用于制作燃料電池構件的組件和使用該組件的方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001 ] 燃料電池對基于電化學反應的發電是有用的。促進電化學反應涉及控制諸如氫和氧的反應物在電池堆組件內如何流動以及于何處流動。在磷酸燃料電池的情形中，利用另外的措施來控制磷酸在電池堆組件內位于何處。
[0002]已經使用或提出了各種方法來在電池堆組件內維持對流體的位置或移動的控制，諸如防止反應氣體泄漏。雖然這些方法中的一些已被證實是有效的，但這些方法并非在所有類型的燃料電池中都有用，并且它們可能具有局限性和缺陷，諸如在某些情況下過于昂貴、勞動密集或不可靠。

【發明內容】

[0003]根據示例的實施例，燃料電池構件制造組件包括支架部件，該支架部件構造成位于鄰近燃料電池構件處，以提供對構件的支撐。支架部件具有與構件的周緣相對應的周緣。壓板部件具有與支架部件的至少一部分相對應的構造，以便緊靠構件的一部分被接納。壓板部件的溫度是可控制的，以達到位于鄰近壓板部件處的材料的期望的溫度。壓板部件具有比構件的表面面積小的表面面積，使得僅構件的部分受到由將壓板部件和支架部件與支架部件和壓板部件之間的構件一起推動的力造成的壓力。
[0004]根據示例的實施例，制作燃料電池構件的方法包括使至少一個包括聚合物的聚合物膜層位于緊靠可滲透的構件層處。聚合物膜層和可滲透的構件層位于支架部件與壓板部件之間。支架部件具有與構件層的周緣相對應的周緣。壓板部件具有與聚合物膜層的構造相對應的構造。壓板部件具有比構件層的表面面積小的表面面積。提高至少壓板部件的溫度以由此使聚合物熔融。將支架部件和壓板部件朝向彼此推動，以將壓力施加于接納在支架部件與壓板之間的構件層的部分和聚合物。構件層的部分浸漬著熔融后的聚合物以由此在構件層上建立區域，該區域耐受穿過區域的流體的流動。
[0005]從以下詳細描述，至少一個公開的示例的實施例的各種特征和優點將對本領域技術人員顯而易見。能夠如下簡略地描述附隨詳細描述的圖。
【附圖說明】
[0006]圖1示意性地示出示例的磷酸燃料電池構件。
[0007]圖2示意性地示出用于制造諸如圖1的示例的燃料電池構件的示例的組件。
[0008]圖3示意性地顯示用于使用諸如在圖2中顯示的組件來制作圖1的示例的構件的多個層。
[0009]圖4示意性地顯示用于制作諸如圖1的示例的燃料電池構件的示例的過程的一部分。
[0010]圖5示意性地顯示示例的過程的另一部分。
[0011]圖6示意性地顯示用于制作燃料電池構件的另一示例的組件。
【具體實施方式】
[0012]圖1示意性地顯示燃料電池構件20。可滲透的構件基底層22包括浸漬著聚合物的區域24。在本示例中，區域24沿著構件層22的邊緣建立密封件。區域24耐受穿過區域24的諸如磷酸或任何反應氣體的流體的流動。示例的構件20可以包括電極、氣體擴散層以及催化劑層中的至少一個。
[0013]圖2示意性地顯示對制作諸如圖1的示例的燃料電池構件有用的組件30。支架部件32具有與構件20的構造相對應的構造，在本示例中，支架部件32的構造是矩形。在包括使用組件30來建立區域24的過程的期間，支架部件32為構件提供支撐。壓板部件34選擇性地位于支架部件32附近。在一個示例中，支架部件32和壓板部件34是壓機的一部分。
[0014]壓板部件34具有與燃料電池構件20上的區域24的構造相對應的構造。在圖2的示例中，壓板部件34具有矩形框架狀構造。壓板部件34的中心部分開口。采用這樣的構造，隨著壓板部件34和支架部件32朝向彼此推動，僅構件層22的包括區域24的豎著的部分受到壓力。
[0015]示例的布置的一個特征是，構件層22的未受到壓力的部分將不被改變或另外受到用于在構件20上建立區域24的過程的負面影響。例如，在出于使聚合物熔融(如下面說明的)的目的而加熱壓板部件34時，構件層22的將位于壓板部件34的中心開口內的部分不暴露于這樣的壓力和熱。示出的布置允許使用組件30來加工的構件中的更好的一致性，并且降低在過程的期間負面地影響構件層22的任何風險。
[0016]圖3示意性地顯示可以放置在支架部件32與壓板部件34之間的層的示例的布置。構件基底層22位于各聚合物膜層40之間。可用作聚合物膜層40的示例的材料包括都可從商業上得到的PEEK "*和Teflon ?。一個示例中的聚合物膜層40包括在低于大約220° C的溫度而不潤濕且熱穩定的高熔融流率(例如，按照ASTM D2116計量為0.25g/10分鐘)聚合物。該聚合物還在化學上耐受磷酸。
[0017]如圖4和圖5中所示，使用用于制作燃料電池構件20的組件30的示例的過程包括使基底層22與聚合物膜層40 —起位于支架部件32與壓板部件34之間。在本示例中，包括離型膜44以使最后的構件20與支架部件32和壓板部件34的分離更容易。
[0018]如果圖4中顯示的各種層都包括在支架部件32和壓板部件34之間，并且這些部件被一起拉入圖4中顯示的位置，則圖4的透視圖與大體上對應于沿著圖2中的線4-4的視圖的橫截面圖示相對應。
[0019]在本示例中，支架部件32和壓板部件34各自被加熱以將膜層40的聚合物的溫度提高至使聚合物熔融的點。用于將支架部件32和壓板部件34 —起推動的壓力將熔融后的聚合物壓縮至基底層22中，以建立浸漬區域24。如在圖5中能夠了解到的，在本示例中由支架部件32和壓板部件34施加的壓力僅施加于構件層22的建立區域24的面積上。在示例的方法的期間，構件層22的不包括聚合物的浸漬的電化學有效部分(也被稱為有效面積)未受到任何壓力或熱處理。
[0020]圖2的示例在構件層22的整個周緣將包括密封件或不可滲透磷酸的區域24時是有用的。在一些情形下，期望在構件基底層22的少于全部的邊緣上提供浸漬著聚合物的區域24。圖6是對沿著構件層22的三條邊緣建立區域24有用的壓板部件34的示例的布置的圖示。圖6的示例中的壓板部件34具有帶有對應于構件基底層22的三條邊緣的三條邊緣的大體上U形的構造。在包括圖6的組件的示例中使用的聚合物膜層還具有與壓板部件34的構造相對應的三面的或大體上U形的構造。
[0021]公開的示例的組件和技術允許以降低與使基底材料暴露于熱、壓力或兩者相關聯的風險的有成本效益的且高效的方式沿著燃料電池構件基底的所選擇的部分建立密封件或流體屏障。
[0022]先前的描述本質上是說明性的，而不是限制性的。對所公開的示例的變型和修改可以對本領域技術人員顯而易見，這些變型和修改不一定背離對通過所公開的示例而提供的技術的貢獻的本質。僅能夠通過研究所附權利要求來確定提供給本發明的法律保護的范圍。
【主權項】
1.一種燃料電池構件制造組件，包括: 支架部件，其構造成位于鄰近所述燃料電池構件處以提供對所述構件的支撐，所述支架部件具有與所述構件的周緣相對應的周緣；以及 壓板部件，其具有與所述支架部件的至少一部分相對應的構造，以便緊靠所述構件的一部分被接納，所述壓板部件的溫度是可控制的，以達到位于鄰近所述壓板部件處的材料的期望的溫度，所述壓板部件具有比所述構件的表面面積小的表面面積，使得僅所述構件的部分受到由將所述壓板部件和所述支架部件與所述支架部件和所述壓板部件之間的所述構件一起推動的力造成的壓力。2.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，所述壓板部件具有矩形構造。3.根據權利要求2所述的組件，其特征在于，所述支架部件具有矩形構造。4.根據權利要求3所述的組件，其特征在于，所述矩形構造是相同的。5.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，所述壓板部件具有大體上U形的構造。6.根據權利要求5所述的組件，其特征在于， 所述支架部件具有矩形構造； 所述支架部件具有比所述構件的所述表面面積小的表面面積；以及 所述壓板部件的三個側邊定位成與所述支架部件的三個側邊對準。7.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，所述壓板部件構造與所述構件的至少一個邊緣相對應。8.根據權利要求7所述的組件，其特征在于，所述壓板部件具有與所述構件中的每個邊緣相對應的部分。9.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，所述構件包括電極、氣體擴散層以及催化劑層中的至少一個。10.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，所述支架部件的溫度是可控制的，以達到位于鄰近所述支架部件處的材料的期望的溫度。11.一種制作燃料電池構件的方法，包括如下步驟: 使至少一個聚合物膜層位于緊靠可滲透的構件層處； 使所述至少一個聚合物膜層和所述可滲透的構件層位于支架部件與壓板部件之間，其中所述支架部件具有與所述構件層的周緣相對應的周緣，所述壓板部件具有與所述聚合物膜層的構造相對應的構造，并且所述壓板部件具有比所述構件層的表面面積小的表面面積； 提高至少所述壓板部件的溫度以由此使所述聚合物熔融； 將所述支架部件和所述壓板部件朝向彼此推動，以將壓力施加于接納在所述支架部件與所述壓板之間的所述構件層的部分和所述聚合物；以及 使所述構件層的所述部分浸漬著所述熔融后的聚合物，以由此在所述構件層上建立區域，該區域耐受穿過所述區域的流體的流動。12.根據權利要求11所述的方法，其特征在于， 所述構件層具有矩形構造；以及 所述壓板部件具有與所述構件層的所述矩形構造相對應的矩形構造。13.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，所述支架部件具有矩形構造。14.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，所述聚合物膜層和所述壓板部件各自具有大體上U形的構造。15.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，所述壓板部件構造與所述構件中的至少一個邊緣相對應。16.根據權利要求15所述的方法，其特征在于，所述聚合物膜層和所述壓板部件各自具有與所述構件中的每個邊緣相對應的部分。17.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，所述構件包括電極、氣體擴散層以及催化劑層中的至少一個。18.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，所述聚合物膜層包括在低于大約220° C的溫度而不潤濕且熱穩定的高熔融流率聚合物。19.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，包括使第一聚合物膜層位于緊靠所述構件層的一側并使第二聚合物膜層位于緊靠所述構件層的相反地面向的一側。
【專利摘要】根據示例的實施例，燃料電池構件制造組件包括支架部件，該支架部件構造成位于鄰近燃料電池構件以提供對構件的支撐。支架部件具有與構件的周緣相對應的周緣。壓板部件具有與支架部件的至少一部分相對應的構造以便緊靠構件的一部分被接納。壓板部件的溫度是可控制的，以達到位于鄰近壓板部件處的材料的期望的溫度。壓板部件具有比構件的表面面積小的表面面積，使得僅構件的部分受到由將壓板部件和支架部件與支架部件和壓板部件之間的構件一起推動的力造成的壓力。
【IPC分類】H01M4/86, H01M8/24, H01M8/02
【公開號】CN105164839
【申請號】CN201380073384
【發明人】M.漢德爾瓦爾
【申請人】百拉得動力系統公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2013年2月19日
【公告號】EP2959526A1, WO2014130009A1