CN111952625A - 燃料电池的弹性体电池框架、其制造方法及使用其的燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种用于燃料电池的弹性体电池框架，其包括：插入件，其中膜电极组件和设置在该插入件的两个表面上的一对气体扩散层结合在一起；隔膜组件，其设置在插入件的一个表面上，其中一对隔膜配置为面向彼此；以及片状弹性体框架，其设置为在插入件和隔膜组件的外侧区域中围绕插入件的边缘和隔膜组件的边缘及其侧表面，并通过热结合与插入件的边缘和隔膜组件的边缘一体地结合。

Description

燃料电池的弹性体电池框架、其制造方法及使用其的燃料 电池
技术领域
本公开内容涉及一种用于燃料电池的弹性体电池框架、其制造方法以及使用该弹性体电池框架的燃料电池堆，更具体地，涉及通过使用由热塑性弹性体(TPE)制成的片状弹性体框架，在没有单独的粘合构件的情况下，将膜电极组件、气体扩散层和隔膜一体地结合的弹性体电池框架。
背景技术
燃料电池是用于使燃料电池堆中的燃料的化学能发生电化学反应以将其转化为电能的一种发电装置，不仅可以用于提供工业、家庭和车辆的驱动力，还可以用于提供小型电子产品(诸如便携式装置)的动力，并且近来，其使用范围正逐渐扩大为高效的清洁能源。
燃料电池的单元电池具有设置在其最内部的膜电极组件(MEA)，并且膜电极组件由能够传递氢质子的聚合物电解质膜和催化剂层组成，该催化剂层即施加在聚合物电解质膜的两个表面上的阴极和阳极，使得氢和氧可以彼此反应。
另外，在膜电极组件的一个表面和另一个表面上，即在设置阴极和阳极的外部，设置一对用于供应反应气体并排出由反应生成的水的隔膜。此时，可以在膜电极组件与隔膜之间插入用于扩散或平滑化反应气体流和生成的水流的气体扩散层(GDL)。
同时，已经常规地制造了用于将膜电极组件和垫片一体化的膜电极垫片组件(MEGA)，并且将其用于保持单元电池的气密性以及在堆叠过程中的便利性。
另外，还提出了一种用于使插入件一体化的一体化框架，该插入件具有结合至膜电极组件和垫片的气体扩散层。
然而，常规的一体化框架通常通过使用粘合剂将框架和塑料材料的插入件结合在一起。另外，当通过使用常规的一体化框架来制造单元电池时，单独地需要粘合构件和密封构件以便将隔膜和一体化框架粘合。该过程可能导致材料成本和制造成本的增加。
另外，常规地，将面向彼此的一对隔膜预先结合，然后在堆叠过程中使用，以便在堆叠单元电池时将面向彼此的隔膜在彼此相邻的单元电池中对准。
此时，在堆叠的一对隔膜上形成反应气体和冷却剂流入和流出的歧管部分。存在如下问题，由于由金属材料制成的隔膜的歧管部分是直接接触反应气体和生成的水的结构，因此当长时间驱动燃料电池时，金属材料的歧管部分被腐蚀。
另外，存在如下问题，由于使用了由薄板构成的金属隔膜以减小燃料电池的体积，因此该薄板的隔膜的外歧管部分容易由于外部冲击而变形，并且很难处理。
作为背景技术解释的前述内容仅旨在帮助理解本公开内容的背景，而并非旨在表示本公开内容落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。
发明内容
本公开内容提供了一种用于燃料电池的弹性体电池框架、其制造方法以及使用该弹性体电池框架的燃料电池堆，其通过使用由热塑性弹性体(TPE)制成的片状弹性体框架，在没有单独的粘合构件的情况下，将膜电极组件、气体扩散层和隔膜一体地结合。
另外，本公开内容提供一种用于燃料电池的弹性体电池框架、其制造方法以及使用该弹性体电池框架的燃料电池堆，其在弹性体框架上可以具有多个流入歧管通孔和多个流出歧管通孔，并且隔膜不会形成歧管区域，从而解决了在歧管区域中引起的腐蚀和弯曲变形问题。
构成燃料电池的单位电池的弹性体电池框架包括：插入件，其中膜电极组件和设置在其两个表面上的一对气体扩散层结合在一起；隔膜组件，其设置在插入件的一个表面上，其中一对隔膜配置为面向彼此；以及片状弹性体框架，其设置为在插入件和隔膜组件的外侧区域中围绕插入件的边缘和隔膜组件的边缘及其侧表面，并且通过热结合与插入件的边缘和隔膜组件的边缘一体地结合。
热结合可以是热压结合、超声结合、高频结合、振动结合、红外结合、辐射热结合、压延结合和激光结合中的一种。
弹性体框架形成有反应表面通孔，在该反应表面通孔中设置插入件，反应表面通孔的内周表面形成有用于围绕插入件的两个表面中的任何一个表面及其侧表面的第一台阶，并且第一台阶的外侧形成有用于围绕隔膜组件的两个表面中的任何一个表面及其侧表面的第二台阶。
构成插入件的一对气体扩散层中的任何一个气体扩散层对应于第一台阶的内周表面的大小，并且一对气体扩散层中的另一个气体扩散层和膜电极组件对应于第二台阶的内周表面的大小。
在插入件与弹性体框架之间形成在面向弹性体框架的第一台阶和插入件的膜电极组件时热结合的第一熔合部，并且在隔膜组件与弹性体框架之间形成在面向弹性体框架的第二台阶和隔膜组件的两个表面中的任何一个表面时热结合的第二熔合部。
在插入件与弹性体框架之间形成在面向弹性体框架的第一台阶和插入件的膜电极组件与一对气体扩散层的侧表面时热结合的第三熔合部，并且在隔膜组件与弹性体框架之间形成在面向弹性体框架的第二台阶和隔膜组件的侧表面时热结合的第四熔合部。
在弹性体框架的一侧形成反应气体和冷却剂流入的多个流入歧管通孔，并且在其另一侧形成反应气体和冷却剂流出的多个流出歧管通孔，并且第一台阶和第二台阶形成在多个流入歧管通孔与多个流出歧管通孔之间。
在弹性体框架的两个表面的一个表面上沿着设置隔膜组件的区域的外侧形成用于围绕隔膜组件的至少一个密封突起。
在弹性体框架的两个表面的另一个表面上沿着设置隔膜组件的区域的外侧在与形成密封突起的位置相对应的位置处形成用于围绕隔膜组件并具有与密封突起相对应的形状的至少一个密封槽。
隔膜组件由面向彼此的第一隔膜和第二隔膜组成，第一隔膜在沿着其边缘的预定区域形成有处彼此间隔开的多个第一组件通孔，第二隔膜形成有与第一组件通孔连通的多个第二组件通孔，并且弹性体框架的第二台阶形成有用于穿过第一组件通孔和第二组件通孔的组件突起。
组件突起的端部被热结合，其直径变得大于组件突起的其它区域以与隔膜组件的表面结合。
隔膜组件由面向彼此的第一隔膜和第二隔膜组成，在第一隔膜上形成从其侧表面横向延伸的第一凹凸突起，在第二隔膜上形成从其侧表面横向延伸并具有与第一凹凸突起相对应的形状的第二凹凸突起，并且在第二台阶的外周表面上形成与弹性体框架的表面水平地形成并与第一凹凸突起和第二凹凸突起连接的凹凸槽部。
在弹性体框架的两个表面中的一个表面上形成延伸成覆盖隔膜组件的边缘的盖部，并且在弹性体框架的两个表面中的另一个表面上与形成盖部的位置相对应的位置处形成具有与盖部相对应的形状的盖槽。
弹性体框架由热塑性弹性体(TPE)形成。
同时，根据本公开内容的实施方式的用于制造构成燃料电池堆的单元电池的弹性体电池框架的方法包括：通过将气体扩散层分别结合在膜电极组件的两个表面上来制备插入件；通过使一对隔膜面向并结合来制备隔膜组件；制备片状的弹性体框架；以使插入件和隔膜组件的边缘重叠的方式设置弹性体框架的上部；以及通过热结合来使弹性体框架、插入件和隔膜组件之间的重叠部分结合。
热结合可以是热压结合、超声结合、高频结合、振动结合、红外结合、辐射热结合、压延结合和激光结合中的一种。
在制备弹性体框架的过程中，弹性体框架通过将热塑性弹性体(TPE)模制成片状来制备。
在制备弹性体框架的过程中，弹性体框架形成有反应表面通孔，在该反应表面通孔中设置插入件，反应表面通孔的内周表面形成有用于围绕插入件的两个表面中的任何一个表面及其侧表面的第一台阶，并且第一台阶的外侧形成有用于围绕隔膜组件的两个表面中的任何一个表面及其侧表面的第二台阶，并且在设置过程中，将插入件的边缘设置为位于第一台阶上，而隔膜组件设置为位于第二台阶上。
在结合过程中，施加到弹性体框架的热是高于弹性体框架的熔融温度的温度。
在结合过程中，在没有单独的粘合构件的情况下，在弹性体框架热结合时使弹性体框架与插入件和隔膜组件结合。
同时，根据本公开内容的实施方式的燃料电池堆通过堆叠多个弹性体电池框架而形成，该弹性体电池框架包括：插入件，在该插入件中膜电极组件和设置在其两个表面上的一对气体扩散层结合在一起；隔膜组件，其设置在插入件的一个表面上，其中一对隔膜配置为面向彼此；以及片状弹性体框架，其设置为在插入件和隔膜组件的外侧区域中围绕插入件的边缘和隔膜组件的边缘及其侧表面，并在热结合时至少与插入件的边缘和隔膜组件的边缘一体地结合，并且在彼此相邻的弹性体电池框架的弹性体框架通过其间的热结合而结合时堆叠。
彼此相邻的弹性体电池框架的弹性体框架在面向彼此的区域中形成有通过其间的热结合而结合的第五熔合部。
彼此相邻的弹性体电池框架的弹性体框架形成有在各个侧表面一体地热结合时结合的第六熔合部。
根据本公开内容的实施方式，可以获得以下效果。
首先，在隔膜与插入件之间的界面结合中不需要单独的粘合构件，从而通过省去粘合剂施加过程而节约材料成本和制造成本。
第二，可以在没有单独的密封构件的情况下确保反应区域的气密性，并且由于不需要密封构件，因此可以节省材料成本，并且通过省去密封构件模制过程可以节约制造成本。
第三，由于没有在隔膜上形成歧管区域，因此可以减少形成隔膜的金属材料的使用量，从而节约制造成本。
第四，由于没有在隔膜上形成歧管区域，因此可以最初抑制由歧管区域中的生成的水引起的腐蚀，从而提高燃料电池堆的耐久性。
第五，由于没有在隔膜上形成歧管区域，因此可以抑制由于歧管区域中的外部冲击引起的弯曲变形，从而提高隔膜的处理性能。
第六，可以通过堆叠使插入件、隔膜和弹性体框架一体化的弹性体电池框架来构成燃料电池堆，从而简化电池间堆叠并增强燃料电池堆结构的稳定性。
附图说明
结合附图，从下面的详细描述中，将更清楚地理解本公开内容的上述和其它目的、特征和其它优点，在附图中：
图1是示出根据本公开内容的第一实施方式的用于燃料电池的弹性体电池框架的分解透视图。
图2A和图2B是示出沿图1中的线A-A截取的截面的图。
图3是示出沿图1中的线B-B截取的截面的图。
图4A和图4B是示出根据本公开内容的第二实施方式的用于燃料电池的弹性体电池框架的图。
图5是示出根据本公开内容的第三实施方式的用于燃料电池的弹性体电池框架的图。
图6A和图6B是示出根据本公开内容的第四实施方式的用于燃料电池的弹性体电池框架的图。
图7A和图7B是示出根据本公开内容的第五实施方式的用于燃料电池的弹性体电池框架的图。
具体实施方式
应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合动力电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。
本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式的目的而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种”和“该”也意在包括复数形式，除非上下文中清楚指明。还可以理解的是，在说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。在整个说明书中，除非有明确的相反说明，术语“包括”及其各种变形应当被理解为包括所陈述的元件而不是排除任何其它元件。另外，说明书中描述的“单元”“-器(-er，-or)”和“模块(module)”指的是用于处理至少一个功能和操作的单元，并且可以由硬件组件或软件组件和其组合来进行实施。
此外，本公开内容的控制逻辑可实施为含有通过处理器、控制器等执行的可执行程序指令的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的例子包括但不限于，ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、优盘、智能卡和光学数据存储装置。还能够在网络耦合的计算机系统中分布计算机可读记录介质，使得例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)以分散的方式存储并且执行计算机可读介质。
在下文中，将参考附图更详细地描述本公开内容的实施方式。然而，本公开内容不限于以下公开的实施方式，而是可以以彼此不同的各种形式来实施，而且提供这些实施方式，使得本公开内容将是彻底和完整的，并且向本领域技术人员完整地传达本公开内容的范围。在附图中，相同的附图标记指代相同的元件。
图1是示出根据本公开内容的第一实施方式的用于燃料电池的弹性体电池框架的分解透视图，并且图2A和图2B是示出沿图1中的线A-A截取的截面的图。
如图1中所示，例如，根据本公开内容的第一实施方式的用于燃料电池的弹性体电池框架包括：插入件100，其中膜电极组件110和设置在插入件100的两个表面上的一对气体扩散层120结合在一起；隔膜组件300，其设置在插入件100的一个表面上，其中一对隔膜310、320面向彼此；以及弹性体框架200，其通过热结合一体地形成在插入件100和隔膜组件300的外侧区域中。
这里，热结合可以是热压结合、超声结合、高频结合、振动结合、红外结合、辐射热结合、压延结合和激光结合中的一种。特别地，热结合优选是其中容易提供热和压力的热压结合。
插入件100是通过堆叠膜电极组件110和一对气体扩散层120而获得的结合体，并且优选地，气体扩散层120分别设置并堆叠在膜电极组件110的一个表面和另一表面上。
膜电极组件110由能够传递氢质子的聚合物电解质膜和由催化剂层构成的一般膜电极组件实施，催化剂层即为在聚合物电解质膜的两个表面上应用的阴极和阳极，使得氢和氧可以彼此反应。
配置为通过将流经隔膜(未示出)的反应气体扩散到膜电极组件110中而通过的气体扩散层120仅由基础材料或由基础材料与基础材料的一个表面上形成的微孔层(MPL)制成。此时，基础材料和微孔层的材料由应用到一般气体扩散层的材料实施。
隔膜组件300由面向彼此的第一隔膜310和第二隔膜320组成。此时，在第一隔膜310和第二隔膜320中以各种形式形成反应气体和生成的水流经的通道。例如，可以通过弯曲与设置膜电极组件110的区域相对应的区域而形成平台(land)和沟道来形成通道。另外，在通道的两端形成扩散部，在反应气体和生成的水流入通道中时进行扩散，并且在从通道中排出时进行收集。
同时，构成隔膜组件300的第一隔膜310和第二隔膜320不是构成单元电池的一对隔膜，而是指在相邻的单元电池中彼此相邻的一对隔膜。例如，可以将设置在构成任何一个单元电池的膜电极组件110的阴极侧的阴极隔膜定义为第一隔膜310，并且可以将设置在构成与对应单元电池相邻的另一单元电池的膜电极组件110的阳极侧的阳极隔膜定义为第二隔膜320。
此时，在彼此相邻的单元电池中面向彼此的第一隔膜310和第二隔膜320在面向彼此的状态下在预定位置处焊接以形成隔膜组件300。
弹性体框架200一体地形成在插入件100的外侧区域，以保持插入件100的气密性以及堆叠过程中的便利性，并且弹性体框架200由热塑性弹性体(TPE)形成，以便在无需单独的粘合构件的情况下通过热结合来结合，同时保持预定的形状。
即，弹性体框架200被设置为在插入件100和隔膜组件300的外表面中围绕插入件100的边缘及其侧表面以及隔膜组件300的边缘及其侧表面，并且与插入件100的边缘和隔膜组件300的边缘及其侧表面一体地形成。
在本文中，插入件100和隔膜组件300的“外侧区域”术语是指包括插入件100和隔膜组件300的边缘区域以及与其相邻的空间的区域，并且插入件100和隔膜组件300的“边缘”是指插入件100和隔膜组件300的边缘区域。此外，为了便于说明，弹性体框架200被设置为围绕插入件100的边缘的两个表面中的任何一个表面及其侧表面，以及隔膜组件300的边缘的两个表面中的任何一个表面及其侧表面，使得在以下描述中将插入件100和隔膜组件300的边缘称为“下表面”。插入件100和隔膜组件300的边缘不限于以下描述的“下表面”，并且可以是其相对的表面，即“上表面”。另外，隔膜组件300的边缘的两个表面中的任何一个表面是指构成隔膜组件300的一对隔膜中的任何一个表面。因此，如图2中所示，在由第一隔膜310和第二隔膜320组成的隔膜组件300中，将隔膜组件300的边缘的两个表面中的任何一个表面称为第一隔膜的“下表面”。
例如，如图2A和图2B中所示，弹性体框架200被设置为围绕插入件100和隔膜组件300的外侧区域，同时面向插入件100的边缘的下表面和侧表面以及隔膜组件300的边缘的下表面和侧表面。
特别地，弹性体框架200可以在插入件100与隔膜组件300之间延伸界面，以与插入件100和隔膜组件300气密地粘合。
例如，弹性体框架200形成有其中设置插入件100的反应表面通孔201，并且反应表面通孔201的内周表面形成有用于围绕插入件100的下表面和侧表面的第一台阶230。
然后，在弹性体框架200上形成的第一台阶230的内周表面上形成用于围绕隔膜组件300的下表面和侧表面的第二台阶240。
因此，通过热结合分别在插入件100和隔膜组件300与弹性体框架200之间的界面处形成熔合部，从而实现它们之间牢固的结合和一体化。
即，如图2A和图2B中所示，在插入件100与弹性体框架200之间形成在面向弹性体框架200的第一台阶230和插入件100的下表面时热结合的第一熔合部H1，并且在隔膜组件300与弹性体框架200之间形成在面向弹性体框架200的第二台阶240和隔膜组件300的下表面时热结合的第二熔合部H2。
然后，在插入件100与弹性体框架200之间形成在面向弹性体框架200的第一台阶230和插入件100的侧表面时热结合的第三熔合部H3，并且在隔膜组件300与弹性体框架200之间形成在面向弹性体框架200的第二台阶240和隔膜组件300的侧表面时热结合的第四熔合部H4。
然而，由于形成插入件100的膜电极组件110和气体扩散层120由不同的材料形成，因此与弹性体框架200的结合性能存在差异。在本实施方式中，由于形成弹性体框架200的热塑性弹性体(TPE)与膜电极组件110的结合性能比气体扩散层120更好，因此构成插入件100的一对气体扩散层120中的任何一个气体扩散层对应于其内周表面的大小，而构成插入件100的一对气体扩散层120中的另一个气体扩散层和膜电极组件110形成为与第二台阶240的内周表面的大小相对应的大小。因此，优选在插入件100结合到第一台阶230时，形成在面向弹性体框架200的第一台阶230和插入件100的膜电极组件110的下表面时热结合的第一熔合部H1，并且形成在面向弹性体框架200的第一台阶230和插入件100的膜电极组件110以及一对气体扩散层120的侧表面时热结合的第三熔合部H3。
同时，弹性体框架200形成有流入歧管通孔210和流出歧管通孔220，以形成用于使反应气体和冷却剂流入和流出由插入件100形成的反应表面的歧管。
例如，在弹性体框架200的一侧形成反应气体和冷却剂流入其中的多个流入歧管通孔210，并且在其另一侧形成反应气体和冷却剂流出其中的多个流出歧管通孔220。
因此，在多个流入歧管通孔210与多个流出歧管通孔220之间形成第一台阶230和第二台阶240。
然后，如图1和图3中所示，在弹性体框架200的上表面上形成用于使各个流入歧管通孔210与反应表面通孔201连通的流入连接通道211，并且形成用于使各个流出歧管通孔220与反应表面通孔201连通的流出连接通道221。此时，优选的是，流入连接通道211和流出连接通道221的深度形成在可以与形成第二台阶240的区域连通的水平。例如，在本实施方式中，流入连接通道211和流出连接通道221的深度形成为与第二台阶240的上表面的高度相对应的深度。
同时，将描述用于制造如上所述配置的燃料电池的弹性体电池框架的方法。
根据本公开内容的实施方式的用于燃料电池的弹性体电池框架的制造方法包括：通过将气体扩散层120分别结合至膜电极组件110的两个表面来制备插入件100；在使一对隔膜310、320面向并结合的同时制备隔膜组件300；以插入件100的边缘和隔膜组件300的边缘彼此重叠的方式设置在弹性体框架200的上部；以及通过在对弹性体框架200、插入件100和隔膜组件300之间的重叠部分施加热的同时加压而在它们之间通过热结合而一体化地形成结合。
制备插入件的操作是通过结合膜电极组件110和气体扩散层120来制备插入件100。
此时，膜电极组件110制备聚合物电解质膜，以及在聚合物电解质膜的两个表面上形成有阴极和阳极的一般膜电极组件。
另外，气体扩散层120也制备仅由基础材料或由基础材料和形成在基础材料的一个表面上的微孔层(MPL)制成的一般气体扩散层。
然后，通过将气体扩散层120堆叠在膜电极组件110的两个表面上来制备插入件100。
然而，如上所述，为了增强插入件100与弹性体框架200之间的结合性能，可以将一对气体扩散层120中的任何一个气体扩散层形成为具有小于膜电极组件110和气体扩散层120中的另一气体扩散层的大小，使得暴露区域与弹性体框架200的第一台阶230热结合，同时膜电极组件110的下表面暴露在稍后描述的结合中。
制备隔膜组件的操作是将第一隔膜310和第二隔膜320一体化。
首先，通过分别模制由金属材料制成的第一隔膜310和第二隔膜320，然后在面向彼此的状态下在预定位置处焊接第一隔膜310和第二隔膜320，而制备隔膜组件300。此时，在第一隔膜310和第二隔膜320中未形成歧管区域，并且仅在其上形成反应气体和冷却剂流经的通道。
制备弹性体框架的操作是制备设置为围绕插入件100和隔膜组件300的外侧区域的片状弹性体框架200。
同时，在模制弹性体框架200时，形成：其中设置插入件100的反应表面通孔201；反应气体和冷却剂流入的多个流入歧管通孔210；反应气体和冷却剂流出的多个流出歧管通孔220；第一台阶230，用于在反应表面通孔201的内周表面上围绕插入件100的下表面和侧表面；以及第二台阶240，用于在第一台阶230的外侧区域中围绕隔膜组件300的下表面和侧表面。
设置操作是设置为使得插入件100和隔膜组件300的边缘与弹性体框架200重叠。例如，插入件100的边缘被设置为位于第一台阶230上，并且隔膜组件300被设置为位于第二台阶240上。
优选地，插入件100的边缘的下表面位于弹性体框架200的第一台阶230上，使得插入件100的边缘的侧表面面向弹性体框架200的反应表面通孔201的内周表面以及第一台阶230的外周表面。然后，隔膜组件300的边缘的下表面位于弹性体框架200的第二台阶240上，使得隔膜组件300的边缘的侧表面面向弹性体框架200的第二台阶240的外周表面。
结合操作是通过弹性体框架200的热结合将弹性体框架200、插入件100和隔膜组件300彼此结合。
在此，热结合可以是热压结合、超声结合、高频结合、振动结合、红外结合、辐射热结合、压延结合和激光结合中的一种。特别地，热结合优选是其中容易提供热和压力的热压结合。
为此，弹性体框架200和插入件100位于热压模具中。
然后，通过操作热压模具将热施加到与插入件100和隔膜组件300的外侧区域相对应的区域的一些或全部区域而使弹性体框架200在预定位置熔融时，将插入件100和隔膜组件300结合。因此，即使在没有单独的粘合构件的情况下，弹性体框架200、插入件100和隔膜组件300也在弹性体框架200在其界面处热结合时被结合。
此时，施加到弹性体框架200的热优选地高于弹性体框架200的熔融温度，以便牢固地结合弹性体框架200与插入件100和隔膜组件300。
同时，可以改变弹性体框架200和隔膜组件300的形状，以增强弹性体框架200与隔膜组件300之间的结合性能以及堆叠的弹性体框架200之间的结合性能。
图4A和图4B是示出根据本公开内容的第二实施方式的用于燃料电池的弹性体电池框架的图。
如图4A和图4B中所示，在根据第二实施方式的用于燃料电池的弹性体电池框架中，在弹性体框架200的两个表面中的一个表面上，沿着设置隔膜组件300的区域的外围，设置用于围绕隔膜组件300的至少一个密封突起261。
然后，在弹性体框架200的两个表面中的另一个表面上，沿着设置隔膜组件300的区域的外围，形成用于围绕隔膜组件300的至少一个密封槽262。此时，优选的是，在与形成密封突起261的位置相对应的位置处形成密封槽262，并且其形状也形成为彼此相对应的形状。因此，当堆叠多个弹性体框架200时，彼此相邻的弹性体框架200的密封突起261和密封槽262可以面向彼此，从而期望热结合之前的对准效果，并且延长热结合中的界面，从而提高结合性能。
另外，在构成隔膜组件300的第一隔膜310中，在沿着其边缘的预定区域中，多个第一组件通孔311可以形成为彼此间隔开，并且第二隔膜320可以形成有多个与第一组件通孔311连通的第二组件通孔321。
然后，可以在弹性体框架200的第二台阶240中形成用于穿过第一组件通孔311和第二组件通孔321的组件突起250。
因此，如图4A中，通过将隔膜组件300的第一组件通孔311和第二组件通孔321穿入形成在弹性体框架200中的组件突起250中来设置。
在该状态下，如图4B中，通过使用热压模具HM1在向组件突起250的端部251施加热的同时施加压力，组件突起250的端部251在以法兰形状扩大的同时结合到隔膜组件300的表面。
虽然图4A和图4B示出了其中形成所有密封突起261、密封槽262和组件突起250的实施方式，但是可以仅形成密封突起261和密封槽262，或者可以仅形成组件突起250。
图5是示出根据本公开内容的第三实施方式的用于燃料电池的弹性体电池框架的图。
如图5中所示，在根据第三实施方式的用于燃料电池的弹性体电池框架中，构成隔膜组件300的第一隔膜310形成有从其侧表面横向延伸的第一凹凸突起312，并且第二隔膜320形成有以与第一凹凸突起312相对应的形状从其侧表面横向延伸的第二凹凸突起。
然后，形成在弹性体框架200上的第二台阶240的外周表面形成有与弹性体框架200的表面水平地形成并且与第一凹凸突起312和第二凹凸突起322连接的凹凸槽部241。
因此，当将隔膜组件300设置在待熔合的弹性体框架200的第二台阶240上时，可以通过彼此对应的形状来提高组件对准的程度，并且可以通过扩大其间的界面来增强结合性能。
图6A和图6B是示出根据本公开内容的第四实施方式的用于燃料电池的弹性体电池框架的图。
如图6A和图6B中所示，在根据第四实施方式的用于燃料电池的弹性体电池框架中，延伸成覆盖隔膜组件300的边缘的盖部271形成在弹性体框架200的上表面上。
然后，在弹性体框架200的下表面中，以与形成盖部271的位置相对应的形状，在与形成盖部271的位置相对应的位置处形成盖槽272。因此，当堆叠多个弹性体框架200时，彼此相邻的弹性体框架200的盖部271和盖槽272面向彼此，从而期望在热结合之前的对准效果，并且热结合中的界面扩大，从而增强了结合性能。
虽然图6A和图6B示出了其中形成所有密封突起261、密封槽262、盖部271和盖槽272的实施方式，但是可以仅形成密封突起261和密封槽262，或者仅形成盖部271和盖槽272。
同时，通过堆叠多个用于燃料电池的弹性体电池框架来配置燃料电池堆。
如图2B中所示，堆叠多个包括插入件100、隔膜组件300和弹性体框架200的弹性体电池框架以形成燃料电池堆，并且此时，优选地，在热结合的同时堆叠彼此相邻的弹性体电池框架的弹性体框架200。
即，彼此相邻的弹性体电池框架的弹性体框架200形成有在面向彼此的区域中热结合的第五熔合部H5。因此，彼此相邻的弹性体电池框架的弹性体框架200通过第五熔合部H5结合。
同时，可以扩大热结合的区域，以便增强彼此相邻的弹性体框架200之间的结合性能。
图7A和图7B是示出根据本公开内容的第五实施方式的用于燃料电池的弹性体电池框架的图。
如图7A和图7B中所示，首先，堆叠多个弹性体电池框架，并且通过彼此相邻的弹性体框架200中的热结合来结合面向彼此的上表面和下表面。因此，在彼此相邻的弹性体框架200中，在面向彼此的上表面与下表面之间形成第五熔合部H5。
在该状态下，形成第六熔合部H6，通过热压模具HM2对弹性体框架200的侧面部分施加热的同时施加压力，将各个弹性体框架200的侧表面一体地热结合。
尽管已经参考附图和上述优选实施方式描述了本公开内容，但是本公开内容不限于此，而是由权利要求限制。因此，本领域技术人员可以在权利要求的技术精神的范围内对本公开内容进行各种变形和修改。

Claims (20)

1.一种用于燃料电池的弹性体电池框架，其是构成燃料电池的单元电池的弹性体电池框架，包括：
插入件，其中膜电极组件和设置在所述插入件的两个表面上的一对气体扩散层结合在一起；
隔膜组件，其设置在所述插入件的一个表面上，其中一对隔膜配置为面向彼此；以及
片状弹性体框架，其设置为在所述插入件和所述隔膜组件的外侧区域中围绕所述插入件的边缘和所述隔膜组件的边缘及其侧表面，并且通过热结合与所述插入件的边缘和所述隔膜组件的边缘一体地结合。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的弹性体电池框架，
其中，所述热结合是热压结合、超声结合、高频结合、振动结合、红外结合、辐射热结合、压延结合和激光结合中的一种。
3.根据权利要求1所述的用于燃料电池的弹性体电池框架，
其中，所述弹性体框架形成有反应表面通孔，在所述反应表面通孔中设置所述插入件，所述反应表面通孔的内周表面形成有用于围绕所述插入件的表面中的任何一个表面及其侧表面的第一台阶，并且所述第一台阶的外侧形成有用于围绕所述隔膜组件的两个表面中的任何一个表面及其侧表面的第二台阶。
4.根据权利要求3所述的用于燃料电池的弹性体电池框架，
其中，构成所述插入件的一对气体扩散层中的任何一个气体扩散层对应于所述第一台阶的内周表面的大小，并且
其中，所述一对气体扩散层中的另一个气体扩散层和所述膜电极组件对应于所述第二台阶的内周表面的大小。
5.根据权利要求4所述的用于燃料电池的弹性体电池框架，
其中，在所述插入件与所述弹性体框架之间形成在面向所述弹性体框架的第一台阶和所述插入件的膜电极组件时热结合的第一熔合部，以及
其中，在所述隔膜组件与所述弹性体框架之间形成在面向所述弹性体框架的第二台阶和所述隔膜组件的两个表面中的任何一个表面时热结合的第二熔合部。
6.根据权利要求5所述的用于燃料电池的弹性体电池框架，
其中，在所述插入件与所述弹性体框架之间形成在面向所述弹性体框架的第一台阶和所述插入件的膜电极组件与一对气体扩散层的侧表面时热结合的第三熔合部，
其中，在所述隔膜组件与所述弹性体框架之间形成在面向所述弹性体框架的第二台阶和所述隔膜组件的侧表面时热结合的第四熔合部。
7.根据权利要求3所述的用于燃料电池的弹性体电池框架，
其中，在所述弹性体框架的一侧形成反应气体和冷却剂流入其中的多个流入歧管通孔，并且在其另一侧形成所述反应气体和所述冷却剂流出其中的多个流出歧管通孔，并且
其中，所述第一台阶和所述第二台阶形成在所述多个流入歧管通孔与所述多个流出歧管通孔之间。
8.根据权利要求1所述的用于燃料电池的弹性体电池框架，
其中，在所述弹性体框架的两个表面中的一个表面上沿着设置所述隔膜组件的区域的外侧，形成用于围绕所述隔膜组件的至少一个密封突起。
9.根据权利要求8所述的用于燃料电池的弹性体电池框架，
其中，在所述弹性体框架的两个表面中的另一个表面上沿着设置所述隔膜组件的区域的外侧，在与形成所述密封突起的位置相对应的位置处形成用于围绕所述隔膜组件并具有与所述密封突起相对应的形状的至少一个密封槽。
10.根据权利要求3所述的用于燃料电池的弹性体电池框架，
其中，所述隔膜组件由面向彼此的第一隔膜和第二隔膜组成，
其中，所述第一隔膜在沿着其边缘的预定区域处形成有彼此间隔开的多个第一组件通孔，
其中，所述第二隔膜形成有与所述第一组件通孔连通的多个第二组件通孔，并且
其中，所述弹性体框架的第二台阶形成有用于穿过所述第一组件通孔和所述第二组件通孔的组件突起。
11.根据权利要求10所述的用于燃料电池的弹性体电池框架，
其中，所述组件突起的端部被热结合，其直径变得大于所述组件突起的其它区域以与所述隔膜组件结合。
12.根据权利要求3所述的用于燃料电池的弹性体电池框架，
其中，所述隔膜组件由面向彼此的第一隔膜和第二隔膜组成，
其中，在所述第一隔膜上形成从其侧表面横向延伸的第一凹凸突起，
其中，在所述第二隔膜上形成从其侧表面横向延伸的第二凹凸突起，其具有与所述第一凹凸突起相对应的形状，并且
其中，在所述第二台阶的外周表面上形成与所述弹性体框架水平地形成并与所述第一凹凸突起和所述第二凹凸突起连接的凹凸槽部。
13.根据权利要求1所述的用于燃料电池的弹性体电池框架，
其中，在所述弹性体框架的两个表面中的一个表面上形成延伸成覆盖所述隔膜组件的边缘的盖部，并且
其中，在所述弹性体框架的两个表面中的另一个表面上与形成所述盖部的位置相对应的位置处形成具有与所述盖部相对应的形状的盖槽。
14.根据权利要求1所述的用于燃料电池的弹性体电池框架，
其中，所述弹性体框架由热塑性弹性体形成。
15.一种用于制造构成燃料电池堆的单元电池的弹性体电池框架的方法，所述方法包括以下步骤：
通过将气体扩散层分别结合在膜电极组件的两个表面上来制备插入件；
通过使一对隔膜面向并结合来制备隔膜组件；
制备片状的弹性体框架；
以使所述插入件和所述隔膜组件的边缘重叠的方式设置所述弹性体框架的上部；以及
通过热结合使所述弹性体框架、所述插入件和所述隔膜组件之间的重叠部分结合。
16.根据权利要求15所述的用于制造弹性体电池框架的方法，
其中，在结合步骤中，施加到所述弹性体框架的热是高于所述弹性体框架的熔融温度的温度。
17.根据权利要求15所述的用于制造弹性体电池框架的方法，
其中，在结合步骤中，在没有单独的粘合构件的情况下，在所述弹性体框架热结合时使所述弹性体框架与所述插入件和所述隔膜组件结合。
18.一种燃料电池堆，包括：
多个弹性体电池框架，其包括插入件，在所述插入件中，膜电极组件和设置在其两个表面上的一对气体扩散层堆叠在一起；
隔膜组件，其设置在所述插入件的一个表面上，其中一对隔膜配置为面向彼此；以及
片状弹性体框架，其设置为在所述插入件和所述隔膜组件的外侧区域中围绕所述插入件的边缘和所述隔膜组件的边缘及其侧表面，并且通过热结合与所述插入件的边缘和所述隔膜组件的边缘一体地结合，
其中，在彼此相邻的弹性体电池框架的弹性体框架通过它们之间的热结合而被结合时堆叠燃料电池堆。
19.根据权利要求18所述的燃料电池堆，
其中，彼此相邻的弹性体电池框架的弹性体框架形成有在彼此面向的区域中通过其间的热结合而结合的第五熔合部。
20.根据权利要求19所述的燃料电池堆，
其中，彼此相邻的弹性体电池框架的弹性体框架形成有在其各个侧表面一体地热结合时结合的第六熔合部。
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