CN102437346A - 具有衬垫的燃料电池隔板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有衬垫的燃料电池隔板及其制造方法，其能够防止隔板的腐蚀并且提高隔板的抗腐蚀性。具体地，本发明提供了一种具有衬垫的燃料电池隔板及其制造方法，其中，优选通过丝网印刷将粘合剂涂覆在隔板的整个或一部分表面上。随后进行将衬垫整体地成型在隔板上的工序，使得在注射成型工艺后隔板的边缘不被暴露在外面，而被覆盖有树脂粘合剂。因此，本发明防止了隔板的腐蚀，提高了隔板的抗腐蚀性，并且防止在成型注射工序中毛边的形成。

Description

具有衬垫的燃料电池隔板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有衬垫的燃料电池隔板。特别涉及一种具有衬垫的燃料电池隔板及其制造方法，其能够防止隔板的腐蚀和提高隔板的抗腐蚀能力。

背景技术

参考图5，其示出了基于单元电池的燃料电池组的结构，薄膜电极组件(MEA)位于燃料电池组的中间并且包括聚合物电解质薄膜10和电极/催化剂层，例如分别设置于聚合物电解质薄膜10两侧的空气电极(阴极)12和燃料电极(阳极)14。氢离子(质子)通过聚合物电解质薄膜10输送，并且在电极/催化剂层发生氢与氧之间的电化学反应。

气体扩散层(GDL)16和衬垫18顺序地堆叠在薄膜电极组件的两侧，阴极12和阳极14位于薄膜电极组件的两侧。包括用于供应燃料和排放反应产生的水的流场(flow fields)的隔板20位于气体扩散层16的外侧，并且用于支撑和固定上述元件的端板30与隔板20两端的每一端连接。

在燃料电池组的阳极14，通过氢的氧化反应，氢被分解成氢离子(质子，H⁺)和电子(e^-)。氢离子和电子分别通过电解质薄膜10和隔板20被传输到阴极12。在阴极12处，从阳极14传输过来氢离子和电子以及空气中的氧参与的电化学反应产生了水，同时，电子的流动产生了电能。

燃料电池组的隔板20(例如，金属隔板)的作用如下。

隔板20用作：将还原气体和氧化气体提供给单元电池的通道，提供用于冷却燃料电池组的冷却剂的通道，以及传输所产生的电流的通道。因此，隔板20应该是气密和液密的(liquid-tight)，从而还原气体，氧化气体和冷却剂不会混合在一块。因此，橡胶密封材料可以被用到隔板20的表面以维持气密和液密性并且同时用来维持负载。

此外，燃料电池组的衬垫18粘合到隔板20以限定燃料电池组的每一个单元电池并且用来分别密封形成在隔板20的表面上的氢气，冷却剂，以及空气流场。因此，为了衬垫18顺利地起作用，在燃料电池组的制造过程中，应该仔细地考虑将衬垫18粘合到隔板20的方法和衬垫材料的选择。

考虑这些因素的将衬垫18整体地粘合到隔板20的常规方法将参考下面的图3和图4描述。

首先，如图3所示，将粘合剂涂覆在金属隔板20(下文称“隔板”)的注射成型衬垫18的表面的一部分上，并且通过注射模具40的压力固定隔板20的边缘。接着，将衬垫材料注入到注射模具40，并且同时，注射模具40对将被整体地模塑在隔板20的表面上的衬垫18施加压力。

参考图4，其示出了其上整体地成型有衬垫的隔板的结构，在隔板20的边缘上不形成衬垫18，因此隔板20的边缘的表面一直暴露在外界，其中，该边缘的表面上没有形成衬垫18。

在隔板的边缘上没有形成衬垫的原因在于，当衬垫被整体地成型在隔板上时，隔板边缘与注射模具紧密接触并且被注射模具夹持。

尽管衬垫不形成在隔板的边缘上，但这并不会对气密性能有显著影响。然而，由于隔板一直暴露在燃料电池组的单元电池中的腐蚀性环境中，久而久之会发生腐蚀，导致隔板耐久性(durability)的降低。

此外，在隔板的边缘的长度方向上的厚度有轻微差别的情况下，包括上模具和下模具的注射模具施加在夹持隔板边缘的力是不均匀的，导致衬垫表面上的毛边(burrs)的形成。因此，需要整理工序(finishing process)以去除毛边，这降低了注射成型工序的效率。

背景技术部分中公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此其可能包含不形成已在本国为本领域的普通技术人员所知的现有技术的信息。

发明内容

为了解决上述与现有技术相关的问题作出了本发明，本发明提供一种具有衬垫的燃料电池隔板及其制造方法。具体地，本发明提供一种燃料电池隔板，其中，通过适当的方法，例如丝网印刷(screenprinting)，将树脂粘合剂涂覆在隔板的整个或至少一部分的表面上。执行将衬垫整体地成型到隔板上的工序，从而在注射成型工艺后隔板边缘不被暴露到外界，恰恰相反，而是覆盖有树脂粘合剂，因此防止了隔板的腐蚀，提高了隔板的抗腐蚀性。同样，防止了在注射成型工序中毛边的形成。

一方面，本发明提供一种在其上整体地成型有衬垫的燃料电池隔板，该隔板包含涂覆在隔板的衬垫将被注射成型的表面上的粘合剂和涂覆在隔板边缘的表面上的粘合剂。在一些实施方式中，粘合剂是通过丝网印刷法来涂覆的，并且可以被称为“丝网粘合剂”(screenadhesive)，但是，也可以使用任何已知的用于涂覆粘合剂涂层的方法。

在一个优选的实施方式中，可以是丝网粘合剂的粘合剂可以被涂覆在隔板边缘的上表面和下表面。

在另一个优选的实施方式中，可以是丝网粘合剂的粘合剂可以被涂覆在隔板边缘的上表面和下表面以及侧面上。

另一方面，本发明提供了一种用于制造燃料电池隔板的方法，该方法包括：将粘合剂涂覆在隔板的表面，将粘合剂涂覆到衬垫将被注射成型的地方，并且进一步将粘合剂涂覆在隔板边缘的表面；当通过施加压力使注射模具夹持隔板的边缘时，允许涂覆在隔板的边缘的粘合剂吸收注射模具的压紧力；以及将衬垫材料注入注射模具的腔体，从而衬垫整体地成型在隔板的表面。在一些实施方式中，粘合剂为丝网粘合剂。

在一个优选的实施方式中，粘合剂，可以是丝网粘合剂，可以是与衬底材料相同的材料。衬底材料可以选自任何已知的衬垫材料，例如，但不限制于，氟橡胶，聚合物树脂和液态硅树脂(LSR)。

在另一个优选的实施方式中，粘合剂，可以是丝网粘合剂，可以以约10至100μm的厚度涂覆。

下面讨论本发明的另外一些方面和优选的实施方式。

应当理解此处使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语包括，诸如包括运动用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、多种商用车辆的载客汽车的一般机动车辆，包括各种船和艇的水运工具，航行器等，并且包括混合动力车、电动车辆、插入式混合电动车辆、氢动力车辆和其它可选的燃料车辆(例如从除了石油以外的资源中获得的燃料)。参照此处所述，混合动力车为具有两个或更多个动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。

以下讨论本发明上述和其它的特征。

附图说明

现参照在下面仅以示例方式给出的示例性说明的附图的特定典型实施方式来详细说明本发明的以上和其它特征，因此，这些特征不限制本发明，其中：

图1是示出了根据本发明一个优选的实施方式的制造燃料电池隔板的方法的示意图。

图2是示出了根据本发明另一个优选的实施方式的具有衬垫的燃料电池隔板的平面图。

图3是示出了制造燃料电池隔板的常规方法的示意图。

图4是示出了具有衬垫的常规燃料电池隔板的平面图。

图5是示出了典型的燃料电池组的结构的示意图。

附图中涉及的附图标记包括后面将进一步讨论的下列部件：

10：聚合物电解质薄膜      12：空气电极

14：燃料电极              16：气体扩散层(GDL)

18：衬垫                  20：隔板

22：丝网粘合剂            30：端板

40：注射模具

应该理解到的是，附图不必按比例绘制，而只是表示用于说明本发明的基本原理的各种优选特征的简化表示。包括例如特定尺寸、方向、位置和形状的本文所公开的本发明的特定设计特征，将部分地通过特定应用和使用环境确定。

在所有附图中，相同的附图标记表示本发明中相同或者等同的部件。

具体实施方式

下文将详细参照本发明的各个实施方式，在附图中示出并在下文中描述其实施例。尽管将结合示例性实施方式说明本发明，然而应该理解的是，本说明书不是要将本发明限制到这些典型的实施方式。相反地，本发明不仅要涵盖这些典型的实施方式，还涵盖包含在所附权利要求所限定的本发明的思想和范围内的各种替代、修改、等效物及其它实施方式。

本发明提供一种具有衬垫的燃料电池隔板及其制造方法。具体地，本发明提供一种具有衬垫的燃料电池隔板，其中，通过适当的涂覆方法，例如丝网印刷法，将用于粘合衬垫的粘合剂，例如丝网粘合剂涂覆在隔板的整个或至少一部分的表面上。进行将衬垫整体地成型到隔板上的工序，使得在注射成型工艺后隔板的边缘不被暴露在外面，恰恰相反，而是覆盖有树脂粘合剂。本发明防止了即使当隔板被暴露到燃料电池组中的腐蚀环境时隔板的腐蚀，防止在注射成型工艺中毛边的形成，并且提高了生产效率。

注意到，尽管粘合剂在各个实施方式中可以被描述为通过丝网印刷法来涂覆，并因此被称为“丝网粘合剂”，但应该理解，粘合剂能够使用任何适当的涂覆方法来形成。同样，尽管在各个实施方式中，在这里被称作“丝网粘合剂”，该粘合剂不限制于仅仅是丝网粘合剂。

根据本发明的实施方式，如图1所示，在注射成型工序之前，将丝网粘合剂22涂覆在隔板20所需要的部分上，即衬垫将被注射成型在其上的隔板20的表面上，并且也涂覆在隔板20的边缘的表面上。这里，涂覆在隔板的将被注射成型的表面上的丝网粘合剂22，与被涂覆在隔板20的边缘的表面上的丝网粘合剂可以是与衬垫材料相同的材料。优选地，丝网粘合剂22可以是选自由氟橡胶、聚合物树脂(底层涂料(primer))和液态硅树脂组成的组中的一种，并且可以以约10至100μm的厚度涂覆。

根据各个实施方式，丝网粘合剂22被涂覆在隔板20的边缘的上表面和下表面，其中，该隔板的边缘被注射模具40按压着。

优选地，丝网粘合剂22被涂覆在隔板20的边缘的所有的上表面和下表面和侧面上，从而在隔板20的边缘的金属表面不会被暴露到外面。

接着，将涂覆有丝网粘合剂22的隔板20放置在注射模具40的下模具上并随后将注射模具40的上模具放置在其上，使得隔板20的边缘被注射模具40扣紧和夹持。

此时，当通过施加压力使注射模具40夹持隔板20的边缘时，注射模具40的压制力被涂覆在隔板20的边缘上的丝网粘合剂22吸收。

一般来说，当注射模具的上模具和下模具直接与隔板的边缘(即金属表面被暴露到外界的部分)接触以夹持隔板的边缘时，在隔板的边缘的长度方向上的厚度有轻微差别的情况下，由于注射模具的压力产生的摩擦，在隔板的边缘上会形成毛边。

然而，根据本发明，由于被注射模具40的上模具和下模具夹持的隔板20的边缘涂覆有丝网粘合剂22，因此注射模具40的压紧力被涂覆在隔板20的边缘的丝网粘合剂22吸收，从而防止了毛边的形成。

特别地，当使用常规方法时，由于在注射成型的工序中隔板材料厚度的差别，在衬垫上形成毛边，并且因此衬垫材料被从隔板与注射模具之间的间隙中挤出(即突出)。毛边可以被引入到隔板的反应区域而阻塞隔板的流场，并且在长时间的操作后可能与衬垫分离而切断反应气体和冷却剂的供应。因此，常规方法需要整理工序以去除毛边。然而，根据本发明，由于隔板20的边缘涂覆有丝网粘合剂22，注射模具40的压紧力被涂覆在隔板20的边缘上的丝网粘合剂22吸收，从而防止了毛边的形成。

接着，将衬垫材料注入到注射模具40的腔体，使得通过注射模具40的压力使衬垫18整体地成型在隔板20的表面上。随后移开注射模具40以产生最终产品。

参考图2，其示出了根据本发明的以这种方式形成的具有衬垫的燃料电池隔板的结构，衬垫18被整体地成型在隔板20的表面上，并且同时，丝网粘合剂22被涂覆到隔板20的边缘上使得在隔板20的边缘的金属表面不会被暴露到外界。

因此，即使在燃料电池组的操作过程中，隔板20的边缘被暴露到腐蚀环境，隔板20的边缘也覆盖有丝网粘合剂22，即与燃料电池组中的腐蚀环境物理隔离，因此，可以防止隔板20边缘的腐蚀。

如上所述，根据本发明的具有衬垫的燃料电池隔板及其制造的方法提供了以下的效果。

根据本发明，例如通过丝网印刷法，将粘合剂(例如橡胶或树脂粘合剂)涂覆在隔板的要注射成形衬垫的表面上，并且进一步涂覆在隔板的边缘的表面上。接着，进行将衬垫整体地成型到隔板上的工序，使得在注射成型工艺后隔板的边缘不被暴露到外面，而是覆盖有树脂粘合剂。这样，即使当隔板暴露于燃料电池组中的腐蚀环境，也能够防止隔板的腐蚀。

已经参考优选的实施方式详细地描述了本发明。然而，本领域技术人员将理解到，在不偏离所附权利要求所公开的本发明的范围和思想的情况下可以作出各种修改。

Claims (9)

1.一种燃料电池隔板，在所述隔板上整体地成型有衬垫，所述隔板包括涂覆在所述隔板的将注射成型所述衬垫的表面上和涂覆在所述隔板的边缘的表面上的粘合剂。

2.根据权利要求1所述的隔板，其中，所述粘合剂被涂覆在所述隔板的边缘的上表面和下表面上。

3.根据权利要求1所述的隔板，其中，所述粘合剂被涂覆在所述隔板的边缘的上表面和下表面以及侧面上。

4.一种用于制造燃料电池隔板的方法，所述方法包括：

将粘合剂涂覆在隔板的将注射成型衬垫的表面上和所述隔板的边缘的表面上；

将所述隔板设置在注射模具内，并且当通过施加压力使所述注射模具夹持所述隔板的边缘时，允许涂覆在所述隔板的边缘上的粘合剂吸收所述注射模具的压紧力；以及

将衬垫材料注入到所述注射模具的腔体内以形成衬垫，使得所述衬垫整体地成型在所述隔板的表面上。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述粘合剂是与所述衬垫材料相同的材料。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述粘合剂材料与所述衬垫材料选自氟橡胶，聚合物树脂或者液态硅树脂。

7.根据权利要求4所述的方法，其中，以约10至100μm的厚度涂覆所述粘合剂。

8.根据权利要求1所述的隔板，其中，所述粘合剂是丝网粘合剂。

9.根据权利要求4所述的方法，其中，涂覆粘合剂的步骤包括丝网印刷所述粘合剂。

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