CN101689650A - 用于燃料电池的气体扩散单元 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃料电池(2)的气体扩散单元(1)。该气体扩散单元(1)具备密封件(5)，并且包含平坦地构成的至少2个气体扩散层(3、4)，所述密封件(5)被安装在基板(6)上，其特征在于：所述基板(6)将所述气体扩散层(3、4)相互关节状地结合。

Description

用于燃料电池的气体扩散单元
技术领域
本发明涉及用于燃料电池的气体扩散单元，其具备密封件，并且包含平坦地构成的至少2个气体扩散层，所述密封件安装在基板上。
背景技术
燃料电池是将各个单电池互相排列而构成的。燃料电池形成所谓层叠体或者单电池层叠体，大多数情况下还在层叠体或者单电池层叠体上组装有用于冷却的追加的部件。1个单电池以具有层状的构造为特征，通过由具备气体分配构造的2块双极板、2个气体扩散层和催化剂反应膜的形态的反应层形成的构造构成1个单电池。此时，2个气体扩散层分别包围反应层，形成隔膜电极构造。为了避免泄漏，隔膜电极构造或者双极板具备密封件。泄漏可能导致燃料电池的破损，使燃料电池的效率下降。通过专利文献1，公开了在平坦地构成的气体扩散层上注塑成形有密封件的气体扩散单元。此时，很难使气体扩散层相互对位，以使在组装时在气体扩散层与反应层的接触区域以及气体扩散层与双极板的接触区域不产生泄漏地密封。
专利文献1：美国专利申请公开第2003/0082430A1号说明书
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够以相互可靠地密封的方式组装的用于燃料电池的气体扩散单元。
本课题通过技术方案1的结构要素解决。优选的实施方式为从属技术方案的对象。
为了解决课题，基板将气体扩散层互相关节状地结合。此时，在制作准备完成的状态下，在各气体扩散层之间配置隔膜。产生由基板的关节状的结合而确定的旋转轴，以该旋转轴为中心，能够使气体扩散层互相相对旋转。为了制作隔膜电极单元，首先将隔膜配置在各层之间，接下来使气体扩散层以互相接近的方式旋转。通过预定的旋转运动，保证了双方的气体扩散层及其密封件以相互定位的状态配置。通过密封件的正确的定位，可靠地防止泄露。基板能够作为半成品放入模具，通过密封原料挤出覆盖。此时基板特别优选形状稳定的，即特别优选即使与很多的密封原料也不会反而收缩。这样，能够有效防止具有2个气体扩散层的气体扩散单元基于密封原料的收缩过程而变形。基板优选平坦地构成，具有其中配置气体扩散层的2个切口。这些切口可以具有与气体扩散层相等的尺寸，或者可以构成为气体扩散层与切口重合。切口的尺寸也可以比气体扩散层的尺寸大。基板与气体扩散层的结合优选经由通过一体成形而固着(固着，紧固、粘着)在基板以及气体扩散层上的密封件被固着。在其他的实施方式中，基板也可以通过形状的结合(形状性的结合)或者形状的结合和固着而与气体扩散层结合。因此，在基板上设有密封件处于其中的切口。
密封件可以由弹性的聚合物原料做成。弹性体原料能够高度地弹性变形，能够容易地加工。密封件也可以由例如硅、FKM(氟系弹性体)、EPDM(乙烯-丙烯-二烯单体)、PIB(聚异丁烯)、PU(聚氨酯)、BR(丁二烯)或者它们的混合物制成。能够通过混合将各原料的优选的特性可靠地组合。氟系弹性体具有对于温度、化学品的耐性优异的特征，已知在燃料电池的环境中特别优选。在其他的实施方式中也可以考虑热塑性的原料、例如热塑性弹性体(TPE)作为密封原料。后者特别具有能够与热塑性材料同样以较短循环时间加工的优点。
基板也可以被构成为塑料。塑料片能够简单并且低成本地制造。此时，能够利用对于在燃料电池内主要产生的介质、温度具有耐性的塑料性质。基板的制作通过平坦的塑料层进行，从塑料层冲切出基板。作为基板的材料，特别可以考虑聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚酰亚胺(PEI)。这些原料具有化学耐性，还具有耐热性。
为了向气体扩散层安装密封件而考虑的制造方法有注塑成形、冲压(挤压)、粘接、浇铸成形等。此时，冲压，尤其因为小的模具成本和机械成本而是合适的制造方法，能够以高的尺寸稳定性制作燃料电池中典型的严格的公差的密封件。粘接，能够以可将各种实施方式的密封件与各种实施方式的气体扩散层组合的组件形式制作，由于其灵活性，特别适合个数少的情况。密封件也可以注塑成形在气体扩散层上。注塑成形是能够对应于大量生产的制造方法。通过向气体扩散层的注塑成形，能够形成环绕的密封件，配置在各气体扩散层之间的反应层由该密封件整个面地包围，所以能够避免泄漏。在注塑成形时，向气体扩散层注塑成形的密封材料优选进入气体扩散层中。该进入特别在由无纺布形成的气体扩散层的情况下进行。由此能够进一步改善密封作用和处理性。
密封件可以至少局部具有环绕的密封隆起部。密封隆起部特别也可以构成为V字形。密封隆起部提高密封作用，并且使隔膜电极单元的组装简单化。为了进行组装，将互相结合的气体扩散层与配置在它们之间的隔膜一起，通过例如螺栓紧固连接而在双极板之间互相压入过盈配合。密封隆起部的接触面积小，所以压接力在开始时小，但随着压缩进展而连续增大。在密封隆起部被完全压缩时，平坦地构成的相邻的密封区域进行接合、按压力过大地增加，这能够成为表示正的压接力以及伴随于此的密封力的指标。由此能够避免由过强的压接力引起的密封件的过度的按压。并且，密封隆起部补偿应该密封的表面中的公差与起伏。
密封件也可以以固着状态安装在基板上。密封件优选通过注塑成形涂敷在基板以及气体扩散层上。此时，在密封材料的冷却后，由固着进行的结合成立。可在基板上设有切口，密封原料能够通过该切口流动。此时，密封件对于基板的形状结合和固着成立。
基板也可以构成为在各气体扩散层之间形成有整体式铰链(一体ヒンジ，整体式合叶)。因此基板构成为能够收纳2个气体扩散层。这些气体扩散层通过密封原料与基板固定地结合。将隔膜插入后，经由基板使气体扩散层以互相接近的方式旋转。由基板形成的整体式铰链非常结实，具有改善了的机械特性，与由弹性体原料构成的不同，不会产生龟裂。也可以设置成大型的尺寸。
在气体扩散层上也可以配置有固定元件。此时固定元件优选设置在密封件的边缘部区域，一体地设置在密封件上，通过与密封件相同的材料构成。气体扩散层上的这样的固定元件优选构成为互相相同形状。这样一来，能够在插入隔膜、使之互相旋后，将气体扩散层结合。由此，隔膜被约束地保持在各气体扩散层之间，处理与组装被简单化。固定元件优选构成为可实现能够卸下的结合。如果将固定元件一体设置在密封件上，则能够基于密封件的弹性体原料，特别简单地处理固定元件。
固定元件也可以由形状接合构件构成。这种固定元件为例如位于1个气体扩散层上的鼓槌(ばち，拨子)形槽和位于另一层气体扩散层上的对应的突起。此时槽与突起优选设置在密封件的边缘部区域。一般，固定元件具有下挖部，另一固定元件的与其适合的对应物被卡定在其上。形状接合构件，特别在将其设置在弹性体原料上时，在多数的情况下是能够容易地拆卸并且能够容易地接合的结合。
固定元件可以为一体地设置在密封件上的结构要素。由此，能够特别简单地制造固定元件，另外，基于密封件的弹性体原料，能够容易地处理。密封件特别由注塑成形制作，所以固定元件也能够通过模具简单且低成本地设置。
接下来，对于本发明的气体扩散单元的几个实施例，一边参照附图一边详细说明。附图分别示意性地表示下述内容。
附图说明
图1是表示气体扩散单元的俯视图。
图2是表示气体扩散单元的侧视图。
图3a是表示具备固定元件的气体扩散单元的侧视图。
图3b是表示与插入了的隔膜一起封闭了的图3a的气体扩散单元的侧视图。
图4是具备本发明的气体扩散单元的燃料电池。
具体实施方式
图1通过俯视图表示用于燃料电池2的气体扩散单元1，该气体扩散单元1由互相相邻配置的平坦地构成的2个气体扩散层3、4构成。气体扩散层3、4配置在基板6的切口9、10上。基板6平坦地构成，由塑料特别是PEN或者PEI制成。气体扩散层3、4由碳化无纺布制成，在基板6上在气体扩散层3、4的边缘部的位置配置有密封件5。密封件5在本实施方式中由包含硅的组成构成，通过注塑成形(注射模塑成形)在基板6上固定于气体扩散层3、4，密封材料向无纺布的小孔进入，以固着于基板的状态结合。在其他的实施方式中，密封件5也可以通过热塑性弹性体、EPDM(乙烯-丙烯-二烯单体)、PIB(聚异丁烯)、PU(聚氨酯)、BR(丁二烯)、或者由这些原料构成的含硅的组成制成。气体扩散层3、4通过基板6相互关节(铰接)状地结合。
图2通过侧视图表示图1的气体扩散单元1。密封件5沿着基板6的中心线11具有切口13，由此在这里形成有整体式铰链7，经由该整体式铰链，能够使基板6的两侧与气体扩散层3、4一起旋转。密封件5具有异形剖面，具有V字型的突起。
图3a与图3b表示图2的气体扩散单元1。在这些实施方式中，密封件5同样具有异形剖面，在气体扩散层3、4的分隔边缘部12的位置分别具有作为一体设置的结构要素的固定元件8，各气体扩散层3、4的固定元件8成形为互相相同的形状，能够进行双方的气体扩散层3、4的形状接合式的结合。因此，一方的固定元件8’具有环绕的圆形切口，另一方的固定元件8”具有圆形的突起。图3b表示气体扩散层3、4以基板6为中心旋转、由此互相上下配置的气体扩散单元1。气体扩散层通过固定元件8相互固定。在气体扩散层3、4之间，配置有由固定元件8约束地配置的隔膜。
图4表示用于携带的燃料电池2。配置在燃料电池2上的气体扩散单元1具有1毫米以下的厚度。

Claims (7)

1.一种用于燃料电池(2)的气体扩散单元(1)，该气体扩散单元(1)具备密封件(5)，并且包含平坦地构成的至少2个气体扩散层(3、4)，所述密封件(5)被安装于基板(6)，其特征在于：所述基板(6)通过柔软部分将所述气体扩散层(3、4)相互结合。
2.如权利要求1所述的气体扩散单元，其特征在于：所述基板(6)被构成为塑料片。
3.如权利要求1或2所述的气体扩散单元，其特征在于：所述密封件(5)以固着的状态安装于所述基板(6)。
4.如权利要求1～3中的任意一项所述的气体扩散单元，其特征在于：所述基板(6)构成为在所述气体扩散层(3、4)之间形成有整体式铰链(7)。
5.如权利要求1～4中的任意一项所述的气体扩散单元，其特征在于：在所述气体扩散层(3、4)配置有固定元件(8)。
6.如权利要求5所述的气体扩散单元，其特征在于：所述固定元件(8)由形状接合构件构成。
7.如权利要求6所述的气体扩散单元，其特征在于：所述固定元件(8)一体地设置于所述密封件(5)。
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