[发明专利]用于燃料电池堆的密封件结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种PEM燃料电池，且尤其涉及一种结合在燃料电池堆内部的密封件结构。

背景技术

燃料电池已经在许多领域中用作能源。例如，燃料电池已经计划用于电动车能源来取代内燃引擎。在质子交换膜(PEM)型燃料电池中，氢供给燃料电池的阳极和氧作为氧化剂供给给阴极。PEM燃料电池包括膜电极组件(MEA)，该膜电极组件包括薄的、质子传导的、非电子导电的固相聚合物电解质薄膜，在该薄膜的一面具有阳极催化剂和在其相对面具有阴极催化剂。MEA夹在一对用作阳极和阴极集电器的无孔、导电的元件或板上，并且该元件或板包含形成在其中的用于在各自阳极和阴极催化剂的表面上分配燃料电池气体反应物的合适的通道和/或开口。

夹持MEA的电子导电板在其面上可以包括一系列凹槽，该凹槽限定用于在各自阴极和阳极表面上分配燃料电池气体反应物(即空气形式的氢和氧)的反应物流场。这些反应物流场通常包括许多平台，该平台确定了在其间的许多流道，气体反应物通过这些流道从流道一端的供给歧管流动到流道相对端的排放歧管。

典型地，非导电衬垫或密封件在燃料电池堆的多个板之间提供密封和电绝缘。此外，该密封件提供流道以用于气体反应物从供给歧管到各自阳极和阴极催化剂的表面上。通常，该密封件包括塑模柔性材料，例如橡胶。因为该密封件由柔性材料制成并且具有狭窄的壁厚，所以在装配过程中操作它们是很困难的。

图6说明了用于燃料电池堆的现有技术的密封件结构，其包括第一双极板110和第二双极板112，在其周边每个分别配有凹进的凹槽部分114、116。MEA 118布置在双极板110、112两者之间。该MEA 118包括在一面具有阳极催化剂和在第二面具有阴极催化剂的离聚物层118A。在MEA 118的边缘，离聚物层118A包括第一辅助垫圈层122和第二辅助垫圈层124。具有两个辅助垫圈层122、124的该离聚物层与凹进区域114中的一个双极板110相对布置。密封部件126布置在相对的双极板110、112的凹进的区域114、116中并且与辅助垫圈层124相对挤压。如图6所示，现有技术的设计提供了阳极或阴极气体进入的比较大的支路区域128，并且与密封部件126的边缘表面相对布置。

在燃料电池堆的组装过程中，利用图6中说明的密封件结构，可视设置该元件，同时在元件设置的上面通过非常有限的控制来组装燃料电池堆。由于连接到薄膜118的辅助垫圈122、124，组装区域中的相对湿度能够改变薄膜118的尺寸，这就要求控制生产区域中的湿度以减小对于周围相对湿度变化的敏感性。换句话说，由于与湿度相关的PEM薄膜在不同的湿度条件下或者膨胀或者收缩，相对于双极板中流道的垫圈材料的位置改变了。

发明内容

因此，本发明提供一种用于燃料电池的密封件结构，燃料电池包括每个布置在MEA相对侧的第一双极板和第二双极板，每个第一和第二双极板包括沿其边缘布置的凹陷区域。该密封件结构包括粘附在第一双极板凹陷区域的第一辅助垫圈和粘附在第二双极板凹陷区域的第二辅助垫圈。第一和第二辅助垫圈布置在膜电极组件的相对侧。密封部件布置在第一和第二双极板的凹陷区域中并且在第一和第二辅助垫圈之间。本发明的设计减小了支路区域的尺寸，提供了所有元件设置的较好控制，和消除了由于不正确设置部分的失败。这种方法还减小了对周围相对湿度变化的敏感性且因此通过消除了对生产区域中湿度控制的需要而降低了生产成本。

在下文给出的详细说明中，本发明进一步的实用性将会变的更加明显。应该理解的是表示本发明优选实施例的详细说明和具体实例仅是用于说明和没有打算限制本发明的范围。

附图说明

通过详细说明和附图能够更加全面理解本发明，其中：

图1是根据本发明原理的燃料电池的分解透视图；

图2是根据本发明原理用于燃料电池的密封件结构的截面图；

图3是根据本发明第二实施例的用于燃料电池的密封件结构的截面图；

图4是根据本发明第三实施例的用于燃料电池的密封件结构的截面图；

图5是根据本发明第四实施例的用于燃料电池的密封件结构的截面图；和

图6现有技术密封件结构的截面图。

具体实施方式

下面的优选实施例描述实质上仅是示范性的和没有打算限制本发明、其应用或使用。