[发明专利]具有改进的气密封闭的燃料电池隔板的垫片结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有改进的气密封闭的燃料电池隔板的垫片结构。更具体地，涉及一种燃料电池隔板的垫片结构，其可以通过在与燃料电池隔板一体形成的垫片上形成空余空间，以改善流道的气密封闭而不出现垫片毛刺，并且促进各流道中流体的流动。

背景技术

通常，与通过机械加工或粉末成型而制备的石墨隔板相比，通过例如冲压金属薄板的方法而得到的金属隔板具有显著减少的制造时间和成本的优点。在多个金属隔板串联堆叠的燃料电池中，垫片布置在金属隔板之间，且垫片可以通过注射成型法一体地形成在隔板两面上。在这种情况下，由于燃料电池必须保持反应气体与冷却流体的气密封闭，垫片必须制备为保持工作流体的气密封闭。

具有保持气密封闭的垫片的示例性燃料电池隔板已在先由本申请人所提交的韩国专利申请公开第10-2011-0015924公开，在此通过引用的方式合并入本文。

如上述公开所示，垫片是一体注射成型在隔板上的燃料电池组件。一体注射在隔板两面上的垫片连续地连接，以形成闭合曲线。同时，在隔板的所有边缘以及歧管(manifold)之间的交界面上形成多个注射孔，以使垫片注射流通过。垫片注射流经由注射孔从隔板的一个面流向另一个面，从而使垫片在隔板的两面上一体地注射成型。

更具体地，以下将分别描述图1A和1B所示的一体形成在传统隔板的反应面侧与冷却面侧上的垫片的结构。图1A所示的隔板的反应面10为燃料电池反应发生的位置/区域。歧管20、22和24用作氢气、冷却水和空气的通道，并且位于反应面10上。反应面侧的主线30a通过注射成型形成在反应面10侧，以阻断反应气体和冷却流体的移动。如图1A所示，多个副线32a平行地从主线30a延伸出来并以一定间距分布。从冷却面12(在后面描述)侧引入的氢气经由氢气通道40而向反应面10移动。

同时，图1B所示的隔板的冷却面12，是用于除去由化学反应所产生的反应热的部分。用作氢气、冷却水和空气的通道的歧管20、22和24位于冷却面12上。冷却面侧的主线30b通过注射成型形成在冷却面12的一侧，以阻断空气，但分别引入冷却流体和氢气。

如图1B所示，多个副线32b平行地从主线30b延伸出来并以一定间距分布。从冷却面12(在后面描述)侧引入的氢气，通过氢气通道40移动至反应面10。在本文中将省略对于冷却水、氢气和空气在流道中的流动以及对隔板的其他部件的详细描述。

通过传统注射成型法而制备的垫片具有局限量的气密性。这些局限性将在以下参考图2A和2B进行描述。图2A是示出一体形成在传统隔板上的垫片的结构的视图，图2B是用于制备沿图2A中沿线A-A形成的垫片的模具的截面视图。

在图2A中，实线表示的垫片为反应面侧的主线30a和副线32a，点线表示的垫片为冷却面侧(即隔板相对面)上的主线30b和副线32b。在该情况中，设置有反应面侧垫片30a和32a以及冷却面侧垫片30b和32b的区域包括，垫片布置在不同线上的区域50和54以及垫片布置在同一线上的区域52。

在上述区域中，垫片布置在同一线且冷却流体流入流出的区域52，通过如图2B中上图所示的布置在隔板上的上垫片模具60a和下垫片模具60b来进行制备。由于大致均匀的注射压P1和P2施加在两个模具上，在垫片注射中不出现任何局限性。

然而，垫片不布置在同一线上且反应气体流入流出的区域50和54，通过如图2B中下图所示的设置在隔板上的上垫片模具60a’和下垫片模具60b’进行制备。由于依垫片形状而定的两个模具之间的凹版结构差异，注射压P1’的量级大于注射压P2’的量级。由此，由于局部施加不同的注射压，在图2B下图中箭头所示方向上所施加的压力引起隔板的微小变形，进而使垫片形成毛刺。

隔板的变形和垫片上毛刺的形成意味着，反应气体出入口(gate)的附近在结合燃料电池组时不能被均匀地挤压，结果是，燃料电池组中相当一部分的密封较差。此外，在反应气体的出入口区域所形成的毛刺使垫片暴露于由燃料电池运行所产生的湿热环境中。由于垫片由聚合物材料制成且易受温度和湿度影响，由图3所示的传统方法所制备的垫片可能很容易从隔板表面上剥落和扩散开。结果，反应气体的流动受阻，且排水能力可能减弱，从而造成燃料电池的性能和耐久性的迅速下降。

相应地，当通过传统方法，尤其是通过注射成型法在金属隔板的表面上一体形成垫片时，可能发生隔板的微小变形和在垫片中生成毛刺。

在背景部分中公开的上述信息仅为加深对本发明背景的理解，因此可以包括不构成被国内本领域普通技术人员已知的现有技术的内容。

发明内容