。
[0010]上述內容僅旨在幫助對本發明的【背景技術】進行理解，而并非旨在表示本發明落入已為本領域中技術人員所知的現有技術的范圍內。

【發明內容】

[0011]因此，本發明已注意到現有技術中出現的上述問題，并且本發明旨在提出以下一種燃料電池，通過使用其中隔板、墊片、以及膜電極組件被集成到單個主體的組件改進部件的對準，從而避免在必須將三個組件粘附到一起期間未對準。
[0012]根據一個方面，提供一種燃料電池，包括:膜電池組件，包括電解質、陽極催化劑、以及陰極催化劑；以及多個框架墊片，每個框架墊片被布置于陽極側隔板與膜電極組件之間或者陰極側隔板與膜電極組件之間。具體地，膜電極組件設置有支持膜電極組件與框架墊片組件集成(作為單個連續體)的孔。
[0013]因而，框架墊片可包括:由陽極側框架和陽極側墊片制成的第一框架墊片，以及由陰極側框架和陰極側墊片制成的第二框架墊片。框架墊片之一可具有凹部，并且框架墊片的凹部的位置可對應于膜電極組件的孔的位置。此外，除設置有凹部的框架墊片以外的任一個框架墊片可具有與凹部嚙合(engage，卡合)的凸部。
[0014]因而，在本發明的一些示例性實施方式中，凸部的橫截面可以是多邊形形狀，并且在本發明的一些示例性實施方式中，將要與凹部嚙合的凸部的一部分可具有突出部(bluging port1n)。
[0015]可替代地，在本發明的示例性實施方式中的這些框架墊片的各個可具有多個凹部以及對應多個凹部的多個凸部，并且各對凹部和凸部的外徑和內徑可從對到對變化。
[0016]此外，根據本發明示例性實施方式的燃料電池具有以下優點。首先，單獨制造注塑成型框架墊片與膜電極組件并且接著在不使用粘合劑的情況下集成為單個連續片(piece)。因此，其制造方法簡單并且防止了在堆疊單元電池時膜電極組件之間位置未對準導致的誤差/缺陷率。
[0017]第二，可以顯著促進非剛體的膜電極組件的處理。
[0018]第三，因為提高了膜電極組件與氣體擴散層之間的位置對準程度，可精確地并準確地將氣體擴散層定位于燃料電池的單元電池中的隔板的流體通道上，從而提高反應氣體的分布。
[0019]最后，因為固定了膜電極組件的位置，不會受堆疊參考工具的干擾。因此，提高了處理效率并降低了缺陷率。
【附圖說明】
[0020]結合附圖，通過下面的詳細描述，將更為清晰地理解本發明的上述以及其他目標、特性和其他優點，其中:
[0021]圖1是示出根據現有技術的燃料電池的單元電池的示圖；
[0022]圖2是沿線I1-1I截取的橫截面圖；
[0023]圖3是示出了根據本發明的一個示例性實施方式的燃料電池的內部結構的示圖；
[0024]圖4是示出了根據本發明的一個示例性實施方式的堆疊有燃料電池的單元電池的燃料電池堆的示圖；以及
[0025]圖5是示出根據本發明另一示例性實施方式的燃料電池堆的框圖。
【具體實施方式】
[0026]在下文中，將參照附圖詳細地描述本發明的優選實施方式。
[0027]本文所公開的本發明的示例性實施方式的特定結構和功能的說明僅用于本發明實施方式的說明性目的。在不脫離本發明的精神和顯著特征的情況下，本發明可以以很多不同的形式來實施。因此，所公開的本發明的實施方式僅用于說明性目的，并不應被解釋為對本發明的限制。
[0028]由于本發明的示例性實施方式可以以多種不同的形式進行各種修改，所以以下將詳細地作出本發明的各種示例性實施方式的參考，其各種實施方式的實例在附圖中示出并在下面進行描述。盡管將結合其示例性實施方式描述本發明，但將理解，本說明書不旨在將本發明限定于那些示例性實施方式。相反，本發明旨在不僅覆蓋示例性實施方式，而且覆蓋可包括在由所附權利要求限定的本發明的精神和范圍內的各種替代、變形、等價物以及其他實施方式。
[0029]應當理解，盡管本文中可以使用術語“第一”、“第二”等來于描述各種元件，但是這些元件并不受這些術語的限制。這些術語僅用于將一個元件與另一個相區分。例如，在不偏離本發明的教導的情況下，以下討論的第一元件可以被稱為第二元件。類似地，第二元件也可被稱為第一元件。
[0030]應當理解，當元件被稱為被“耦接”或“連接”至另一個元件時，其可以直接耦接或連接至另一個元件或者其間可以存在中間元件。相反，應理解，當元件被稱為被“直接耦接”或“直接連接”至另一元件時，則不存在中間元件。解釋元件之間的關系的其他表述，諸如“在…之間”、“直接在…之間”、“相鄰”或“直接相鄰”應當以相同的方式解釋。
[0031]本文所用的措辭僅是為了描述特