[发明专利]燃料电池的弹性体电池框架、其制造方法及使用其的燃料电池

说明书

本申请提供一种用于燃料电池的弹性体电池框架，其包括：插入件，其中膜电极组件和设置在该插入件的两个表面上的一对气体扩散层结合在一起；隔膜组件，其设置在插入件的一个表面上，其中一对隔膜配置为面向彼此；以及片状弹性体框架，其设置为在插入件和隔膜组件的外侧区域中围绕插入件的边缘和隔膜组件的边缘及其侧表面，并通过热结合与插入件的边缘和隔膜组件的边缘一体地结合。

技术领域

本公开内容涉及一种用于燃料电池的弹性体电池框架、其制造方法以及使用该弹性体电池框架的燃料电池堆，更具体地，涉及通过使用由热塑性弹性体(TPE)制成的片状弹性体框架，在没有单独的粘合构件的情况下，将膜电极组件、气体扩散层和隔膜一体地结合的弹性体电池框架。

背景技术

燃料电池是用于使燃料电池堆中的燃料的化学能发生电化学反应以将其转化为电能的一种发电装置，不仅可以用于提供工业、家庭和车辆的驱动力，还可以用于提供小型电子产品(诸如便携式装置)的动力，并且近来，其使用范围正逐渐扩大为高效的清洁能源。

燃料电池的单元电池具有设置在其最内部的膜电极组件(MEA)，并且膜电极组件由能够传递氢质子的聚合物电解质膜和催化剂层组成，该催化剂层即施加在聚合物电解质膜的两个表面上的阴极和阳极，使得氢和氧可以彼此反应。

另外，在膜电极组件的一个表面和另一个表面上，即在设置阴极和阳极的外部，设置一对用于供应反应气体并排出由反应生成的水的隔膜。此时，可以在膜电极组件与隔膜之间插入用于扩散或平滑化反应气体流和生成的水流的气体扩散层(GDL)。

同时，已经常规地制造了用于将膜电极组件和垫片一体化的膜电极垫片组件(MEGA)，并且将其用于保持单元电池的气密性以及在堆叠过程中的便利性。

另外，还提出了一种用于使插入件一体化的一体化框架，该插入件具有结合至膜电极组件和垫片的气体扩散层。

然而，常规的一体化框架通常通过使用粘合剂将框架和塑料材料的插入件结合在一起。另外，当通过使用常规的一体化框架来制造单元电池时，单独地需要粘合构件和密封构件以便将隔膜和一体化框架粘合。该过程可能导致材料成本和制造成本的增加。

另外，常规地，将面向彼此的一对隔膜预先结合，然后在堆叠过程中使用，以便在堆叠单元电池时将面向彼此的隔膜在彼此相邻的单元电池中对准。

此时，在堆叠的一对隔膜上形成反应气体和冷却剂流入和流出的歧管部分。存在如下问题，由于由金属材料制成的隔膜的歧管部分是直接接触反应气体和生成的水的结构，因此当长时间驱动燃料电池时，金属材料的歧管部分被腐蚀。

另外，存在如下问题，由于使用了由薄板构成的金属隔膜以减小燃料电池的体积，因此该薄板的隔膜的外歧管部分容易由于外部冲击而变形，并且很难处理。

作为背景技术解释的前述内容仅旨在帮助理解本公开内容的背景，而并非旨在表示本公开内容落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。

发明内容

本公开内容提供了一种用于燃料电池的弹性体电池框架、其制造方法以及使用该弹性体电池框架的燃料电池堆，其通过使用由热塑性弹性体(TPE)制成的片状弹性体框架，在没有单独的粘合构件的情况下，将膜电极组件、气体扩散层和隔膜一体地结合。

另外，本公开内容提供一种用于燃料电池的弹性体电池框架、其制造方法以及使用该弹性体电池框架的燃料电池堆，其在弹性体框架上可以具有多个流入歧管通孔和多个流出歧管通孔，并且隔膜不会形成歧管区域，从而解决了在歧管区域中引起的腐蚀和弯曲变形问题。