[发明专利]具有集成密封件的可压缩燃料电池辅助垫

说明书

技术领域

本申请涉及燃料电池和燃料电池堆，并且更具体地涉及用于燃料电池的辅助垫。

背景技术

通常称为燃料电池的电化学转换电池通过处理第一和第二反应物来产生电能。通常，这是通过氢的氧化以及氧的还原来实现的，但是采用其他反应物(例如，烃气)的燃料电池也是公知的。通过说明而非限制，一种典型的燃料电池包括聚合物膜(例如，质子交换薄膜)，其设置在阴极和阳极之间以便形成膜电极组件(MEA)。MEA定位在一对气体扩散介质层之间，并且这些部件定位在阴极板与阳极板之间以便形成单个电池。

对于许多应用-例如为车辆提供动力来说，由单个电池提供的电压通常太低。因此，为了提供更适当的电压值，多个单独的电池通常构造成“堆”。在这种构造中，导电双极板定位在一个电池的阳极侧扩散层与相邻电池的阴极侧扩散层之间。分隔相邻电池的双极板用作集电器并且具有对置表面-一个表面限定用于输送燃料(例如，氢或烃)到一个电池的阳极的流动路径，而另一个表面限定用于输送氧化剂(例如，氧或空气)到相邻电池的阴极的流动路径。每个双极板还具有在其中限定的用于输送冷却剂的流动路径。

双极板的各种流动路径连接到限定在所述板内的对应歧管。例如，燃料流动路径通常连接到两个燃料歧管，并且氧化剂流动路径通常连接到两个氧化剂歧管。然而，流动路径的截面面积显著小于歧管的截面面积。相应地，反应物/冷却剂的流率和压力在从歧管进入流动路径时升高。为了减轻高压反应物和冷却剂从燃料电池堆的泄漏，通常在每个双极板之间形成密封件(包括密封珠和辅助垫)，并且压缩所述堆。已使用适应燃料电池环境的弹性密封珠材料和薄膜聚合物辅助垫材料获得了良好的结果。然而，仍然存在对双极板之间的密封方式进行改进的持续需求，尤其是那些可以降低制造燃料电池堆的复杂性和成本的改进方式。

发明内容

本发明在各种实施方式中提供了：由基于挤压的微孔聚合泡沫制成的燃料电池辅助垫；包括本发明提供的辅助垫的燃料电池堆；使用本发明提供的辅助垫在燃料电池堆的板之间密封的方法；以及制造这种辅助垫的方法。

在各种公开的实施方式中，本发明提供了用于燃料电池的微孔聚合泡沫辅助垫。在某些实施方式中，这种辅助垫可包括：(ⅰ)活性区域，所述活性区域构造成当与膜电极组件一起组装在一对燃料电池板之间时为膜电极组件提供框架；(ⅱ)供给区域，所述供给区域包括歧管部分，所述歧管部分适应所述一对板的阳极、阴极以及冷却剂歧管；以及(ⅲ)至少一个密封珠通道，所述至少一个密封珠通道结合到聚合泡沫中并且构造成接纳并且包含密封珠材料。

还在各种公开的实施方式中提供了包括本发明提供的辅助垫的燃料电池堆。在某些实施方式中，这种燃料电池堆可包括：(ⅰ)设置在电池堆中的一对板；(ⅱ)设置在所述一对板之间的膜电极组件；(ⅲ)设置在所述一对板之间的基于挤压的微孔聚合泡沫辅助垫，所述辅助垫包括至少一个密封珠通道，所述至少一个密封珠通道结合到所述聚合泡沫中并且构造成接纳和包含密封珠材料；以及(ⅳ)设置在所述至少一个密封珠通道中的固化的密封珠。在所述辅助垫设置在所述一对板之间之前、在所述辅助垫设置在所述一对板之间之后或者两者，可以通过将密封珠材料沉积到所述通道中并且使所述密封珠材料固化来形成所述固化的密封珠。

另外，在各种公开的实施方式中提供了在燃料电池堆的板之间进行密封的方法。这种方法可包括：(ⅰ)提供设置在电池堆中的一对板；(ⅱ)提供膜电极组件；(ⅲ)提供基于挤压的微孔聚合泡沫辅助垫，所述辅助垫包括(a)活性区域，所述活性区域构造成为膜电极组件提供框架；以及(b)至少一个密封珠通道，所述至少一个密封珠通道结合到聚合泡沫中并且构造成接纳和包含密封珠材料；(ⅳ)将本发明提供的辅助垫以及薄膜电极组件设置在所述一对板之间以便通过所述辅助垫的活性区域为所述膜电极组件提供框架；以及(ⅴ)在将所述辅助垫设置在所述一对板之间之前、在将所述辅助垫设置在所述一对板之间之后或者两者，将密封珠材料沉积到所述至少一个密封珠通道中。

在各种公开的实施方式中，还提供了制造用于燃料电池的辅助垫的方法。所述方法可包括：(ⅰ)提供基于挤压的微孔聚合泡沫片；(ⅱ)将提供的片加热到易弯曲温度；(ⅲ)将所述片模制成至少具有(a)包括可移除部分的活性区域，(b)供给区域，所述供给区域适应一对燃料电池板的阳极、阴极以及冷却剂歧管，所述供给区域包括多个可移除的部分，以及(c)至少一个密封珠通道，所述至少一个密封珠通道结合到聚合泡沫中并且构造成接纳并且包含密封珠材料。本发明提供的片还可以在可移除的部分移除之前或之后被交叉链接。