[发明专利]用于电池堆的板构件

说明书

可提供一种用于电池堆的板构件、电池堆组装件、形成电池堆的板构件的方法以及组装电池堆的方法。板构件包括通道片，该通道片包括用于形成流体流动通道的至少一个峰和一个的谷。两个对准部件，每个对准部件包括主体和一个或多个对准构件，主体具有设置在主体内的通孔；且其中对准部件能够沿着穿过所述对准构件的轴线将所述对准构件对准到另一个相应的对准构件；且其中通道片设置在所述两个对准部件之间。

技术领域

本公开广泛地涉及用于电池堆的板构件以及形成用于电池堆的板构件的方法。

背景技术

在目前的技术中，燃料电池组件正越来越多地被集成以简化堆组装工序和降低成本。例如，通常使用具有五层的典型膜电极组装件(MEA)。这种具有五层的MEA包括夹在或设置在两层分散介质之间的一层质子交换膜(PEM)，其中一层催化剂位于PEM和分散介质之间的两个界面中。这种布置集成了膜、电极以及扩散介质，从而简化了MEA的堆叠组装。

然而，关于作为双极板的堆叠的其他重要组件，还有其他的进展。

在PEM燃料电池行业，所使用的材料已经有了显著地改善。传统的石墨双极板正逐渐被金属双极板所替代，这种金属双极板可以制成相对较薄，从而可以减小重量和尺寸，并提高堆叠的功率密度。这对便携式燃料电池和移动使用特别有利。

金属双极板的使用引发了许多新的挑战。由于金属双极板通常制成具有至少一个峰和一个谷的波纹形式，所以隔板片会被用于形成空气流动通道以及防止分散介质中流动的氢气与空气接触。将由堆叠两端的孔形成的氢流动通道进行密封是一个挑战，尤其是当使用波纹片时。而波纹片、隔板片和MEA的对准是另一个挑战。

通常希望燃料电池的组成部分，即双极板、MEA、波纹片和隔板片，的孔径能被良好地密封和对准。当进行组装时，这些部件在燃料电池内形成连续的圆柱形空腔，并用作内部歧管。氢气通过该歧管并被均匀地分散到相应的电池。当从电池净化时，过量的氢气通过类似布置的另一个歧管散出。

已经认识到，燃料电池(即双极板、MEA、波纹片和隔板片等之间)内的所有孔的对准不良导致了氢气的流动障碍。由于燃料引入的减少，这降低了堆叠的性能。另外，对准不良也导致氢气到堆叠中的每个电池的不均匀分布，并且由于对具有较低氢气引入量的电池的化学计量数量的减少，这导致了总体性能降低。

已经认识到，堆叠两端中的孔不足以进行正确的对准。如所前述讨论的那样，对准不良会影响堆叠的美感以及功率输出性能。

此外，所使用的波纹片通常涂覆有贵金属，例如金或银，因此其价格相对昂贵。然而，堆叠两端附近的区域通常不会被使用，因此这导致了波纹片材的浪费。

此外，已经认识到，由于紧密密封的要求，当前的堆叠组装过程是复杂的。

在当前的一个已知实例中，MEA在堆组装件内对准。堆叠是包括燃料电池、压缩机和电解剂的电化学装置。紧密式阴极系统使用于堆叠组装件中。因此，使用框架来定位MEA和隔板。MEA完全封闭在框架的主体内。需要围绕在双极板周边的密封布置，例如珠子布置或弹性体密封件。桥梁被布置在框架两端的开口的周边处以邻接定位装置。密封和桥梁的这些要求增加了制造过程中的复杂性。此外，在制造过程中还需要遵循严格的容差，以确保MEA被封闭在框架中。此外，在该实例中的堆叠组装件是不安全的，这是因为双极板的框架仅依靠在两个定位装置上。

在另一个目前已知的实例中，波纹板被用粘合剂附接到基板上。然而，已经认识到，当使用粘合剂时，在制造过程中存在几个自由度。因此，通常在制造过程中会出现超过定位布置的容差极限，并出现对准缺陷。

在另一个目前已知的实例中，中继单元被用于固体氧化物燃料电池中。中继单元中的框架和隔板建立了多个燃料流通路径和管道室。导管和隔板的呈脊状的洞被定位以对准中继单元的堆叠。中继单元先被堆叠而没有设置任何安全点。因此，通常存在经堆叠的中继单元不能被正确对准的问题。