[实用新型]在燃料电池中固定垫片的燃料电池组件

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池中的垫片，以及确保垫片即使在热循环中仍密封的系统。

背景技术

在燃料电池组中，聚合物垫片用于在阳极板和阴极板之间，例如双极板之间密封。

罗克的美国申请US7081316公开了一种燃料电池组，其中双极板组件夹在两个垫片之间，两个垫片覆盖双极板组件的边缘。垫片包括靠近相对边沿的开口，用于沿燃料电池组运输燃料气和空气所要求的通道。双极板组件由金属板制成，其结合使得在板之间具有用于冷却的水通道。

在生产期间需要将这种垫片精确定位，以提供合适的密封；并且为了保证长期合适的密封，垫片需要保持在该位置。长期的合适密封是具有挑战性的，因为当打开和关闭时，燃料电池的重复热循环导致垫片相对于双极板轻微膨胀和收缩，这是由于它们由具有不同热膨胀系数的不同材料制成。重复这种膨胀和收缩成百或甚至上千次使得垫片大幅度移动和变形，最后导致泄漏。

杉浦的专利申请US2005/079400和井上的专利申请US2002/0122970公开了将垫片模塑在双极板组件上。但是，这个方案非常复杂并昂贵，尽管其可提供良好的长期密封。转让给 Serenergy公司的考斯佳的专利US8865362公开了放置垫片的凹槽，以便固定垫片。韩国的国际专利申请WO2013/069888公开了一种燃料电池组件，其中垫片沿边沿区域具有凸起，其与各个凹槽适配。

尽管多种方法旨在提供长寿命的燃料电池组，在许多情况下垫片的长期稳定性仍然是个问题，特别是当燃料电池要循环加热冷却时。期望提供进一步的改进。

实用新型内容

因此本实用新型的目的在于为本领域提供改进。特别地，目的在于提供一种燃料电池组，其具有垫片的改进的长期稳定性。此目的通过下文所述的燃料电池组实现。

燃料电池，例如为燃料电池组的一部分，包括阳极板和阴极板以及其间的质子交换膜。

例如，阳极板和阴极板作为双极板整体设置在燃料电池组中。或者，阳极板和双极板结合成双极板组件，例如相互背靠背附接，其间具有密封的冷却液流场。这种冷却流场的例子为通道，例如蜿蜒成形的通道。在双极板组件中，阳极板具有朝向膜的阳极侧，阴极板具有朝向膜的阴极侧。阳极板和阴极板都具有相对的冷却侧，它们面向彼此，并包括冷却流场。

垫片具有分别邻接阳极板和阴极板的两个相对的，平面的，可变形的例如有弹性的表面，用于密封设置有膜的空间。特别地，垫片具有沿阳极板的边沿区域邻接阳极板的第一平面；以及沿阴极板的边沿区域邻接阴极板的第二相对平面。

为了提供进一步的密封，阳极板或阴极板或者两者均包括凸起，该凸起设置为沿边沿区域的线形轮廓。这些凸起密封地伸入垫片的可变形表面中。例如，当与垫片配合时，阳极板和阴极板的边沿区域围绕膜，并且凸起沿密封地围绕膜的边沿区域延伸。

在燃料电池的制造期间，膜设置在阳极板和阴极板之间的空间。垫片位于阳极板的边沿区域和阴极板的相对边沿区域之间，并且阳极板和阴极板压在一起，由此将凸起压入垫片的可变形平面中。垫片的平面由此变形，因为在装配期间，凸起在垫片的表面产生凹痕。

凸起确保垫片的长期密封效果，因为允许垫片膨胀和收缩，并允许垫片轻微的移动，而不会损失密封性能。如果密封剂相对凸起移动、膨胀或收缩，仅仅垫片的不同部分被压缩并变形，例如弹性形变，同时保持密封效果。此外，这个原理还具有优势：不再严格地必需将垫片相对于阳极板和阴极板精确放置，因为无论哪部分垫片在阳极板和阴极板之间挤压，凸起都会在垫片的可变形平面上产生凹痕。

相比垫片包括凸起且这些凸起容置在双极板的凹槽中的系统，，本实用新型的包围原则简单地多，并且长期更可靠，因为其不隐含凸起不再与凹槽匹配的风险。

有利地，在阳极板上的凸起具有相同的第一高度。相应地，阴极板上凸起具有相同的第二高度，但是其不必与第一高度相同，尽管通常情况是这样。例如，凸起具有的高度H在 0.02-0.1mm的范围内。

例如，垫片包括两个相互邻接的半边部分，其中一个半边部分邻接阳极板的边沿区域，并且另一个半边部分邻接阴极板的边沿区域。如果膜设置在框架上，该框架例如围绕膜延伸，其中框架形成薄片，本实施方式是有效的。然后薄片可夹在垫片的两个半边部分之间，由此使膜一侧的阳极空间相对膜的相对侧的阴极空间密封。这样，膜、阳极空间和阴极空间都相对环境密封。