CN112805859A - 用于密封燃料电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于密封燃料电池(5)的方法和通过这种方法制造的燃料电池(5)。在此，燃料电池(5)具有至少一个膜片电极单元(42)和双极板(18、22)。在此，方法具有以下步骤：将密封材料(54)材料锁合地施加到膜片电极单元(42)的至少一侧上，将前体(62)施加到至少一个双极板(18、22)的密封部位(58)上，将至少一个双极板(18、22)放置到膜片电极单元(42)上，使得密封部位(58)通过前体(62)与密封材料(54)接触，并且在压力作用下和/或在温度作用下挤压至少一个双极板(18、22)与膜片电极单元(42)，使得密封材料(54)与至少一个双极板(18、22)和膜片电极单元(42)形成材料锁合的连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于密封燃料电池的方法和一种燃料电池，该燃料电池借助于这种方法密封。
在燃料电池系统中通常使用环境空气中的氧气作为氧化剂，以便在燃料电池中与氢气反应生成水并且由此通过电化学转化提供电功率。为了使燃料电池的内部部分与环境分开，在燃料电池中布置有密封件。
背景技术
由DE 10 2012 221 730 A1已知一种用于密封燃料电池的双极板的冷却剂空间的方法。在该方法中用于密封气体空间的密封件这样定位，使得双极板的两个双极板半部通过密封件接触。
本发明的背景在于，在燃料电池堆中针对在制造所述堆时的缺陷的最大风险在于电池的密封部位。在每个堆的密封部位的总数超过1000时整体缺陷风险明显增大，使得在制成燃料电池堆之后得到有缺陷的燃料电池堆的处于10％的范围的相对较高的废品率。由此，有缺陷的燃料电池堆的高废品率提高无缺陷的燃料电池堆的价格。因此，需要大的耗费来确保密封件的密封性。由此附加地提高用于燃料电池堆的价格。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种用于密封燃料电池的方法，通过所述方法改善密封部位的密封特性并且所述方法能够实现密封件的更简单的和由此更经济的制造。
所述任务通过具有根据权利要求1的特征的用于密封燃料电池的方法解决。关于按照所述方法制造的燃料电池参见权利要求8。相应引用的从属权利要求描述了本发明的有利的扩展方案。
在此，根据本发明的用于密封燃料电池的方法包括以下步骤：将密封材料材料锁合地施加到膜片电极单元的至少一侧上，将前体施加到所述至少一个双极板的密封部位上，将所述至少一个双极板放置到膜片电极单元上，使得密封部位通过前体与密封材料接触，并且在压力作用下和/或在温度作用下挤压所述至少一个双极板与膜片电极单元，使得密封材料与所述至少一个双极板和膜片电极单元形成材料锁合的连接。
在本发明的意义中，前体是在另外的事情之前发生或存在的东西并且对此有影响。在此，前体决定性地确定密封材料之后的密封特性。
根据本发明的用于密封燃料电池的方法说明一种简单的方法，通过该方法可以使密封材料与膜片电极单元和双极板材料锁合地连接。由此能够实现这种密封件的经济的制造。
附加地，这样制造的密封件具有以下优点：能够实现高密封性。由此可以明显降低燃料电池的由于有缺陷的密封而引起的废品率。附加地，由此降低用于制造这种燃料电池的费用。
在本发明的优选实施方案中，使用底漆或硫化剂作为前体。底漆是粘附剂，通过所述粘附剂改善表面的粘接特性。由此可以改善密封材料的密封特性。
硫化剂是一种介质，借助所述介质发生化学过程以用于通过添加物、例如硫将橡胶或类似聚合物转化成更牢固的材料。这些添加物通过在各个聚合物链之间形成交联(桥)来改变聚合物。由此形成与双极板的特别牢固的连接，由此明显改善密封特性。
在本发明的另外的优选实施方案中，使用氟橡胶(FKM)或三元乙丙橡胶(EPDM)作为密封材料。EPDM具有非常好的抗老化性。此外，EPDM针对氧气是稳定的。FKM具有好的耐热性、小的透气性和突出的抗老化性。因此，通过FKM或EPDM可以实现具有突出的密封特性的密封材料。
在本发明的有利构型中，在施加前体之前或之后在双极板上模制有凹部。在本发明的意义中，凹部是手动制造或机器制造的沟形的加深部。该凹部具有以下优点：提高双极板的刚性，使得在双极板夹紧之后可以将足够高的挤压力施加到密封材料上。
此外，缩小要密封区域的横截面，使得凹部在密封高度的显著的部分上构造金属障碍物。由此减小通过密封材料的气体扩散。附加地，凹部具有与双极板的基础材料相同的热膨胀系数。由此改善热特性，使得凹部的热膨胀导致在密封部位处的附加挤压并且由此提高密封部位的密封性。
优选地，印刷密封材料。密封材料的印刷能够在自动制造过程中简单地引入，使得这样施加的密封材料可以经济性地制造。
特别优选地，密封材料借助于筛网印刷方法印刷。通过筛网印刷方法可以在批量生产中有效率地制造高质量的密封材料。因此，由此改善这样制造的密封材料的密封特性。此外，这样制造的密封材料在大件数时可以经济性地制造。
在有利的扩展方案中，喷涂密封材料。所提出的密封材料的喷涂明显有助于成本有利的制造。
本发明的任务附加地通过按照根据本发明的方法密封的燃料电池解决。在此，燃料电池包括至少一个膜片电极单元和双极板，在所述膜片电极单元上材料锁合地施加有密封材料，所述双极板具有密封部位，所述密封部位贴靠在膜片电极单元的密封材料上并且形成密封的连接，其中，在至少一个双极板的密封部位上施加有前体，使得在密封材料和所述至少一个双极板之间形成材料锁合的连接。
通过这种按照根据本发明的方法密封的燃料电池可以实现关于所述方法提到的优点。
在优选的实施例中，前体是底漆或硫化剂。在另外的优选实施例中，密封材料是FKM或EPDM。由此可以实现已经关于所述方法提到的优点。
优选地，双极板在密封部位处具有凹部。在此，凹部具有已经关于所述方法提到的优点。
本发明的任务还通过具有按照根据本发明的方法密封的至少一个燃料电池的燃料电池堆解决。本发明附加地说明一种具有这种燃料电池堆的车辆。通过这种燃料电池堆或具有这种燃料电池堆的车辆可以实现前面提到的优点。
附图说明
在附图中示出本发明的实施例并且在下面的说明书中详细阐释所述实施例。附图示出：
图1按照根据本发明的方法密封的燃料电池的实施例的剖视图。
具体实施方式
图1示出按照根据本发明的方法密封的燃料电池5的实施例的剖视图。该方法在燃料电池5的单个电池的局部处进行阐释。燃料电池5由具有凹部14的阴极双极板18形成。与阴极双极板18镜面颠倒地布置有阳极双极板22，使得两个双极板18、22的凹部14相对置。由此在阴极双极板18和阳极双极板22之间构造有通道26。
在通道26内部布置有层结构30。该层结构30示例性地在通道26处示出。在此，层结构30由第一和第二气体扩散层34、38组成，所述气体扩散层通过膜片电极单元42分开。在第一气体扩散层34和阴极双极板18之间流过氧气46，需要该氧气用于氧化。在第二气体扩散层38和阳极双极板22之间流过优选作为燃料使用的氢气50。
在阴极双极板18和阳极双极板22的凹部14相对置的部位处，在膜片电极单元42上材料锁合地施加有密封材料54。在与密封材料54接触的凹部14的区域处构造有密封部位58。在该密封部位58处在放置双极板18、22之前已经施加有前体62。
如之前已经描述的那样，在密封部位58处出现最多的缺陷。在该密封部位58处由于不充分的接触出现这种燃料电池5的不密封性。
在下一步骤中将双极板18、22在高的温度和压力下相互挤压，使得在施加有前体62的密封部位58处形成在密封材料54和相应的双极板18、22之间的材料锁合的连接。
Claims (13)
1.用于密封燃料电池(5)的方法，其中，所述燃料电池(5)具有至少一个膜片电极单元(42)和双极板(18、22)，其特征在于，所述方法具有以下步骤：
-将密封材料(54)材料锁合地施加到所述膜片电极单元(42)的至少一侧上，
-将前体(62)施加到至少一个双极板(18、22)的密封部位(58)上，
-将所述至少一个双极板(18、22)放置到所述膜片电极单元(42)上，使得所述密封部位(58)通过所述前体(62)与所述密封材料(54)接触，并且
-在压力作用下和/或在温度作用下挤压所述至少一个双极板(18、22)与所述膜片电极单元(42)，使得所述密封材料(54)与所述至少一个双极板(18、22)和所述膜片电极单元(42)形成材料锁合的连接。
2.根据权利要求1所述的用于密封燃料电池(5)的方法，其特征在于，作为前体(62)使用底漆或硫化剂。
3.根据权利要求1或2所述的用于密封燃料电池(5)的方法，其特征在于，作为密封材料(54)使用FKM或EPDM。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用于密封燃料电池(5)的方法，其特征在于，在施加所述前体(62)之前或之后在所述双极板(18、22)上模制有凹部(14)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用于密封燃料电池(5)的方法，其特征在于，印刷所述密封材料(54)。
6.根据权利要求5所述的用于密封燃料电池(5)的方法，其特征在于，借助于筛网印刷方法印刷所述密封材料(54)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用于密封燃料电池(5)的方法，其特征在于，喷涂所述密封材料(54)。
8.燃料电池(5)，该燃料电池借助于根据前述权利要求中任一项所述的用于密封的方法来密封，其中，所述燃料电池(5)包括：
-至少一个膜片电极单元(42)，在该膜片电极单元上材料锁合地施加有密封材料(54)，和
-双极板(18、22)，所述双极板具有密封部位(58)，所述密封部位贴靠在所述膜片电极单元(42)的所述密封材料(54)上并且形成密封的连接，其中，在至少一个双极板(18、22)的所述密封部位(58)上施加有前体(62)，使得在所述密封材料(54)和所述至少一个双极板(18、22)之间形成材料锁合的连接。
9.根据权利要求8所述的燃料电池(5)，其特征在于，所述前体(62)是底漆或硫化剂。
10.根据权利要求8或9所述的燃料电池(5)，其特征在于，所述密封材料(54)是FKM或EPDM。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的燃料电池(5)，其特征在于，所述双极板(18、22)在所述密封部位(58)处具有凹部(14)。
12.燃料电池堆，具有至少一个根据权利要求8至11中任一项所述的燃料电池(5)。
13.车辆，具有根据权利要求12所述的燃料电池堆。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20210514 |