專利名稱：Pem燃料電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種PEM(光電磁效應(yīng))燃料電池和一種它的制造方法，其中燃料電池的裝配通過薄膜和極板邊緣的相互嵌接來實現(xiàn)。
例如由WO96/41392已知一種燃料電池，其中，PEM燃料電池的基本元件，亦即兩側(cè)涂覆有電極層的薄膜和兩塊極板通過一個專用夾子被夾固在一起。
在另一種燃料電池中，薄膜超出兩側(cè)涂覆的電極，并通過一個密封件與正、負(fù)極板連接，從而在帶電極涂層的薄膜和各極板之間形成一個氣密的陽極-和/或陰極氣室。
在制造已知的電池時，總是需要一個額外的部件(夾子和/或密封)以及一個額外的工序用于在燃料電池的裝配過程中安裝這些部件。
本發(fā)明的目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計用于燃料電池的裝配，其中燃料電池的基本元件，亦即薄膜、電極和極板足以在一道工序中完成裝配，以制造出電池。
本發(fā)明的對象(內(nèi)容)是一種燃料電池，它包括一個在兩側(cè)涂覆有電極層的薄膜和分別用于限定陽極和陰極氣室的一塊負(fù)極板和一塊正極板，其中，薄膜邊緣和兩極板邊緣互配成型，使得在裝配時兩極板邊緣嚙合在薄膜邊緣內(nèi)，并在薄膜和極板之間分別形成一個密封的陽極氣室和陰極氣室。
本發(fā)明的對象還有一種制造燃料電池的方法，其中，通過將兩極板邊緣嚙合在薄膜邊緣內(nèi)來形成所述電池。
根據(jù)本發(fā)明的一種有利的結(jié)構(gòu)，薄膜邊緣設(shè)計成溝槽狀和/或“U”形，并且兩極板邊緣也同樣地設(shè)計成溝槽狀和/或“U”形，以使上、下兩塊極板分別鉤在薄膜邊緣的各槽壁內(nèi)。所述薄膜由密封材料制成，因此通過將極板嚙合在薄膜邊緣的溝槽內(nèi)形成一個密封。
凹槽-和/或溝槽形薄膜邊緣適合于容納極板，它可以在一開始制造薄膜時就成型或者可以在現(xiàn)成的薄膜上(甚至可能是在現(xiàn)成的薄膜-電極-單元上)通過注塑、焊接、粘接和/或按別的方法加設(shè)。這種邊緣最好是與薄膜不可拆卸地連接。
極板邊緣的初始形狀，即，它在燃料電池裝配前的形狀最好是直的，到元件接合時才彎曲。不過它也可以從一開始就構(gòu)型成，能夠卡鎖在一個相應(yīng)的薄膜邊緣內(nèi)。各極板邊緣也可以通過焊接、粘接、注塑和/或按別的方法加設(shè)。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施型式中，由兩塊極板和薄膜邊緣形成的邊緣密封沿其棱邊呈蜿蜒狀地閉鎖，而兩極板彎折到活性電池面(亦即涂覆有電極層的薄膜面)和薄膜的“U”形邊緣之間的空腔里。這樣就形成一個理想的邊緣密封。
下面借助兩個附圖對本發(fā)明予以詳細(xì)說明，附圖中

圖1表示一個燃料電池的橫截面。該電池的上面和下面分別通過一塊極板1限定?？煽闯鲋虚g是兩側(cè)分別具有一電極2的薄膜3。電池2只是覆蓋薄膜3的活性面。在下極板1和緊接的(相鄰的)燃料電池的上極板1之間是冷卻管6。薄膜3的邊緣4沒有被涂覆電極層，它具有一個“U”形隆起，極板1的邊緣嚙合在里面形成邊緣密封。邊緣4例如注塑在薄膜3上。為了更好地密封，由薄膜邊緣4和兩極板1形成的邊緣密封沿棱邊呈蜿蜒狀地閉鎖，即呈曲線形地閉鎖，如圖1中虛線所示和圖2中清楚地看到的那樣。
圖2表示沿圖1中的斷面A-A剖得的一個俯視圖。若向薄膜3看，它不是象圖1中那樣按其厚度方向剖切示出，而是沿其平面展開。在邊緣區(qū)域7內(nèi)，人們觀察被嚙合的下極板1，可看到下極板1沿圖示邊緣呈蜿蜒狀地閉鎖，即呈曲線形地閉鎖，使得如圖1中虛線所示邊緣彎折到帶電極2的活性面和薄膜4之間的空腔5內(nèi)。由此實現(xiàn)一個理想的邊緣密封。
為制造燃料電池，極板1、涂覆電極層的薄膜3以及可能還有冷卻板相互松散地疊置，同時通過各個部件的幾何形狀而預(yù)先定位。在此，極板1的外邊緣在未接合的初始狀態(tài)下是直的。通過使極板1的外邊緣按圖示的彎曲形狀以“嚙合”方式實現(xiàn)嵌接，就形成一個具有有效功能的電池。由此通過極板1和薄膜邊緣4的形狀閉合，既實現(xiàn)了氣密性又實現(xiàn)了全部電池的“堆疊式-連接”。同時使各單個電池的極板保持統(tǒng)一的、對稱的結(jié)構(gòu)形狀。
在裝配燃料電池時，通過兩極板與薄膜在機(jī)械-構(gòu)造上的聯(lián)結(jié)，在燃料電池的邊緣區(qū)域形成一個密封，在過壓情況下氣體通過該密封可以排出，而在其它情況下該密封對外氣密地封閉。
本發(fā)明既適用于PEM(光電磁效應(yīng))燃料電池的固定應(yīng)用又適用于其移動應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池，它包括一個兩側(cè)都涂覆有電極(2)層的薄膜(3)和分別用于限定陽極和陰極氣室的一塊負(fù)極板和一塊正極板(1)，其中，薄膜(3)邊緣(4)和兩極板(1)邊緣互配成型，使得在裝配時兩極板(1)邊緣嚙合在薄膜(3)邊緣(4)內(nèi)，并在薄膜(3)和極板(1)之間分別形成一個密封的陽極氣室和陰極氣室。
2.按照權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中，薄膜(3)的邊緣(4)為溝槽形和/或“U”形。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的燃料電池，其中，極板(1)和薄膜(3)的邊緣沿其棱邊呈蜿蜒狀地閉鎖。
4.一種制造燃料電池的方法，其中，通過使兩極板邊緣嚙合在薄膜邊緣內(nèi)來構(gòu)成燃料電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種PEM(光電磁效應(yīng))燃料電池及其制造方法,其中,燃料電池的裝配通過薄膜和極板邊緣的相互嵌接來實現(xiàn)。
文檔編號H01M8/02GK1339179SQ00803205
公開日2002年3月6日 申請日期2000年1月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月28日
發(fā)明者迪特爾·布魯克納, 沃爾夫?qū)た寺蹇?申請人:西門子公司