[发明专利]用于燃料电池的包括夹层结构嵌体的端板

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于包括夹层结构嵌体(sandwich insert)的用于燃料电池的端板。更特别地，涉及一种用于包括夹层结构嵌体的燃料电池的端板，其中金属嵌体具有包括多个堆叠式承载板的夹层结构嵌体结构，从而确保了强度并使得重量减少。

背景技术

参照图7，在安装在燃料电池汽车上的燃料电池组中的单元电池中，膜电极组件(MEA)位于该燃料电池组中的单元电池的最内侧。该MEA包括可穿过质子的固态聚合物电解质膜10和涂布在固态聚合物电解质膜10的相反的表面上以使得氢能与氧反应的催化电极层，即阴极12和阳极14。

气体扩散层(GDL)16和垫片18顺序地堆叠在阴极12该阳极14的外侧。包括用于供应燃料和排出由反应产生的水的流场的隔板20位于GDL16的外侧。

燃料电池组中的几百个单元电池被堆叠之后，用于供给并紧固每个单元电池的的端板30被装配在该燃料电池组的最外侧。

在这种情况下，用于收集在燃料电池组中产生的电力并发送该收集的电力到外部的电流收集板被安装在该端板30的内侧。

相应的，氢的氧化反应在燃料电池组的阳极14发生，且产生质子和电子。此时，产生的质子和电子首先通过固态聚合物电解质膜10流向阴极12，进而到达隔板20。结果，通过来自阳极14的质子和电子与空气中的氧的电化学反应，在阴极12产生水。电能进而通过电子的流动而产生并通过端板30的电流收集板被供给需要电能的负载。

燃料电池组的端板30，被设置在燃料电池组的相反侧上，用来紧固多个堆叠的隔板、MEA和GDL，并为每个单元电池提供均匀的表面压力。

正如图6中所示，端板30由金属嵌体31、注塑成型体(plastic injection molded body)32和电流收集板33形成，其整体地形成以减少重量并电绝缘。

特别地，金属嵌体31被设置在注模内，进而注塑成型材料被填充进该注模，使得包括由注塑成型体32包围的金属嵌体31的端板30由此形成。

电流收集板33也可以与金属嵌体31一起被设置在注模的内部，并且一起被注射成型为注塑成型体32。可替换地，电流收集板33可在稍后的时间被独立地地组装到注塑成型体32的内部。

端板的金属嵌体31必须具有高的强度以抵抗内表面压力。因此，金属嵌体31通常通过金属材料的机械加工制造，并且典型地还以复杂形状制造，该复杂形状可提高其性能以收集燃料电池组产生的电力并紧固燃料电池组。

然而，根据常规的方法，端板的金属嵌体以一体形状的制造，其导致若干不足。

第一，在机械加工金属嵌体的轻重量的材料减少结构(material reducing structure)中，难以注射成型金属嵌体。特别地，在端板的注射成型之后，凹进或不平坦的部分不应在树脂表面产生以便防止当用垫片保证接触时燃料的泄漏。然而，在给金属嵌体应用材料减少结构时，如果注塑成型体的树脂材料的厚度不均匀，由于树脂的收缩，凹进或不平坦部分就会在树脂的表面不利地产生。特别地，如果进行小型加工以便于对整体的金属嵌体应用材料减少结构以减少重量，则难于均匀地维持注射成型材料的厚度。

第二，该整体的金属嵌体通过机加工切割金属板或非金属板制造，因此花费长时间制造单个整体的金属嵌体。这不仅使得大规模生产困难，并且使得降低成本面临更多挑战。

第三，该整体的金属嵌体应当由单一材料组成，因此难以使用不同的材料以减少重量和提高强度。

发明内容

本发明提供了一种用于包括夹层结构嵌体的用于燃料电池的端板，其中该夹层结构嵌体通过堆叠两块或多块板制造，每块板具有特定的形状。根据本发明的实施方式，该夹层结构嵌体是注射成型而成的注塑成型体，因此与常规的整体金属嵌体相比，在确保强度的同时提供了轻重量的结构。

在一方面，本发明提供了用于燃料电池的端板，包括：具有夹层结构的夹层结构嵌体，其中两块或多块板通过连接手段结合，其中夹层结构嵌体的外部表面由注塑成型材料包围。

在一具体实施方式中，该夹层结构嵌体包括：在其中心部分具有第一电流收集板连接开口的第一板；在其中心部分具有两个或多个第一材料减少空间的第二板；在其中心部分具有第三电流收集板连接开口的第三板；以及在其中心部分具有第二材料减少空间的第四板。

在另一个具体实施方式中，具有第二电流收集板连接开口的抗弯板被嵌入到第二板的第一材料减少空间中以便于防止夹层结构嵌体弯曲。