[发明专利]具有丝网印刷的密封件的燃料电池的制造方法

说明书

本发明涉及一种用于制造燃料电池的方法，所述燃料电池包括由双极板分隔的单元电池的堆叠，每个单元电池包括至少一个由离子交换膜分隔的阳极元件和一个阴极元件、加强元件以及气体扩散层，所述方法包括以下步骤：通过丝网印刷制造硅酮密封件的步骤；将硅酮密封件设置在加强元件上的步骤；组装单元电池的部件的步骤；以及在单元电池的任一侧设置双极板的步骤。根据期望的电池堆的大小，按照需要多次重复这些步骤。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，更具体地，涉及燃料电池的制造和组装领域。

背景技术

燃料电池能够通过利用燃料(通常是氢)和氧化剂(通常是氧气)的电化学反应而产生电能。

固体电解质质子交换膜型燃料电池(PEMFC)通常包括构成电化学发电装置的平板形式的单元电池的堆叠，每个单元电池都通过双极板与相邻的单元电池分隔开。每个单元电池都包括阳极元件和阴极元件，所述阳极元件和阴极元件通过离子交换膜形式的固体电解质而分隔开，所述固体电解质由例如含硫的全氟化聚合物材料制成。这种包括阴极元件、阳极元件和固体电解质的实体形成膜电极组件，也称为MEA(法文缩写为AME)。

此外，如文献US2008/0105354中所述，通常通过添加加强件来补充这些组件，所述加强件由聚合物膜形成，并且可以通过便利于对组件的操作或者通过根据温度和湿度来限制的膜的尺寸变化来避免MEA的劣化。这些加强件通常叠置在电极的周缘。此外，在电极和双极板之间插入气体扩散层。

根据通常的替代实施方案，每个双极板在一侧上将燃料供应至与该侧相邻的单元电池，并且在另一侧上将氧化剂供应至与该另一侧相邻的单元电池，双极板并行地进行这种供应操作。例如由碳布制成的气体扩散层安装在MEA的任一侧上，以便提供电导以及获得经由双极板提供的反应气体的均匀到达。

将双极板、气体扩散层和MEA的连续堆叠保持在必须确保良好的电接触和良好的气密性的承载压力下。但是，保持在压力下并不足以确保完美的气密性。已证明了在膜电极组件和双极板之间设置例如由硅酮或EPDM制成的密封件是有用的。

已知几种用于制造这种密封件的方法，例如模制或切割。但是，这些方法具有各种缺点。因此，通过切割进行的制造导致高的材料浪费水平，并且给装配造成技术难度。通过模制进行的制造设置起来非常复杂，并且需要使用昂贵的工具。此外，通过模制进行的制造不允许将密封件直接设置在加强件上。

因此，本发明的目的是提出一种能够克服这种缺点的制造燃料电池的方法。

发明内容

因此，本发明涉及一种用于制造燃料电池的方法，所述燃料电池包括由双极板分隔的单元电池的堆叠，所述方法包括以下步骤，每个单元电池至少包括由离子交换膜分隔的阳极元件和阴极元件、加强元件以及气体扩散层，所述方法包括以下步骤：

-通过丝网印刷制造硅酮密封件的步骤，

-将硅酮密封件设置在加强元件上的步骤，

-组装单元电池的构成元件的步骤，以及

-在单元电池的任一侧上设置双极板的步骤，

根据期望的电池堆的大小，按照需要多次重复这些步骤。

因此，在根据本发明的方法中，在制造膜电极组件之前，将丝网印刷的密封件沉积在加强件上。事实上，已经发现，如果预先组装单元电池的所有构成元件，则气体扩散层比加强件高，并且以这种方式产生的这种厚度妨碍了丝网印刷，并因此降低了沉积的密封件的品质。此外，通过后面将详细描述的丝网印刷来制造密封件，需要使用可能在沉积期间污染膜的溶剂。最后，由于通过丝网印刷进行的沉积不是绝对可靠的，因此优选的是在密封有缺陷的情况下，能够仅更换加强件，而不必更换组件的所有构成元件。

使用丝网印刷来制造密封件具有许多优点，包括：

-最少地使用产品，