燃料電池堆組件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及燃料電池堆組件，且特別是包括整體連桿的燃料電池堆組件和組裝燃料電池堆的相關方法。

【發明內容】

[0002]常規電化學燃料電池將燃料和氧化劑轉換成電能和反應產物。在圖1a中示出常規燃料電池組件10的一般布局，圖1a為了清楚起見以分解形式示出各種層。固體聚合物離子轉移膜11夾在陽極12和陰極13之間。一般，陽極12和陰極13都由導電多孔材料例如多孔碳形成，鉑和/或其它貴金屬催化劑的小顆粒粘合到導電多孔材料。陽極12和陰極13常常直接粘合到膜11的相應的相鄰表面。這個組合通常被稱為膜-電極組件或MEA。
[0003]聚合物膜和多孔電極層夾在陽極流體流場板14和陰極流體流場板15之間。也可在陽極流體流場板14和陽極12之間和類似地在陰極流體流場板15和陰極13之間使用中間襯里層12a和13a。襯里層具有多孔性質并被制造，以便確保來往陽極和陰極表面的氣體的有效擴散以及幫助水蒸氣和液態水的管理。
[0004]流體流場板14、15由導電非多孔材料形成，可通過導電非多孔材料產生與相應的陽極電極12或陰極電極13的電接觸。同時，流體流場板便于來往多孔電極12、13的流體燃料、氧化劑和/或反應產物的輸送和/或耗盡。這照慣例通過形成在流體流場板的表面中的流體流通道例如在向多孔電極12、13呈現的表面中的溝槽或溝道16。
[0005]一般，圖1a所示的多個燃料電池組件10堆疊在一起以形成燃料電池堆。將認識到，圖1a所示的單獨的燃料電池10的設計可被修改，以便更好地適合于堆疊。例如，陽極流體流板14和陰極流體流板15可由單個雙極板的不同側面提供。
[0006]在圖1b中示出常規燃料電池堆組件20。常規燃料電池堆組件包括多個燃料電池22、第一端板24和第二端板28。多個常規連桿32和多個密封螺栓33、34用于將燃料電池22壓縮到工作尺寸。
[0007]燃料電池組件22應在使用期間處于壓縮中，使得在燃料電池組件22周圍的密封可有效地起作用并防止氧化劑和燃料的逸出。為了實現這個壓縮，連桿32在其末端處設置有螺紋用于嚙合螺栓33、34。第一螺栓33可與從第一端板24突出的連桿32的第一端嚙合。第二螺栓34可與從第二端板28突出的連桿32的第二端嚙合。通過擰緊螺栓，可壓縮燃料電池組件。
[0008]根據本發明的第一方面，提供了燃料電池堆組件，其包括:
[0009]相鄰于彼此的多個燃料電池組件；
[0010]在多個燃料電池組件的第一端處的第一端板；
[0011]在多個燃料電池組件的第二相對端處的第二端板；以及
[0012]配置成嚙合第一和第二端板并從而將壓縮力施加到多個燃料電池組件的連桿，
[0013]其中連桿是包括與第一端板嗤合的第一嗤合表面和與第二端板嗤合的第二嗤合表面的整體部件。
[0014]整體連桿的設置可允許燃料電池的簡化結構。整體連桿也可允許與提供并組裝包括多個部件的連桿相關的成本的減小。燃料電池堆組件可保持在壓縮的期望水平處而不需要調節連桿，因為整體連桿被制造有在第一嚙合表面和第二嚙合表面之間的預先配置的長度。
[0015]第一嗤合表面和第二嗤合表面可橫向于連桿的軸向長度。
[0016]第一和第二端板可配置成通過在連桿的第一嚙合表面和第二嚙合表面上沿著連桿的軸線施加的力將連桿保持在適當的位置上。力可從受約束的多個燃料電池組件從壓縮狀態的彈性膨脹產生。多個燃料電池組件可施加垂直于多個燃料電池組件的平面的向外的力。
[0017]第一端板可包括嚙合凹槽。第一端板的嚙合凹槽可配置成與連桿的第一嚙合表面嚙合。第二端板可包括嚙合凹槽。第二端板的嚙合凹槽可配置成與連桿的第二嚙合表面嚙合。嚙合凹槽的設置可提高連桿在燃料電池組件內的保持，并通過在燃料電池板的平面中的力的施加來防止連桿從組件移除。第一端板的外表面可包括嚙合凹槽。第二端板的外表面可包括嚙合凹槽。
[0018]一個或多個嚙合凹槽可包括配置成防止連桿從第一和第二端板脫離的保持構件。
[0019]連桿可包括第一嚙合部分。連桿可包括第二嚙合部分。連桿可包括在軸向方向上在第一嗤合部分和第二嗤合部分之間的延伸部分。第一嗤合部分可具有比延伸部分大的橫截面。第二嗤合部分可具有比延伸部分大的橫截面。連桿的第一嗤合表面可設置在第一嗤合部分上。連桿的第二嗤合表面可設置在第二嗤合部分上。
[0020]延伸部分可以是圓柱形的，且可以有或可以沒有圓形橫截面。可選地，延伸部分可以是棱柱的。延伸部分可具有沿著其長度的可變橫截面。延伸部分可以是中空或實心的。第一和/或第二嚙合部分可以是圓柱形的或棱柱的。第一和/或第二嚙合部分可具有沿著其長度的可變橫截面。第一和/或第二嚙合部分可以是中空或實心的。
[0021]第一和第二嚙合部分可相鄰于連桿的延伸部分的相對端。連桿的第一嚙合表面可面向連桿的第二嗤合表面。
[0022]第一和/或第二端板的側面可包括側凹槽。多個燃料電池組件中的每個的側面可包括側凹槽。這樣的側凹槽可配置成接納連桿，并可貫穿端板或燃料電池組件的厚度延伸。可選地，第一和/或第二端板的側凹槽可在端板內終止且不貫穿端板的厚度延伸。
[0023]第一端板和第二端板的側凹槽可具有公共橫截面。第一端板、第二端板的側凹槽和多個燃料電池組件中的每個可具有公共橫截面。側凹槽的公共橫截面可大于或等于連桿的橫截面。側凹槽的公共橫截面可大于或等于連桿的延伸部分的橫截面。
[0024]一個或多個側凹槽可包括配置成防止連桿從第一和第二端板脫離的保持構件。保持構件可以是夾子。
[0025]根據本發明的另一方面，提供了組裝燃料電池堆的方法，該方法包括:
[0026]使多個燃料電池組件對齊；
[0027]將第一端板定位在多個燃料電池組件的第一端處；
[0028]將第二端板定位在多個燃料電池組件的第二端處，使得第一端板、多個燃料電池組件和第二端板提供燃料電池堆；
[0029]將燃料電池堆壓縮到小于燃料電池堆的預期工作尺寸的尺寸；
[0030]將整體連桿定位成使得連桿的第一嚙合表面在第一端板附近且連桿的第二嚙合表面在第二端板附近；
[0031]允許燃料電池堆膨脹到預期工作尺寸，此時連桿的第一嚙合表面與第一端板嚙合，且連桿的第二嚙合表面與第二端板嚙合，從而阻止燃料電池堆進一步膨脹超出預期工作尺寸。
[0032]定位連桿可包括將連桿的延伸部分插入燃料電池堆的側面中的側凹槽內。
[0033]定位連桿可包括將連桿定位成使得第一嗤合表面與在第一端板中的嗤合凹槽橫向重合。定位連桿可包括將連桿定位成使得第二嚙合表面與在第二端板中的嚙合凹槽橫向重合。與嗤合凹槽橫向重合的嗤合表面可意味著嗤合表面位于嗤合凹槽之上。
[0034]允許燃料電池堆膨脹到預期工作尺寸可包括使連桿的第一嚙合表面嚙合在第一端板的嚙合凹槽中。允許第一端板、多個燃料電池組件和第二端板膨脹到預期工作尺寸可包括使連桿的第二嚙合表面嚙合在第二端板的嚙合凹槽中。
【附圖說明】
[0035]現在將參考下面的附圖僅作為例子描述本發明，其中:
[0036]圖1a示出常規燃料電池組件；
[0037]圖1b示出常規燃料電池堆組件；
[0038]圖2a示出根據本發明的實施方案的燃料電池堆組件；