CN102237530A - 燃料电池的电铸双极板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池的电铸双极板，具体地，提供一种用于燃料电池的双极板组件。所述双极板组件包括邻近第二电铸单极板放置的第一电铸单极板。通过在基板上形成的孔内沉积电镀材料，通过多个局部导电和导热的插头来接合所述第一单极板和所述第二单极板，所述单极板在所述基板上进行电铸。还描述了一种用于形成双极板组件的方法。

Description

燃料电池的电铸双极板

技术领域

本发明涉及燃料电池堆，且更具体地涉及双极板组件和用于制备燃料电池堆的双极板的方法。

背景技术

在许多应用中，燃料电池可以用作动力源。例如，已经提出在机动车中使用燃料电池作为内燃发动机的替代品。在质子交换膜（PEM）类型的燃料电池中，诸如氢的反应物作为燃料提供给燃料电池的阳极，并且诸如氧或空气的反应物作为氧化剂提供给燃料电池的阴极。PEM燃料电池包括膜电极组件（MEA），其具有质子传送性、非导电质子交换膜。质子交换膜在一面上具有阳极催化剂且在相对面上具有阴极催化剂。通常将MEA布置在由弹性导电的且气体可渗透材料诸如碳织物或纸形成的“阳极”和“阴极”扩散介质或扩散层之间。扩散介质用作阳极和阴极的主电流收集器以及为MEA提供机械支撑和促进反应物的传递。

在燃料电池堆中，多个燃料电池在通过气体不可渗透的导电双极板分开的情况下以电串联方式对齐。每个MEA通常夹在一对导电板之间，所述一对导电板用作用于从主电流收集器收集电流的次电流收集器。在双极板的情况下，板在燃料电池堆内部的相邻电池之间引导电流，在堆的端部为单极板的情况下，板在堆的外部引导电流。

双极板通常包括两个薄的相对导电片。所述片之一限定其一个外表面上的流动路径以便将燃料传递到MEA的阳极。另一片的外表面限定氧化剂的流动路径以便传递到MEA的阴极侧。当片被结合时，限定出介电冷却流体的流动路径。通常由提供适当强度、导电性和抗腐蚀性的可成形金属诸如316合金不锈钢来制造所述板。

双极板具有形成流场的槽或通道复杂阵列，以便在各自阳极和阴极的表面上分配反应物。隧道也内部地形成在双极板中，且在整个燃料电池堆分配适当的冷却剂，以保持期望的温度。

典型双极板是由两个分立的单极板构建的结合组件。每个单极板具有外表面和内表面，外表面具有用于气态反应物的流动通道，内表面具有冷却剂通道。已知板由多种材料包括例如金属、金属合金和复合材料形成。金属、金属合金和复合材料必须具有足够的耐用度和刚性，以作为双极板组件中的片，以及在组装到燃料电池堆时承受夹紧力而不塌陷。公知的是使用各种工艺例如机加工、模制、切割、雕刻、冲压或光蚀刻来形成板。在成形板的每个公知方法中，需要基板材料，通常是金属或复合片。可以实现期望的最小基板厚度，但是要折衷成本和不期望的材料属性。例如，在复合片模制为较薄尺寸时，其变得较易碎且难以工作。另外，较薄的复合片通常较不合期望，因为高的碳含量可能导致较薄的片多孔。类似地，在在多个步骤中通过牵拉或滚压片使金属片变薄时，它在每个步骤之后也变得易碎或难以工作，并且在进一步加工之前需要退火。因此，越薄的基板材料制造成本越高。另外，从较薄金属基板材料形成板的复杂表面特征，诸如流场图案，需要更加小心，以避免局部区域的高应力，和由于较薄材料导致的板中的裂痕或撕裂。由于金属伸展限制，较薄金属基板还限制了任何流动通道的深度。因此，金属片板优选地形成为具有大约3至6 mil（0.003至0.006英寸，或大约0.075至0.15毫米厚）的厚度。然而，应理解，较厚的金属板可应用更厚，以减少成本和改善板材的可加工性。

另外，从金属片材形成板的传统处理导致接近一半的材料作为碎片被丢弃。由于在板的不活动部分冲出孔以产生在多个双极板在燃料电池堆中对齐时用于传递和排出反应物和冷却剂的流动区域和歧管，因此产生部分碎片。大部分碎片来自在用片材形成板的处理期间围绕片材的周边需要的夹紧区域，其然后在处理之后被修剪或切掉。

最后，为了在燃料电池堆的相邻燃料电池的阳极和阴极之间传导电流，将形成每个双极板组件的成对单极板机械地和电连接。本领域中公知多种双极板组件以及制备双极板组件的方法。例如，通过引用方式全部合并于此的由Neutzler在第5,776,624号美国专利中报告一种包括耐腐蚀金属片的双极板可被钎焊在一起，以在片之间提供介电冷却剂流动的通道。此外，通过引用方式全部合并于此的Abd Elhamid等的第6,887,610号美国专利公开了一种没有焊接或钎焊的双极板组件，其包括沉积在冷却剂通道和槽脊（land）上的导电层以及布置在围绕冷却剂通道的周边的向内表面之间的流体密封。另外，通过引用方式全部合并于此的Blunk等的第6,942,941号美国专利叙述了一种具有第一表面和第二表面的双极板，所述第一表面和第二表面涂有导电底涂层且通过导电粘合剂相互结合。通过引用方式全部合并于此的Schlag的第7,009,136号美国专利描述了一种适于在焊接处理期间通过使用将成对单极板保持在一起的局部真空将双极板焊接在一起的制造方法。通过引用方式全部合并于此的共有的第2008/0292916号美国专利申请公布公开了一种双极板组件，其包括相邻于第二单极板设置的第一单极板，其中第一和第二单极板通过多个局部导电节点结合在一起。所述结合可以是焊接、软焊接合、钎焊接合和粘合剂。

一直需要具有高效和稳健结构的成本有效的双极板组件，其在使材料使用和浪费最小化且使板的结构完整最大化的同时在组件的板之间提供优化的电接触。还期望一种用于快速生产可应用于优化流场设计的双极板组件的方法。

发明内容

根据本发明，惊奇地发现了一种具有高效和稳健结构的成本有效的双极板组件，其在使材料使用和浪费最小化且使板的结构完整最大化的同时在组件的板之间提供优化的电接触。

所述双极板组件包括相邻于第二电铸单极板设置的第一电铸单极板。第一单极板和所述第二单极板通过借助于在基板中形成的孔内沉积的电镀材料的多个局部导电插头来结合，所述单级板形成到所述基板上。

在另一实施例中，提供了一种制备双极板组件的方法。所述方法包括：提供基板，其具有预定外表面模式以及穿过其形成的至少一个孔；在所述表面模式上将基板电镀至预定厚度以形成燃料电池双极板，其中，通过金属电镀处理填充所述至少一个孔，以在双极板组件的每个板之间提供导电和导热。在金属电镀步骤之后可将所述基板去除。

在另一实施例中，一种用于制备燃料电池的双极板组件的方法包括步骤：提供第一和第二聚合物基板，每个基板都具有预定表面模式，第一和第二聚合物基板的至少一个包括穿过其形成的至少一个孔；邻近于第二电镀聚合物片放置第一电镀聚合物片；以及在第一和第二电镀聚合物片上应用预定厚度的电镀材料，其中，通过金属电镀处理填充该至少一个孔，以选择性地将第一和第二电镀聚合物片结合在一起，以提供双极板组件的每个板之间的导热和导电。

本发明还提供如下方案：

1. 一种用于燃料电池的双极板组件，其包括：

第一单极板；

第二单极板；以及

将所述第一单极板连接到所述第二单极板的插头，其中，所述插头、所述第一单极板和所述第二单极板形成单一结构。

2. 如方案1所述的双极板组件，其特征在于，所述第一单极板和所述第二单极板具有第一厚度，并且其中，所述插头的直径是所述第一厚度的大约两倍。

3. 如方案2所述的双极板组件，其特征在于，所述第一厚度在大约5至50微米之间。

4. 如方案1所述的双极板组件，其特征在于，所述第一单极板的第一周缘与所述第二单极板的第二周缘整体接合，以在其间形成基本气密密封。

5. 一种燃料电池堆，其包括：

以堆构造布置的多个膜电极组件，所述多个膜电极组件的每一个都具有阴极和阳极；以及

设置在相邻膜电极组件之间的双极板组件，所述双极板组件包括具有第一内表面的第一单极板，所述第一内表面邻近第二单极板的第二内表面设置，所述第一单极板和所述第二单极板通过电铸工艺连接。

6. 如方案5所述的燃料电池堆，其特征在于，所述第一单极板和所述第二单极板通过电铸工艺在至少一个基板上形成为期望的第一厚度。

7. 如方案6所述的燃料电池堆，其特征在于，所述至少一个基板包括适用于接收电镀材料的多个洞，所述电镀材料填充所述多个洞，以形成将所述第一单极板和所述第二单极板互连的多个插头。

8. 如方案7所述的燃料电池堆，其特征在于，所述洞的直径为所述第一厚度的大约两倍。

9. 如方案5所述的燃料电池堆，其特征在于，所述第一单极板电铸在第一基板上，所述第二单极板电铸在第二基板上，所述第一基板和所述第二基板的至少一个包括适用于由电镀材料填充的多个洞，以形成将所述第一单极板和所述第二单极板互连的多个插头。

10. 如方案5所述的燃料电池堆，其特征在于，所述第一单极板的第一周缘与所述第二单极板的第二周缘接合，以在其间形成基本气密密封。

11. 如方案10所述的燃料电池堆，其特征在于，所述基本气密密封通过所述电铸工艺形成。

12. 一种用于生产燃料电池堆的双极板组件的方法，所述方法包括步骤：

提供具有与期望流场模式相对应的外表面的第一基板，所述基板包括在其中形成的至少一个洞；

将所述基板浸入电镀槽；

在所述基板的外表面上电镀预定厚度的电镀材料，以形成双极板，当实现所述预定厚度时，通过所述电镀材料基本填充所述至少一个洞；以及

将所述基板从所述电镀槽撤出。

13. 如方案12所述的方法，其特征在于，其还包括从所述双极板去除所述基板的步骤。

14. 如方案13所述的方法，其特征在于，其还包括基本气密密封所述双极板的周缘的步骤。

15. 如方案14所述的方法，其特征在于，电铸工艺基本气密密封所述双极板的所述周缘。

16. 如方案12所述的方法，其特征在于，基本填充所述洞的所述电镀材料形成将所述第一单极板和所述第二单极板互连的插头。

17. 如方案16所述的方法，其特征在于，所述洞的直径是所述预定厚度的大约两倍。

18. 如方案17所述的方法，其特征在于，所述预定厚度在大约5和50微米之间。

19. 如方案12所述的方法，如方案1所述的双极板组件，还包括步骤：

提供具有与期望流场模式相对应的外表面的第二基板；以及

在所述浸入步骤之前，将所述第二基板邻近所述第一基板放置，使得所述电镀步骤在所述第一基板和所述第二基板的所述外表面上电镀预定厚度的电镀材料，以形成双极板组件，所述至少一个洞基本填充，以将所述双极板组件互连。

附图说明

尤其当结合在此所述的附图考虑时，从下面的详细描述中，本领域技术人员将容易清楚本发明的上述以及其他优点。

图1是本领域公知的PEM燃料电池堆的示意性分解立体图；

图2是根据本发明的实施例的接合双极板组件的立体图；

图3A是用于形成根据图2所示的发明实施例的双极板组件的基板的部分截面图；

图3B是图2的圈3B描述的接合双极板组件的一部分的部分立体图，示出了互连板组件的插头；

图4A是用于形成根据本发明的另一实施例的双极板组件的基板的分解截面图；

图4B是根据图4A的实施例的接合双极板组件的截面图；以及

图5是根据本发明的用于生产双极板组件的步骤的流程图概要。

具体实施方式

下面的详细描述和附图描述和示出了本发明的各种实施例。描述和附图用于使本领域技术人员能够制造和使用本发明而并非意于以任何方式限制本发明的范围。对于公开的方法，呈现的步骤在本质上仅是示例性的，因此，步骤的顺序不是必须或决定性的。

图1示出根据现有技术的PEM燃料电池堆10。为了简便，在图1中仅示出和描述了双电池堆（即，一个双极板），应理解通常的燃料电池堆具有更多这样的电池和双极板。燃料电池堆10包括由导电双极板16分开的一对膜电极组件（MEA）12, 14。MEA 12, 14和双极板16堆叠在一对夹板18, 20与一对单极端板22, 24之间。通过垫片或介电涂层（未示出）将夹板18, 20与端板22, 24电绝缘。单极端板22, 24中每个的各自工作面26, 28以及双极板16的工作面30, 32分别包括多个槽或通道34, 40, 36, 38，该多个槽或通道适用于利于燃料诸如氢和氧化剂诸如氧通过其流动。非导电垫42, 44, 46, 48在燃料电池堆10的部件之间提供密封和电绝缘。气体可渗透扩散介质50, 52, 54, 56诸如碳或石墨扩散纸基本邻接MEA 12, 14的阳极面和阴极面的每一个。端板22, 24分别邻近扩散介质50, 56设置。双极板16设置成邻近MEA 12的阳极面上的扩散介质52以及MEA 14的阴极面上的扩散介质54。

如所示，MEA 12, 14、双极板16、端板22, 24和垫片42, 44, 46, 48中每一个包括阴极供应孔58、阴极排出孔60、冷却剂供应孔62、冷却剂排出孔64、阳极供应孔66和阳极排出孔68。通过在MEA 12, 14、双极板16、端板22, 24和垫片42, 44, 46, 48中形成的邻近阴极供应孔58的对齐形成阴极供应歧管。通过在MEA 12, 14、双极板16、端板22, 24和垫片42, 44, 46, 48中形成的邻近阴极排出孔60对齐形成阴极排出歧管。通过在MEA 12, 14、双极板16、端板22, 24和垫片42, 44, 46, 48中形成的邻近冷却剂供应孔62对齐形成冷却剂供应歧管。通过在MEA 12, 14、双极板16、端板22, 24和垫片42, 44, 46, 48中形成的邻近冷却剂排出孔64对齐形成冷却剂排出歧管。通过在MEA 12, 14、双极板16、端板22, 24和垫片42, 44, 46, 48中形成的邻近阳极供应孔66对齐形成阳极供应歧管。通过在MEA 12, 14、双极板16、端板22, 24和垫片42, 44, 46, 48中形成的邻近阳极排出孔68对齐形成阳极排出歧管。

经由阳极入口管道70通过阳极供应歧管向燃料电池堆10供应氢气。经由阴极入口管道72通过燃料电池堆10的阴极供应歧管向燃料电池堆10提供氧化剂气体。分别为阳极排出歧管和阴极排出歧管提供阳极出口管道74和阴极出口管道76。冷却剂入口管道78和冷却剂出口管道80与冷却剂供应歧管和冷却剂排出歧管流体连通，以提供通过其的液体冷却剂流。应理解，图1的各个入口70, 72, 78和出口74, 76, 80的构造是说明性目的，可按照期望选择其他构造。

图2示出根据本发明的实施例的双极板16。双极板16由通过插头94连接在一起的第一单极板90和第二单极板92形成。第一单极板90的第一活性面96与工作面32（图1）相对应，并且作为双极板16的阴极侧。第二单极板92的第二活性面98与工作面30（图1）相对应，并且作为双极板的阳极侧。

第一单极（阴极）板90的第一活性面96包括多个槽36，所述多个槽36适合于在阴极板90的第一活性面96上分布反应气体。多个槽36限定其间布置的多个槽脊100。类似地，第二单极（阳极）板92的第二活性面98包括由槽脊102分隔开的多个槽38。槽38用作沿阳极板92的下表面98的反应物流动路径。第一单极板90和第二单极板92在组装时协作成双极板组件16，以形成冷却剂通道104。示出的单极板16类似于冲压板流场模式，从而冷却剂通道104的上壁106由阴极板90的槽脊100形成，而冷却剂通道104的下壁108由阳极板92的槽脊102形成。如期望的，通过槽36, 38的侧形成冷却剂通道104的侧壁110, 112。双极板组件16还包括多个气体端口（未示出）和冷却剂端口（未示出），以提供用于燃料、氧化剂和冷却剂流经双极板组件16的入口通道和出口通道。本领域技术人员应当理解，可按照期望使用槽36, 38、冷却剂流动通道104和双极板组件16中的端口的各种构造。然而，通常使用直的阳极、阴极和冷却剂流动通道，如通过引用全部合并于此的共有美国专利公布第2007/0275288号中所描述的。还应该认识到，本发明不限于特定流场模式，而是独立于流场模式应用双极板组件。

第一单极板90和第二单极板92由电铸工艺沉积的导电材料来形成。如图3A所示，模具或基板120由电铸工艺之后可被去除的适当材料形成。基板120的适当组分包括蜡、聚合物或金属中的至少一个，但是还可使用其他材料。基板120制作成具有以与槽36, 38相对应的表面特征，且包括与冷却剂流动路径104相对应的实体部分。应理解，基板120还可包括如在双极板组件16中所需要的任何其他可期望流场模式。基板120还形成为包括多个孔或洞122。应理解，如所示，洞122可以是圆形，或者它们可以是任何其他期望的几何形状，诸如缝。洞122可形成为具有倒角的内表面126，且具有最小直径D1。

图3B示出图2的双极板组件16的一部分，以示出电铸操作之后的洞122中的一个和基板120的周围区域。为了形成双极板组件16，将基板120放置在金属电镀槽，其中，在基板120的外表面124上镀上期望的电镀材料。电镀材料预先选择成包括适合和期望的物理属性，所述物理属性包括耐用性、硬度、透气性、导电性、密度、导热性、耐腐蚀性、清晰度、热和模式稳定性、可用性和成本。允许基板120保持在金属电镀槽中，直到在其上沉积了足够厚的电镀材料。当电镀厚度t1在10至50微米时，得到良好的结果。然而，应理解，可按照期望应用不同厚度t1。

在基板120保持在金属电镀槽中时的周期期间，电镀材料还沿洞122的内倒角表面126沉积。洞122的大小设置成使得在电铸工艺期间洞122完全被电镀材料充满，使得通过插头94使洞122对反应物流完全封闭，从而在单极板90, 92之间形成气密密封。插头94还用于互连单极板90, 92，从而在其间提供导热性和导电性。当基板120中形成的洞122的直径D1大约为期望电镀厚度t1的两倍以确保洞120完全被电镀材料填充时得到良好的结果。在插头94的厚度t2处于t1与两倍t1值之间（即，t1 ≤ t2 ≤ (2 x t1)）时，得到良好的结果。

一旦在基板120上沉积了足够和期望厚度t1的电镀材料，现在包括双极板组件16的基板120就被从金属电镀槽取出以便进一步处理。在一个处理步骤中，适当时通过熔化和耗散，通过氧化或通过化学溶解，将基板120从单极板90, 92之间去除。一旦基板120被去除，只有双极板组件16留下，其包括通过插头94互连的两个单极板90, 92。可以按照期望选择插头94的分布和数量。然而，使用大致均匀分布的插头94获得良好的结果。在基板120上电铸双极板组件16有益地允许单极板90, 92的通过其他制造工艺诸如冲压或成型无法提供的设计灵活性。具体地，电铸工艺允许跨每个单极板90, 92的低反应压降和较深的槽36, 38，且避免伴随金属板冲压工艺的金属撕裂问题。此外，电铸工艺比冲压板工艺需要少10％至50％（根据期望的厚度t1）量级的电镀材料，且消除了在板组件16的周缘区域的材料浪费。

在一个实施例中，可使用分开和独立制作的基板120将双极板组件16形成为独立离散组件。作为离散组件，然后可允许电镀材料围绕基板120的周缘130（图2，图3A）沉积并且形成周缘边缘132，从而气密地密封双极板组件16的周缘。通过允许电镀材料形成双极板组件16的密封周缘边缘132，消除了对在单极板90, 92之间的单独周缘密封的需要。周缘边缘132可在冷却剂集管（未示出）内被切断，以利于基板120的去除并且以允许冷却剂流动路径通过双极板组件16，这对燃料电池的适当操作是必要的。然而，按照期望，基板120的去除可出现在任何位置。

替代地，双极板组件可形成在基板120上，基板120包括槽36, 38的重复表面模式、与冷却剂流动路径104相对应的实体部分，或任何其他可期望的流场特征以及洞122。在电铸处理之后例如通过切割处理将重复和相邻双极板组件16分离。一旦分离，将通过先前所述方法来去除基板120。然而，通过连续基板处理形成的双极板组件的周缘边缘132会需要单独的密封动作，诸如通过压接、焊接、粘接或任何其他可期望的工艺。按照这种方式，可使用本发明的电铸工艺有效地制造多个双极板组件16。

在另一实施例中，如图4A和图4B所示，可由两个单独形成的层压单极组件140, 142形成双极板组件16’，单极组件140, 142在电镀处理期间随后结合在一起。单极组件140, 142的每一个分别包括由优选基板材料诸如聚合物、复合物或金属中的至少一个形成的基板144,146。通过使用与电镀材料类似的热膨胀系数的聚合物获得良好的结果。

制备具有可期望流场构造的每个基板144, 146。为了在图4A和图4B中说明的目的，单极组件140的基板144与阳极板组件相对应，而单极组件142的基板146与阴极板组件相对应。图4A和图4B所示的双极板组件16’的流场模式与复合板流场模式类似，从而冷却剂通道形成在独立于反应物流场模式的模式中。具体地，参照阳极单极板140，阳极基板144的第一面148包括由槽脊152分开的反应物流动通道150。槽脊152通常比反应物流动通道150宽，从而允许在槽脊152内的阳极基板的第二侧156上形成冷却剂通道154。此外，冷却剂通道154仅设置在阳极第二侧156内而不设置在阴极单极板142内。替代地，阴极基板146的第一侧158包括阴极反应物流动通道160，而阴极基板142的第二侧162基本为平坦的。

基板144, 146的至少一个包括连接孔或洞164，以利于在电铸处理期间将两个基板连接在一起。如图4A所示，当沿阳极反应物流动通道150的底壁166定位连接洞164时已经获得良好的结果，从而，当基板144, 146邻接时，洞164邻近阴极基板144的平坦第二侧162设置。洞164的横截面示出为圆形，但是可具有任何期望的形状，包括有助于对齐的缝。此外，取决于用于构建基板144,146的材料，基板中的一个或两个可包括额外的更小尺寸的洞168，一旦洞168填充了电镀材料，就在燃料电池操作期间允许从板140, 142的导电和热阻隔。具体地，因为较小尺寸的洞168的尺寸，它们可因改善双极板组件16’的可制作性而被省略。例如，如图4A和图4B具体地所示，左侧槽脊152’省略了较小尺寸的洞168，而右侧槽脊152包括较小尺寸的洞168。类似地，示出的左侧平坦第二侧162’没有较小尺寸的洞168，而右侧平坦第二侧162包括较小尺寸的洞168。因此，基板144,146包括小洞168或连接洞164，以提供通过板140, 142的导电性。另外，如前所述，连接洞164邻近相邻基板144的平坦第二侧162设置，以形成到该侧的接合，从而防止在连接洞164没有在电镀处理中被完全填充的情况下通过连接洞164从冷却剂通道154泄漏冷却剂。

在实践中，使用两种方法之一来构建双极板组件16’。在第一种方法中，基板144,146形成，然后在电铸工艺中设置有第一层电镀材料。第一层电镀材料相对薄，厚度在3-10微米的量级，且分别覆盖基板144, 146的整个外表面170, 172，包括连接洞164的内表面174。期望时，第一电镀处理可继续，直到较小洞168被电镀材料填充。一旦期望厚度的电镀材料被沉积，就将基板144, 146邻接且保持在一起，且执行第二电镀操作，其中，连接洞164被电镀材料完全填充以用插头194将单极板140, 142接合在一起。另外，由于电镀材料的沉积，单极板140, 142之间的接口的外周缘176也可以接合在一起，从而密封外周缘176以防止冷却剂泄漏。当第二电镀操作沉积了额外3到10微米的电镀材料时得到良好的结果，从而每个单极板上沉积的电镀材料180的整体厚度t3在大约5至20微米厚。然而，应理解，可以应用不同的材料厚度。

在第二种方法中，仅使用一次电镀操作。第一基板144和第二基板146如上被制备，且立即邻接并保持在一起。然后，邻接的基板144,146经历一次电镀操作，以将整个厚度的电镀材料180沉积到基板144, 146的外表面170, 172上。电镀操作继续，直到连接洞164和较小洞168完全被电镀材料充满，且周缘176被接合在一起，以密封单极板140, 142之间的接口。当阳极基板144的较大连接洞164与阴极基板146上形成的多个较小连接洞168对齐且重叠以产生板对板密封，通板导电以及通过插头194密封时，得到良好的结果。如上所述，电镀材料180的最终厚度t3优选地在大约5和20微米厚之间。

图5总结了形成本发明的实施例所必需的处理步骤。根据所述方法，第一步骤210需要形成具有可期望流场特性的至少一个基板。可由可去除材料形成所述基板，或者可由欲保持在双极板组件内的具有可期望热特性的材料形成所述基板。一旦形成，在第二步骤212中将基板浸入金属电镀槽中，直到在214处沉积了可期望量的电镀材料。

一旦沉积了可期望量的电镀材料，在第四步骤216从（电镀）槽中取出组件。根据实施例，如上所述，通过将冷却剂端口内的孔开口或者通过将连续部件分离来在第五步骤218中选择地去除基板。最后，第六步骤200允许在需要时进一步处理，诸如通过压接、焊接、粘接分离的板。

惊奇地发现，多个导电和导热插头94, 194在第一单极板90, 140和第二单极板92, 142之间提供了稳定的低电阻通路。本领域技术人员应该理解，现在这种通路提供有用于分别将单极板90,92和140, 142接合在一起的优化数量的材料。与制备完全接合双极板组件的传统处理相比，本发明的方法还可更快地执行，且利用比常规成型处理明显更少的材料。另外，消除了大量材料的浪费，同时可重复地制造单极板上的复杂流场模式。最后，可以低于传统板的成本制造非常薄的单极板组件，这使燃料电池组件的整体尺寸和成本最小化。

尽管已经为了说明本发明的目的示出了某些代表性实施例，但是对本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本公开的范围的情况下可以进行各种改变，本发明的范围在所附权利要求中进一步描述。

Claims (10)

1. 一种用于燃料电池的双极板组件，其包括：

第一单极板；

第二单极板；以及

将所述第一单极板连接到所述第二单极板的插头，其中，所述插头、所述第一单极板和所述第二单极板形成单一结构。

2. 如权利要求1所述的双极板组件，其特征在于，所述第一单极板和所述第二单极板具有第一厚度，并且其中，所述插头的直径是所述第一厚度的大约两倍。

3. 如权利要求2所述的双极板组件，其特征在于，所述第一厚度在大约5至50微米之间。

4. 如权利要求1所述的双极板组件，其特征在于，所述第一单极板的第一周缘与所述第二单极板的第二周缘整体接合，以在其间形成基本气密密封。

5. 一种燃料电池堆，其包括：

以堆构造布置的多个膜电极组件，所述多个膜电极组件的每一个都具有阴极和阳极；以及

设置在相邻膜电极组件之间的双极板组件，所述双极板组件包括具有第一内表面的第一单极板，所述第一内表面邻近第二单极板的第二内表面设置，所述第一单极板和所述第二单极板通过电铸工艺连接。

6. 如权利要求5所述的燃料电池堆，其特征在于，所述第一单极板和所述第二单极板通过电铸工艺在至少一个基板上形成为期望的第一厚度。

7. 如权利要求6所述的燃料电池堆，其特征在于，所述至少一个基板包括适用于接收电镀材料的多个洞，所述电镀材料填充所述多个洞，以形成将所述第一单极板和所述第二单极板互连的多个插头。

8. 如权利要求7所述的燃料电池堆，其特征在于，所述洞的直径为所述第一厚度的大约两倍。

9. 如权利要求5所述的燃料电池堆，其特征在于，所述第一单极板电铸在第一基板上，所述第二单极板电铸在第二基板上，所述第一基板和所述第二基板的至少一个包括适用于由电镀材料填充的多个洞，以形成将所述第一单极板和所述第二单极板互连的多个插头。

10. 一种用于生产燃料电池堆的双极板组件的方法，所述方法包括步骤：

提供具有与期望流场模式相对应的外表面的第一基板，所述基板包括在其中形成的至少一个洞；

将所述基板浸入电镀槽；

在所述基板的外表面上电镀预定厚度的电镀材料，以形成双极板，当实现所述预定厚度时，通过所述电镀材料基本填充所述至少一个洞；以及

将所述基板从所述电镀槽撤出。

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