專利名稱：聚合物膜燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚合物膜燃料電池。更具體地，本發(fā)明涉及安裝在每 一單個(gè)電化學(xué)電池單元之間的雙極板和安裝在層疊的各個(gè)電化學(xué)電 池單元兩側(cè)上的端板。
背景技術(shù)：
用于燃料電池的雙極板實(shí)現(xiàn)兩種截然不同的功能。眾所周知，必 須向電池供應(yīng)燃料氣體和氧化劑氣體，即供應(yīng)氫氣和空氣或純氧氣， 且還必須冷卻電池，即使得諸如水等冷卻劑通過電池。雙極板的一個(gè) 功能是允許輸送燃料電池工作所需的這些各種流體。此外，雙極板還 實(shí)現(xiàn)電氣功能即確保每一相鄰的電化學(xué)電池單元的陽極和陰極之間 的電傳導(dǎo)。當(dāng)然，通常通過串聯(lián)組裝大量的單個(gè)電化學(xué)電池單元形成 燃料電池，通過串聯(lián)電連接所需數(shù)量的單個(gè)電化學(xué)電池單元得到該電 池的額定電壓。這些不同的功能，即輸送流體和導(dǎo)電，確定了用于生產(chǎn)這些雙極 板的材料必須滿足的規(guī)格。所使用的材料必須具有很高的電導(dǎo)率。所 使用的材料還必須不能被所使用的流體滲透且對(duì)于這些流體表現(xiàn)出 非常高的化學(xué)穩(wěn)定性。此外，雙極板必須具有足夠的機(jī)械性能，以便能夠疊置大量的單 個(gè)電化學(xué)電池單元和相關(guān)的雙極板，并且允許通過使用連結(jié)桿而壓縮 在端板之間來固定該組件。雙極板必須具有足夠的機(jī)械性能以耐受這 種壓縮。通常將石墨用作該材料，同時(shí)其提供高電導(dǎo)率且不與所使用的流體起化學(xué)作用。專利申請(qǐng)WO 2005/006472公開了這種雙極板的 可行實(shí)施例?？梢钥闯觯鼈兪峭ㄟ^對(duì)兩個(gè)比較剛性的石墨板和插入 的由比較柔軟的石墨材料所制成的薄板進(jìn)行疊置而形成的，以便允許 各個(gè)層的厚度偏差。石墨板包括用于分配燃料氣體和氧化劑氣體(即
氫氣和空氣或純氧氣)所需的通道的網(wǎng)絡(luò)，以及用于使諸如水等冷卻 劑能夠流過每一雙極板的通道的網(wǎng)絡(luò)。遺憾的是，涉及形成石墨雙極板的剛性部件在壓緊的過程中相對(duì) 易碎，特別是在同時(shí)組裝電池的操作過程中。另外，前面所提到的由 柔軟的石墨材料所制成的層在工業(yè)工藝中特別難于操作。所有這些都 顯著增大了這種雙極板的生產(chǎn)成本。專利US 6379476提出制造如下雙極板，該雙極板由涂覆有表面 鈍化膜的不銹鋼制成且具有在表面處突出的碳化物夾雜。根據(jù)該發(fā)明 的文檔，所提出的產(chǎn)品應(yīng)具有足夠低的電接觸電阻，以便由其制造雙 極板。然而，雖然該解決方案相對(duì)于完全由石墨所制造的雙極板可能 具有某些優(yōu)勢(shì)，尤其關(guān)于機(jī)械性能方面，但是其實(shí)現(xiàn)起來仍然復(fù)雜且 電阻率可能太高，尤其是在欲獲得燃料電池的非常高的功率密度的情 況下。專利申請(qǐng)WO 00/05775提出制造由聚合物材料制成的雙極板， 該雙極板一直到高溫都具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，并且該雙極板在其中存 在可能包括微量酸的水蒸氣或冷凝物的氧化氣氛下具有良好的物理 化學(xué)特性，通過雙極板的電傳導(dǎo)由金屬圓柱體提供，其中所述金屬圓 柱體穿過聚合物板并伸入到每一面中，以便穿透到位于每一聚合物板 的兩側(cè)上的電極中。該公開并未解決冷卻雙極板的問題。專利申請(qǐng)F(tuán)R 2836385描述了一種雙極板，其由用于燃料和氧化 劑氣體的兩個(gè)由非金屬材料制成的分配板形成，兩個(gè)分配板彼此隔 開，以便在其間布置用于循環(huán)傳熱流體的通道。設(shè)置在每個(gè)雙極板的 每一側(cè)上(在非金屬氣體分配板之上)的兩個(gè)部件確保對(duì)每個(gè)電化學(xué) 電池單元所產(chǎn)生電流的收集。每一部件都具有足夠的用于氣體通過的 孔。該部件電連接到每個(gè)雙極板。由該專利申請(qǐng)的說明書看來顯而易 見的是，電連接是一種制造起來復(fù)雜的特殊類型。在一個(gè)實(shí)施例中， 電連接由將非金屬氣體分配板隔開的銅夾層提供。作為一個(gè)變形例， 提出將這些電連接設(shè)置在板的外側(cè)。無論如何，這都需要復(fù)雜的部件、 焊接并使得該結(jié)構(gòu)笨重、體積大且制造費(fèi)用高。本發(fā)明的目的是提供一種盡可能易于制造的用于雙極板或端板 的布置，其可以獲得相對(duì)于燃料電池的重量和尺寸來講非常高的功率 輸出水平，換句話說，其尤其允許利用傳熱液體進(jìn)行冷卻，以便在機(jī) 動(dòng)車輛中使用燃料電池更加容易。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種分配板，其具有第一面和與所述第一面相對(duì)的第 二面，將所述第一面設(shè)計(jì)為與擴(kuò)散燃料電池所使用的氣體中的一種氣 體的膜相接觸，所述分配板具有給定的厚度并且具有被設(shè)計(jì)為與離子 交換膜相對(duì)設(shè)置的工作部分，所述分配板在所述第一面上包括凹槽， 該凹槽形成用于所述氣體中的一種氣體的第一分配通道，所述第一分 配通道幾乎遍布在所述第一面的整個(gè)工作部分上，其特征在于所述分 配板由結(jié)構(gòu)性支撐體形成，其中該結(jié)構(gòu)性支撐體至少在表面上不導(dǎo)電 且至少在表面上為化學(xué)惰性，其特征還在于所述分配板包括穿透到所 述結(jié)構(gòu)性支撐體中的插針，所述插針穿過所述第一面的突出部分未與 所述第一通道相交，所述插針由導(dǎo)電的非金屬材料制成。當(dāng)然，雖然以上只提及了一個(gè)單個(gè)的氣體分配通道(特別地，這 使人聯(lián)想到燃料電池的端部處所使用的分配板)，但是本發(fā)明還涉及 插在兩個(gè)電化學(xué)電池單元之間的雙極板，這兩個(gè)電化學(xué)電池單元相鄰 并且通過所述雙極板串聯(lián)耦合。在這種情況下，本發(fā)明擴(kuò)展到形成雙 極板的分配板，此時(shí)將第二面設(shè)計(jì)為接觸用于使燃料電池所使用的氣 體中的另一種氣體擴(kuò)散的膜，所述第二面包括凹槽，該凹槽形成用于 所述氣體中的另一種氣體的第二分配通道，所述第二分配通道幾乎遍 布在第二面上的整個(gè)工作部分上。有利地，為了確保分配板的冷卻，本發(fā)明的分配板(特別在其形 成雙極板時(shí))在其厚度內(nèi)包括用于冷卻劑循環(huán)的內(nèi)部通道，所述內(nèi)部 通道具有幾乎覆蓋整個(gè)工作部分的布置、并且在所述工作部分內(nèi)未在 第一面上或第二面上出現(xiàn)。在分配板中，特別在雙極板中，本發(fā)明因此提出對(duì)一方面輸送流 體的功能和另一方面導(dǎo)電的功能進(jìn)行分離。對(duì)于結(jié)構(gòu)性支撐體，本發(fā) 明選擇與所使用的流體不起化學(xué)作用或者被改變?yōu)榕c所使用的流體
不起化學(xué)作用的材料，至少在表面上，更確切地是至少在與所述流體 相接觸的表面上不起化學(xué)作用的材料。實(shí)際上，非常重要的是所述材 料的表面不會(huì)被氫氣、氧氣、重新形成的水或者在通道中輸送的任何 其他物質(zhì)侵蝕，并且特別是材料在表面上對(duì)燃料電池工作中的苛刻條 件保持為惰性。此外，仍然考慮結(jié)構(gòu)性支撐體，這里再次考慮至少結(jié) 構(gòu)性支撐體的表面，選擇不導(dǎo)電的或?qū)щ娦阅懿畹?。這對(duì)于與所冷卻 的雙極板中的冷卻劑相接觸的所有表面尤其有利。這免除了冷卻劑不 能導(dǎo)電。所選擇的用于結(jié)構(gòu)性支撐體的材料的機(jī)械性能適應(yīng)于由于制造 過程以及工作中的那些過程所產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力。為了使其至少在表面 上不導(dǎo)電，可以采用整體都不導(dǎo)電的材料，例如塑料。然而，為了優(yōu) 化導(dǎo)熱性，特別是為了制造雙極板，最好選擇金屬材料，對(duì)該金屬材 料進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥幚?，以滿足表面不導(dǎo)電且充分地化學(xué)惰性的要求。足夠數(shù)量的由導(dǎo)電材料制成的插針提供了分配板(特別在其雙極 形式下)的電操作所需的導(dǎo)電性，所述插針穿過板的整個(gè)厚度并且優(yōu) 選遍布在其整個(gè)表面上。因此，所述插針由其中包括石墨、高度充滿 碳黑的聚合物和充滿短碳黑纖維的聚合物的組中的材料制成。如果在 表面上沒有任何金屬粉末，該組還可以包括充滿金屬粉末的聚合物， 這例如需要具有兩個(gè)連續(xù)注射成型操作的制造工藝。例如，制造一種由兩個(gè)疊置的分配板制成的雙極板，這是非限制 性的。這些分配板中的一個(gè)包括用于輸送氣體中的一種的通道，而這 些分配板中的另一個(gè)包括用于在其一個(gè)面上輸送氣體中的另一種的 通道以及在其另一面上被設(shè)計(jì)為用于冷卻劑通過的通道。通過將冷卻 劑的通道設(shè)置在中心而疊置分配板，因此將冷卻劑的通道命名為"內(nèi) 部通道"。板的結(jié)構(gòu)性支撐體可以是塑料，或者可以由被處理為對(duì)所使用流 體的化學(xué)侵蝕成惰性的鋁而制成。實(shí)際上，如何使鋁板鈍化是公知的， 并且眾所周知的是由于形成了氧化鋁，因此這種鈍化涂層使得鋁不導(dǎo) 電。在組裝之前，對(duì)每一分配板進(jìn)行穿孔，或者在組裝之后，然后對(duì)所生產(chǎn)的雙極板進(jìn)行穿孔，在沒有通道通過的區(qū)域中形成大量極小直 徑的孔。接著，可以將由導(dǎo)電材料制成的插針插入這些孔中。因此， 有必要對(duì)其進(jìn)行布置，使得第一和第二通道的布置和內(nèi)部通道的布置 在工作部分中留出允許制造這種孔的區(qū)域，使得這些孔自身也遍布在 整個(gè)工作部分上，并考慮到燃料電池將提供的最大電流密度而形成足 夠的累積部分。值得注意的是，除圓形以外，孔的橫截面可以是任意 形狀，例如方形或橢圓形，各種孔的橫截面可以具有不同的形狀或者 具有不同的直徑或尺寸。插針?biāo)玫牟牧峡梢允鞘?，即使該石墨沒有特定的機(jī)械性質(zhì)。 然而，值得注意的是，由于其端部將接觸所使用的氣體，并與通過在 每個(gè)電化學(xué)電池單元的擴(kuò)散膜上接觸所重新形成的水相接觸，因此其 對(duì)于流體具有好的化學(xué)鈍性是有用的，不對(duì)金屬材料進(jìn)行特殊處理不 能得到所述化學(xué)鈍性。下面的說明書詳細(xì)描述了雙極板。當(dāng)然，如前所述，本發(fā)明不限于雙極板；本發(fā)明還可以擴(kuò)展到設(shè)置在層疊的單個(gè)電池單元兩側(cè)上的 分配板。在端部處，分配板非常類似于下面描述的第一分配板，這是 因?yàn)樵诿恳欢瞬?，只需要擴(kuò)散燃料電池所使用的兩種氣體中的一種， 而提供內(nèi)部冷卻通道通常是沒有意義的。


由于詳細(xì)說明了附圖中所示的一個(gè)實(shí)施例，因此將更好地理解本 發(fā)明，在附圖中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的雙極板的各個(gè)組成部件的分解圖； 圖2示出了組裝時(shí)所呈現(xiàn)出的根據(jù)本發(fā)明的雙極板； 圖3示出了一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)性支撐體； 圖4示出了用于對(duì)所述實(shí)施例的插針進(jìn)行注射成型的裝置； 圖5示出了用于圖4中的注射成型裝置的配對(duì)模具 (counter-mould); 以及圖6示出了根據(jù)所述實(shí)施例的雙極板。
具體實(shí)施方式
圖1中示出了通過組裝第一分配板11和第二分配板12所形成的 雙極板1。將雙極板1設(shè)計(jì)為與形成電化學(xué)電池單元2的部件相結(jié)合。 眾所周知，目前通常通過疊置5層來形成單個(gè)的電化學(xué)電池單元2(這 不以任何方式限制本發(fā)明)，所述5層為離子交換聚合物膜、包括開 始電化學(xué)反應(yīng)所需的化學(xué)元素的兩個(gè)電極，例如鉑、以及兩個(gè)氣體擴(kuò) 散層，這兩個(gè)氣體擴(kuò)散層可以提供氣體的均勻擴(kuò)散，所述氣體由離子 交換膜的整個(gè)表面上的雙極板的網(wǎng)絡(luò)所傳輸。位于圖1中的電化學(xué)電 池單元2上的是與燃料電池的工作部分S相對(duì)應(yīng)的表面，即是允許產(chǎn) 生電的電化學(xué)反應(yīng)的位置的區(qū)域。第一分配板11、第二分配板12和電化學(xué)電池單元2在一側(cè)上包 括具有橫截面較大的三個(gè)開口 31、 32和33的區(qū)域，且在相對(duì)側(cè)上還 包括具有橫截面較大的三個(gè)開口 34、 35和36的另一區(qū)域。從一個(gè)分 配板11到另一分配板12并且從分配板11和12到電化學(xué)電池單元2， 所有的開口 31排列成一直線。類似地，從一個(gè)分配板11到另一分配 板12并且從分配板11和12到電化學(xué)電池單元2，所有的開口 32、 33、 34、 35和36分別排列成一直線。開口 31和33的集合分別形成 用于輸送下列氣體之一的歧管對(duì)于開口31和33， 一些(例如31) 輸送氫氣，而其它的(例如33)輸送氧氣。開口 34和36的集合分 別形成用于回流下列氣體之一的歧管對(duì)于開口34和36， 一些G4) 確保未被燃料電池消耗的氫氣的回流，而其它的(36)確保未被燃料 電池消耗的氧氣的回流。所有的開口 32形成輸送冷卻劑的歧管，而 所有的開口 35形成確保用于控制燃料電池的溫度的冷卻劑的回流的 歧管。第一分配板11的一個(gè)面lll包括第一分配通道111，對(duì)其進(jìn)行布 置以便于將燃料電池所使用的兩種氣體中的一種分配在第一板11的 整個(gè)工作部分S上。第一分配通道111從穿過第一分配板11的厚度 的孔口 llla開始，并且終止于同樣也穿過第一分配板11的孔口 lllb。第二分配板12的一個(gè)面121包括內(nèi)部通道122，對(duì)其進(jìn)行布置以 便于將用于控制燃料電池的溫度的冷卻劑分配在第二分配板12的整
個(gè)工作部分S上?？卓?llla與切割到面121內(nèi)的通道部分lllc的端 部成一直線，以便與所述通道lllc連通。孔口 lllb與切割到相同面 121內(nèi)的通道部分llld的端部成一直線，以便與所述通道llld連通。 這些通道部分lllc和llld中的每一個(gè)與開口 31和34連通。這在第 一分配通道111和所述歧管之間提供連通。在這些面的另一面12r (圖1中不可見)上，第二板12具有第二 分配通道121 (不可見，與所述分配通道lll相似，且也對(duì)其進(jìn)行布 置以便將燃料電池所使用的兩種氣體中的另一種分配在第二分配板 12的整個(gè)工作部分上)。第二分配板12的開口 33和36分別與都切 割到面121中的通道部分121c和通道部分121d連通。通道部分121c 和121d中的每一個(gè)都在穿過第二分配板12的厚度的孔口 (圖1中不 可見)內(nèi)終止，以便使得第二通道121接觸所述歧管?？梢钥闯?，第一分配板11和第二分配板12包括大量的孔3。使 在第一分配板11上制造的孔3和在第二分配板12上制造的孔3成一 直線?？梢杂^察到，如此制造孔3，使得其絕對(duì)不會(huì)與布置在第一分 配板11和第二分配板12中的每一個(gè)上的任何通道111、 121和122 相交。在圖1中，還可以看到設(shè)計(jì)成被引入到每一個(gè)孔3中的插針10。 例如，這些插針由例如石墨制成的小圓柱體形成?？梢栽诜峙浒宓谋?面上制造大量的孔，例如一百個(gè)，而不會(huì)穿過設(shè)置的用于冷卻劑循環(huán) 的氣體分配通道或內(nèi)部通道。這些孔中的每一個(gè)的橫截面積大約是 lmm2。因此，可以看出所有插針的累計(jì)橫截面積可以通過例如在燃 料電池中所產(chǎn)生的那些高的工作電流。圖2示出了在對(duì)圖1給出的各個(gè)部件(分配板11和12和插針 10)組裝之后的根據(jù)本發(fā)明的雙極板l。例如，可以通過將分配板彼 此結(jié)合，然后通過壓入配合插針10來執(zhí)行組裝，以便確保分配板之 間且相對(duì)于內(nèi)部通道的分配通道之間，以及面111和llr之間的良好 密封性，從而不會(huì)將氣體混合。插針I(yè)O在工作部分中出現(xiàn)在所述第 一和第二面中的每一個(gè)面的兩側(cè)上。這種雙極板的每一面111和llr可以與鄰近的電化學(xué)電池單元2的擴(kuò)散層中的一個(gè)配合。圖2示出厚度為x的雙極板l，其與單個(gè)電 化學(xué)電池單元2結(jié)合。通過插入雙極板1將大量的電化學(xué)電池單元2 疊置，并在端部設(shè)置簡(jiǎn)單(非雙極)分配板，以便形成燃料電池。因此，由于本發(fā)明，可以選擇機(jī)械性能足以不但能夠傳遞燃料電 池的工作應(yīng)力而且還能夠使雙極板的制造自動(dòng)化的材料，以作為每一 單個(gè)板的基本組成材料。實(shí)際上，這種自動(dòng)化由工藝機(jī)器人進(jìn)行操作， 并且在該操作由于基板的組成材料的可靠性而需要很少的預(yù)防措施 時(shí)，執(zhí)行自動(dòng)化生產(chǎn)將只會(huì)更加簡(jiǎn)單、更加健壯且更加經(jīng)濟(jì)。對(duì)于該 第一實(shí)施例，每一單個(gè)板由形成結(jié)構(gòu)性支撐體的單個(gè)塊制成。結(jié)構(gòu)性 支撐體可以由塑料制成，或優(yōu)選地由被陽極氧化且在表面上覆蓋有聚 四氟乙烯(PTFE)的鋁制成以促進(jìn)熱交換，從而實(shí)現(xiàn)非導(dǎo)電表面的 要求并提高其化學(xué)惰性。從一個(gè)電化學(xué)電池單元2到另一個(gè)電化學(xué)電池單元2的電傳導(dǎo)完 全由插針10提供，可以看到，插針I(yè)O的一個(gè)端部101在圖2中的雙 極板l的面lll上示出。在相對(duì)于工作部分S減小的表面上的電氣功 能集中，仍然可以傳輸沒有達(dá)到過高電流密度的工作電流。因此，所 使用的板的表面的小部分(通常小于整個(gè)工作部分的10%)上的導(dǎo) 電部分的集中不會(huì)使設(shè)置分配通道和內(nèi)部通道的布置特別困難。繼續(xù)如圖3所示，現(xiàn)在將分析本發(fā)明的一個(gè)變形例。在該變形例 中，插針10A(見圖4)由可注射成型的材料制成，且分配板在第一 面的側(cè)面上包括由與插針相同的材料制成的表面層。利用與制造插針 相同的注射成型操作在結(jié)構(gòu)性支撐體上包覆成型(overmould)表面 層，使得表面層和插針形成促進(jìn)電傳導(dǎo)的連續(xù)介質(zhì)。為了對(duì)插針(以及由此這里所述例子中的表面層)進(jìn)行注射成型， 可以使用將碳黑和熱固性或熱塑性的含氟聚合物(例如聚偏二氟乙烯 PVDF)作為主要成分的膠(paste)。碳和聚合物的量至少為碳黑重量 的70%，并且優(yōu)選為80%，其余的是聚合物。碳的量必須足以使得 插針的表面電阻盡可能低。聚合物自身必須提供必要的粘合劑，必須 防腐蝕并且能夠易于被模壓和注射成型。在圖3中，可以觀察到結(jié)構(gòu)性支撐體IIOA，將該結(jié)構(gòu)性支撐體IIOA設(shè)計(jì)為用于形成第一分配板11A (見圖6)的部分。該結(jié)構(gòu)性支 撐體由陽極氧化鋁的薄板形成。結(jié)構(gòu)性支撐體IIOA在一側(cè)上包括具 有橫截面較大的三個(gè)開口 31A、 32A和33A的區(qū)域，并且在相對(duì)側(cè) 上也包括具有橫截面較大的三個(gè)開口 34A、 35A和36A的另一區(qū)域。 與第一個(gè)例子一樣，該組開口 31A、 32A、 33A、 34A、 35A和36A 形成用于輸送和排出氣體的歧管。結(jié)構(gòu)性支撐體110A包括穿過第一分配板11A的厚度的孔口 lllaA，且包括同樣穿過第一分配板11A的孔口 lllbA。如在隨后能 夠被更好地理解的那樣，這些孔口 lllaA和lllbA為分配通道的開 始部分和結(jié)束部分。結(jié)構(gòu)性支撐體110A還包括大量的孔3A。例如，通過沖孔制造上 述的開口、孔口和孔。在沖孔之后，將鋁薄板陽極氧化，以便具有極 好的化學(xué)鈍性并且同時(shí)在表面處不導(dǎo)電，包括在薄板的所有邊緣上 (開口31A、 32A、 33A、 34A、 35A和36A，孔口 UlaA禾卩l(xiāng)llbA， 以及孔3A)，從而包括在形成供氣體和冷卻劑使用的歧管的部分的表 面處，且后一特性尤其有利，這是因?yàn)槠涫沟檬褂脤?dǎo)電的冷卻劑成為 可能。當(dāng)然，表面處的非導(dǎo)電特性對(duì)于孔3A來說沒有特別的益處， 但也不會(huì)以任何方式對(duì)其造成損害。在圖4中，可以看到注射成型工具4，其包括配備有一定數(shù)量的 注射成型圓錐體42的頭部41。還可以看到注射活塞43以及配對(duì)模 具44。結(jié)構(gòu)性支撐體110A和結(jié)構(gòu)性支撐體120A安裝在注射頭部41 和配對(duì)模具44之間。這些結(jié)構(gòu)性支撐體110A和120A每個(gè)分別形成 分配板，即第一分配板IIA和第二分配板12A的部分。如已對(duì)第一 示例性實(shí)施例所進(jìn)行的說明那樣，第二分配板12A包括內(nèi)部通道 122A，對(duì)其進(jìn)行布置以將用于控制燃料電池的溫度的冷卻劑分配在 第二分配板12A的整個(gè)工作部分S上。實(shí)施例的所有與在該文件中 所述的兩個(gè)變形例相同的細(xì)節(jié)不再重復(fù)。如圖5中的透視圖所示，配對(duì)模具44包括形成分配通道111A的 凹陷部(negative)的肋45，所述分配通道111A將形成在分配板11A 上。特別地，可以看出凸起物46，將所述凸起物46設(shè)計(jì)為在結(jié)構(gòu)性
支撐體110A的孔口 lllaA和lllbA中嚙合。還可以看到孔口 47， 其中該孔口 47被巧妙地設(shè)置成排出每次注射過程中多余的材料。圖6示出分配板11A經(jīng)上述注射成型工藝之后而最終產(chǎn)生的狀 態(tài)?？梢员嬲J(rèn)出結(jié)構(gòu)性支撐體110A和包覆成型的表面層114A。在圖 4中，可以看到在結(jié)構(gòu)性支撐體110A上包覆成型的表面層114A以及 在結(jié)構(gòu)性支撐體120A上包覆成型的表面層124A。可以看到孔口 lllaA和lllbA以及由所述結(jié)構(gòu)性支撐體的表面IIOOA所形成的分 配通道111A，所述分配通道的側(cè)面1140A由所述表面層形成。然后 在結(jié)構(gòu)性支撐體的周圍、整個(gè)表面層上進(jìn)行不導(dǎo)電且化學(xué)惰性材料的 包覆成型是合理的，使得分配板組件具有均勻的厚度。最后，將指出上述本發(fā)明的兩個(gè)變形例的非常有趣的優(yōu)點(diǎn)。由于 如下事實(shí)，即雙極板的導(dǎo)電部分不穿過任何的通道，尤其不穿過其中 流動(dòng)冷卻劑的內(nèi)部通道，所以不再通過流體系統(tǒng)接地。因此不再需要 將它們與主要部分絕緣或使用不導(dǎo)電流體作為冷卻劑。例如，通常用 于冷卻內(nèi)燃機(jī)的傳統(tǒng)的水/甘醇混合物完全適用。
權(quán)利要求
1、 分配板(11)，其具有第一面(111)和與所述第一面(111)相對(duì)的第二面(llr)，將所述第一面(111)設(shè)計(jì)為與擴(kuò)散燃料電池所 使用的氣體中的一種氣體的膜相接觸，所述分配板具有給定的厚度并 且具有被設(shè)計(jì)為與離子交換膜相對(duì)設(shè)置的工作部分(S)，所述分配板 (11)在所述第一面上包括凹槽，該凹槽形成用于所述氣體中的一種 氣體的第一分配通道(111)，所述第一分配通道幾乎遍布在所述第一 面的整個(gè)工作部分上，其特征在于所述分配板由結(jié)構(gòu)性支撐體形成， 其中該結(jié)構(gòu)性支撐體至少在表面上不導(dǎo)電且至少在所述表面上為化 學(xué)惰性，其特征還在于所述分配板包括穿透到所述結(jié)構(gòu)性支撐體中的 插針(10)，所述插針穿過所述第一面的突出部分未與所述第一通道 相交，所述插針由導(dǎo)電的非金屬材料制成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分配板，其中所述插針由其中包括石 墨、高度充滿碳黑的聚合物和充滿短碳黑纖維的聚合物的組中的材料 制成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2之一所述的分配板，其特征在于所述結(jié) 構(gòu)性支撐體由不導(dǎo)電的材料制成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的分配板，其特征在于所述結(jié)構(gòu)性支撐 體的材料是塑料。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2之一所述的分配板，其特征在于所述結(jié) 構(gòu)性支撐體的材料是表面鈍化的鋁。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分配板，其中所述插針由可注射成型 的材料制成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的分配板，其中所述插針由可注射成型 的材料制成，所述分配板在所述第一面的側(cè)面上包括由與所述插針相 同的材料制成的表面層，所述第一分配通道的底部由所述結(jié)構(gòu)性支撐 體的表面形成，所述第一分配通道的側(cè)面由所述表面層形成。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1到6之一所述的分配板，其中所述插針(10) 在所述工作部分中通過所述第一和第二面中的每一個(gè)面而出現(xiàn)在兩 側(cè)上。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分配板，形成雙極板(1)，將所述第 二面(12r)設(shè)計(jì)為與用于使燃料電池所使用的氣體中的另一種氣體 擴(kuò)散的膜相接觸，在所述第二面上包括凹槽，該凹槽形成用于所述氣 體中的另一種氣體的第二分配通道(121)，所述第二分配通道幾乎遍 布在所述第二面上的整個(gè)工作部分上。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分配板，在其厚度內(nèi)包括內(nèi)部通 道(122)，所述內(nèi)部通道(122)具有幾乎覆蓋所述整個(gè)工作部分的 布置、并且在所述工作部分中未出現(xiàn)在所述第一面或所述第二面上， 設(shè)置所述內(nèi)部通道以循環(huán)冷卻劑。
11、 根據(jù)權(quán)利要求2或3之一所述的分配板，其特征在于其包括 疊置在所述厚度內(nèi)的第一分配板(11)和第二分配板(12)，所述第 一通道(111)布置在所述第一分配板上，所述第二通道和內(nèi)部通道 第一通道(122)布置在所述第二分配板上。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1到4之一所述的分配板，其中所述插針遍布 在所述整個(gè)工作部分上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括雙極板(1)的聚合物膜燃料電池。該板的第一面包括槽，該槽形成用于分配氣體中的一種的第一通道(111)，而該板的第二面包括槽，該槽形成用于分配另一種氣體的第二通道。另外，在該板的厚度內(nèi)設(shè)置用于冷卻流體循環(huán)的內(nèi)部通道(122)。所述板由表面不導(dǎo)電且化學(xué)惰性的結(jié)構(gòu)性支撐體形成。所述板還包括插針(10)，該插針(10)延伸穿過其整個(gè)厚度且在有效的同一區(qū)域中通向每一所述第一面和所述第二面的兩側(cè)，所述插針分配在所述板的整個(gè)有效區(qū)域上。
文檔編號(hào)H01M8/02GK101147288SQ200680009625
公開日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2006年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月25日
發(fā)明者A·德爾菲諾, D·奧爾索默 申請(qǐng)人:米其林研究和技術(shù)股份公司