專利名稱：用于燃料電池的金屬多孔體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于燃料電池的金屬多孔體。更具體的，本發(fā)明涉及一種改善操作和工作性能并且能夠準(zhǔn)確和精確地堆疊，由此也提高燃料電池堆的生產(chǎn)率的用于燃料電池的金屬多孔體。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種不通過燃燒將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，而是在燃料電池堆中用電化學(xué)方法將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電力生成系統(tǒng)。燃料電池能夠被用作包括例如便攜設(shè)備的小型電力和電子設(shè)備、工業(yè)用途、家用電器以及車輛的供電電源。特別地，車輛最廣泛使用的燃料電池之一是質(zhì)子交換膜燃料電池或聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)，其由具有膜電極組件(MEA)、氣體擴(kuò)散層(GDL)、襯墊、密封件和雙極板(隔板)的燃料電池堆構(gòu)成。通常，MEA包括氫離子傳輸通過的聚合物電解質(zhì)膜，和布置在聚合物電解質(zhì)膜兩側(cè)的每一側(cè)上的、在其中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的電極/催化劑層。GDL用于使反應(yīng)物氣體均勻地?cái)U(kuò)散并傳輸所產(chǎn)生的電。襯墊用于對反應(yīng)物氣體和冷卻劑提供適當(dāng)?shù)臍饷苄?。密封件用于提供適當(dāng)?shù)慕雍蠅毫?。最后，雙極板用于支持MEA和GDL、收集并傳輸所產(chǎn)生的電、傳輸反應(yīng)物氣體、傳輸并去除反應(yīng)產(chǎn)物、以及傳輸冷卻劑以去除反應(yīng)熱，等等。GDL接合于電極/催化劑層的外表面，電極/催化劑層涂覆在聚合物電解質(zhì)膜的表面上以形成陽極(“燃料電極”)和陰極(“空氣電極”或“氧氣電極”)，而且用于供應(yīng)氫氣和空氣(氧氣)作為反應(yīng)物氣體，傳輸由電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電子，并且排出反應(yīng)產(chǎn)物水以最小化燃料電池中的溢流。近來，在世界范圍內(nèi)廣泛的研究集中在將具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的薄金屬板替代碳纖維應(yīng)用于燃料電池的⑶L，該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是例如延展板網(wǎng)(expanded metal)或金屬網(wǎng)等的多孔結(jié)構(gòu)。圖1示出可用作燃料電池的GDL的金屬多孔體，其中，(a)示出延展板網(wǎng)多孔體的實(shí)例且(b)示出金屬網(wǎng)多孔體的實(shí)例。圖1(a)中所示的延展板網(wǎng)1是通過壓制或軋制金屬板而形成的具有多個矩形孔的多孔板的實(shí)例，而圖1(b)中所示的金屬網(wǎng)2是通過將多根絲線加編織成網(wǎng)狀而形成的多孔板的實(shí)例。這些具有規(guī)則的多孔結(jié)構(gòu)的金屬多孔體在燃料電池中使用的過程中能夠表現(xiàn)出均一的性能并降低電池之間的偏差。此外，反應(yīng)物氣體的擴(kuò)散得到改善并且水的排出效率更高，因此有助于提高燃料電池的總體性能。然而，即使在這些金屬多孔體1和2被用作⑶L的情況下，金屬多孔體1和2各自也以與常規(guī)方法相同的方式，與例如MEA、隔板、襯墊等的燃料電池組件堆疊在一起，從而完成燃料電池堆。常規(guī)地，圖1中所示的金屬多孔體1和2被剪切成適合于燃料電池的隔板上的反應(yīng)區(qū)(即，膜電極組件的反應(yīng)區(qū))的尺寸，簡單地放置在隔板上，然后與隔板組裝。在此，金屬多孔體1和2各自為分離的組件，不與任何其他燃料電池組件形成整體。
這些金屬多孔體具有由于材料的性質(zhì)而在剪切過程中形成的鋒利的外部邊緣，而且當(dāng)常規(guī)的金屬多孔體在沒有修飾的情況下被使用時，操作和工作性能由于在電池組裝過程中所形成的鋒利的外部邊緣而劣化。特別地，該金屬多孔體的鋒利的外部邊緣很可能破壞在電池組裝過程中與鋒利的外部邊緣接觸的膜電極組件的引腳孔，因此使燃料電池堆的總體性能劣化。此外，由于常規(guī)的金屬多孔體是不與任何其他燃料電池組件形成整體的分離組件，所以金屬多孔體的布置在電池組裝過程中變得不規(guī)則，因此金屬多孔體不能準(zhǔn)確和精確地堆疊。此外，不能采用例如吸氣的自動組裝(堆疊)方法，故降低了燃料電池堆的生產(chǎn)率。在例如吸氣的自動組裝(堆疊)方法中，金屬多孔體必須在被吸附在抽吸裝置上的狀態(tài)下進(jìn)行傳輸。然而，由于在金屬多孔體的表面上存在許多孔(即，缺乏平坦表面)，因此在金屬多孔體與抽吸裝置之間很難具有穩(wěn)定的吸附。所以，為了獲得穩(wěn)定的吸附，重要的是抽吸裝置吸附于非多孔的平坦表面。在本背景技術(shù)部分中所公開的上述信息僅是用于加強(qiáng)對本發(fā)明背景技術(shù)的理解， 因此其可能包含不構(gòu)成在本國內(nèi)已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于燃料電池的金屬多孔體，其具有改進(jìn)的操作和工作性能。 此外，本發(fā)明提供了一種用于燃料電池的金屬多孔體，其能夠準(zhǔn)確和精確地進(jìn)行堆疊并且能夠通過自動組裝方法進(jìn)行加工，從而提高燃料電池堆的生產(chǎn)率。一方面，本發(fā)明提供了一種用于燃料電池的金屬多孔體，該燃料電池通過堆疊多個由金屬多孔體制成的單元電池而形成。該金屬多孔體具有多孔部，其與膜電極組件的反應(yīng)區(qū)接觸并且對應(yīng)于各單元電池的反應(yīng)區(qū)；和平坦部，其具有沿著除對應(yīng)于反應(yīng)區(qū)的多孔部以外的金屬多孔體的外部邊緣形成的平面結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，平坦部可與通過注塑成型形成的襯墊結(jié)合，使得襯墊能夠整體地結(jié)合于金屬多孔體。在另一個實(shí)施例中，位于金屬多孔體兩側(cè)的平坦部具有氫氣、空氣和冷卻劑通過的歧管孔，該歧管孔具有與隔板的歧管孔相同的尺寸并且形成在對應(yīng)于隔板的歧管孔的位置。特別地，在燃料電池已組裝后，平坦部的歧管孔和隔板的歧管孔一起形成氫氣、空氣和冷卻劑的入口歧管和出口歧管。在又一個實(shí)施例中，平坦部的歧管孔可與通過注塑成型形成的襯墊結(jié)合，使得金屬多孔體能夠整體地結(jié)合于圍繞平坦部的歧管孔的襯墊。在再一個實(shí)施例中，襯墊可被模制并結(jié)合于金屬多孔體的平坦部的兩側(cè)，或者被模制成圍繞平坦部的外部邊緣和兩側(cè)。在另一個實(shí)施例中，在金屬多孔體和隔板堆疊在一起的狀態(tài)下，襯墊可被模制成圍繞平坦部和隔板的外部邊緣，使得隔板可由于襯墊而進(jìn)一步與金屬多孔體結(jié)合。在又一個實(shí)施例中，襯墊可被模制并結(jié)合于隔板的歧管孔，以提供金屬多孔體與隔板結(jié)合在一起的狀態(tài)。在再一個實(shí)施例中，平坦部設(shè)置有在襯墊被模制的位置形成的通孔，使得通過插入通孔中的用作襯墊的樹脂，金屬多孔體能夠與模制在平坦部的兩側(cè)的襯墊牢固地結(jié)合。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，隔板也具有在與平坦部中的通孔對應(yīng)的位置形成的通孔。在該實(shí)施例中，襯墊可被模制成圍繞平坦部和隔板的外部邊緣(包括它們對應(yīng)的通孔)。通過這樣做，金屬多孔體和隔板可堆疊在一起，使得金屬多孔體可經(jīng)由通孔與襯墊和隔板牢固地結(jié)合。在另一個實(shí)施例中，對應(yīng)于反應(yīng)區(qū)的多孔部可以是延展板網(wǎng)或金屬網(wǎng)。當(dāng)對應(yīng)于反應(yīng)區(qū)的多孔部是延展板網(wǎng)時，優(yōu)選地僅多孔部具有孔。此外，在本發(fā)明的此實(shí)施例中，沒有孔的金屬板布置在多孔部的外部邊緣以構(gòu)成與多孔部相結(jié)合的平坦部。然而，當(dāng)對應(yīng)于反應(yīng)區(qū)的多孔部是金屬網(wǎng)時，金屬網(wǎng)的外部邊緣可涂覆薄金屬膜或者插入到具有矩形框架形狀的金屬部件的開口的內(nèi)槽中，使得金屬膜或金屬部件構(gòu)成平坦部并且金屬網(wǎng)構(gòu)成多孔部。以下說明本發(fā)明的其它方面和實(shí)施例。


現(xiàn)在將參照附圖中示出的某些示例性實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的上述和其它特征， 附圖在下文中僅以例示的方式給出且因此不限制本發(fā)明，并且其中圖1示出可用作燃料電池組件的常規(guī)金屬多孔體，其中(a)示出延展板網(wǎng)多孔體的實(shí)例且(b)示出金屬網(wǎng)多孔體的實(shí)例；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的各自具有平坦部的金屬多孔體的俯視圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的結(jié)合有襯墊的金屬多孔體的俯視圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例的結(jié)合有襯墊的金屬多孔體的俯視圖；圖5和6示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的與襯墊改進(jìn)結(jié)合的金屬多孔體的俯視圖；圖7示出根據(jù)本發(fā)明的又一示例性實(shí)施例的使用通孔的結(jié)合有襯墊的金屬多孔體的俯視圖；并且圖8至11是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的結(jié)合有襯墊的金屬多孔體、隔板和膜電極組件堆疊在一起的狀態(tài)的視圖。附圖中給出的附圖標(biāo)記包括對以下進(jìn)一步論述的下列元件的參照10 金屬多孔體11 多孔部(反應(yīng)區(qū))12 平坦部14 通孔20 襯墊30 隔板31 通孔40 膜電極組件應(yīng)當(dāng)理解的是，附圖不一定按比例繪制，而是呈現(xiàn)出說明本發(fā)明的基本原理的各種示例性特征的某種程度的簡化表示。文中所公開的包括例如具體尺寸、方向、位置和形狀的本發(fā)明的具體設(shè)計(jì)特征，將部分地由具體期望的應(yīng)用和使用環(huán)境來確定。在圖中，貫穿附圖的多幅圖中相同的附圖標(biāo)記表示本發(fā)明的相同或等效的部件。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將在以下詳細(xì)參考本發(fā)明的各種實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出并在以下予以說明。雖然將結(jié)合示例性實(shí)施例說明本發(fā)明，但是將會理解的是，本說明書并非意在將本發(fā)明限制于這些示例性實(shí)施例。相反地，本發(fā)明的意圖在于不僅涵蓋這些示例性實(shí)施例，而且涵蓋可包括在由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種替換形式、改型、等效形式和其他實(shí)施例。應(yīng)該理解的是，本文所使用的術(shù)語“車輛”或“車輛的”或者其他類似術(shù)語包括通常的機(jī)動車輛，例如包括運(yùn)動型多功能車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車在內(nèi)的載客汽車，包括各種艇和船在內(nèi)的水運(yùn)工具、以及飛行器，等等，并且包括混合動力車、電動車、插電式混合電動車、氫動力車和其他替代燃料車(例如，從石油之外的資源取得的燃料)。如本文所提及的，混合動力車是具有兩種或更多種動力源的車輛，例如同時具有汽油動力和電動力的車輛。本發(fā)明提供了一種用于燃料電池的金屬多孔體，其可用作燃料電池中的氣體擴(kuò)散層(GDL)組件。更具體地，本發(fā)明的金屬多孔體具有平坦部，其包括沿金屬多孔體的外部邊緣形成的平面結(jié)構(gòu)。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的各自具有平坦部的金屬多孔體的俯視圖，其中(a)示出使用延展板網(wǎng)的金屬多孔體且(b)示出使用金屬網(wǎng)的金屬多孔體。圖2還分別示出沿線A-A 和B-B截取的截面圖。如圖2中所示，根據(jù)本發(fā)明的各金屬多孔體10包括多孔部11和平坦部12，多孔部 11形成在與燃料電池隔板上的反應(yīng)區(qū)(例如，結(jié)合于膜電極組件的催化劑層的反應(yīng)區(qū))對應(yīng)的區(qū)域，平坦部12具有沿著除多孔部11以外的金屬多孔體的外部邊緣形成的平面結(jié)構(gòu)。這里，如圖2(a)中所示，當(dāng)通過在原材料中形成多個孔而制備延展板網(wǎng)時，平坦部12可被制備成不在外部邊緣形成孔。例如，通過壓制或軋制金屬板而形成多個矩形孔， 以在除了對應(yīng)于平坦部12的預(yù)定外部邊緣以外的區(qū)域具有多孔結(jié)構(gòu)。S卩，金屬板被設(shè)計(jì)成外部邊緣不具有孔且對應(yīng)于平坦部12，而內(nèi)部具有對應(yīng)于多孔部11的孔，其進(jìn)一步對應(yīng)于多孔體的反應(yīng)區(qū)。替代性地，通過編織多根絲線形成金屬網(wǎng)多孔板或多孔體。在此實(shí)施例中，考慮到平坦部不能像延展板網(wǎng)多孔體板那樣整體地形成在外部邊緣上，因此可單獨(dú)設(shè)置用于形成平坦部12的部件。S卩，如圖2(b)中所示，可設(shè)置金屬網(wǎng)11能夠插入其中的、具有矩形框架形狀的金屬部件12。機(jī)械地，金屬網(wǎng)11(即，多孔部)的外部邊緣可插入如圖2的B-B截面圖中所示的金屬部件12 ( S卩，平坦部)的矩形開口的內(nèi)槽中，使得金屬網(wǎng)11位于金屬部件12的矩形開口中，由此整體地形成外部邊緣上形成有平坦部12的金屬網(wǎng)多孔體10。在這種情況下，金屬部件12對應(yīng)于平坦部而金屬網(wǎng)11對應(yīng)于多孔部。替代性地，平坦部12也可通過沿金屬網(wǎng)11的外部邊緣涂覆金屬膜而形成。在一個實(shí)施例中，金屬多孔體10可具有與隔板的總體尺寸基本上相同的尺寸，以便在電池組裝過程中與隔板和膜電極組件進(jìn)行組裝。此外，氫氣、空氣和冷卻劑通過的歧管孔13可形成在金屬多孔體10的兩端的平坦部12中。歧管孔13可與氫氣、空氣和冷卻劑通過的、隔板的相應(yīng)歧管孔具有相同的尺寸， 并且分別形成在與隔板的歧管孔對應(yīng)的位置。因此，在燃料電池組裝后，在金屬多孔體10 兩端的歧管孔13和隔板的歧管孔構(gòu)成燃料電池堆的入口歧管和出口歧管，通過這些歧管氫氣、空氣和冷卻劑被供應(yīng)至各單元電池及從各單元電池排出(例如，通過隔板的各個流場)。由于以上述方式形成的金屬多孔體10具有沿外部邊緣的平坦部12，因此襯墊可整體地形成在平坦部12上，由此可形成結(jié)合有襯墊的金屬多孔體。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的結(jié)合有襯墊的金屬多孔體的俯視圖，其中 (a)示出使用延展板網(wǎng)的結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10且(b)示出使用金屬網(wǎng)的結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10?？赏ㄟ^將圖2中所示的金屬多孔體10 (其中平坦部和多孔部整體地形成)固定在注塑模具中并在平坦部12的表面上注塑成型用作襯墊20的樹脂，而形成結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10。如此，當(dāng)通過注塑成型在金屬多孔體10的平坦部12上整體地形成襯墊20 時，襯墊20可結(jié)合于金屬多孔體10的平坦部12的兩側(cè)。參照圖3，可以看出襯墊20通過注塑成型分別沿著多孔部11和歧管孔13的整個周邊整體地結(jié)合于金屬多孔體10。因此，根據(jù)本發(fā)明，通過使用如圖3中所示的沿著金屬多孔體10的外部邊緣形成的平坦部12，能夠通過在平坦部12上注塑成型襯墊20而形成結(jié)合有襯墊的金屬多孔體 10。結(jié)果，當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10時，如果通過堆疊多個單元電池而組裝燃料電池堆，則會發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)率的提高。此外，盡管常規(guī)的金屬多孔體具有鋒利的外部邊緣，然而根據(jù)本發(fā)明的金屬多孔體10具有沿外部邊緣形成的平坦部12，因此在電池組裝過程中可提高操作和工作性能。此夕卜，可將破壞膜電極組件的風(fēng)險(xiǎn)最小化，因此總體上提高了電池性能的一致性及其安全性。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例的結(jié)合有襯墊的金屬多孔體的俯視圖， 其中(a)示出使用延展板網(wǎng)的結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10且(b)示出使用金屬網(wǎng)的結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10。在圖4的實(shí)施例中，除多孔部11以外的平坦部(在圖2中由附圖標(biāo)記12表示) 和歧管孔13的整個周邊被襯墊20整體地圍繞。如圖中所示，襯墊20可例如注塑成型為圍繞金屬多孔體10的兩側(cè)的平坦部。詳細(xì)地，可通過例如在圍繞多孔部11和歧管孔13的平坦部上注塑用作襯墊20的樹脂，而形成結(jié)合有襯墊的金屬多孔體，其中圍繞多孔部11和歧管孔13的平坦部與襯墊20相結(jié)合。當(dāng)使用襯墊20結(jié)合于平坦部的結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10時，可有利地使用利用例如吸氣的自動堆疊方法的堆組裝裝置，從而提高組裝工藝的效率。替代性地，圖5和6示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的與襯墊改進(jìn)結(jié)合的金屬多孔體的俯視圖。圖5示出襯墊結(jié)合前的金屬多孔體的狀態(tài)，而圖6示出襯墊結(jié)合后的金屬多孔體的狀態(tài)。在圖5和6中，(a)示出延展板網(wǎng)用作金屬多孔體的實(shí)例，且(b)示出金屬網(wǎng)用作金屬多孔體的實(shí)例。如圖5和6中所示，在金屬多孔體10的平坦部12的、可通過例如注塑成型形成襯墊20的位置上形成有通孔14，并且用于襯墊20的樹脂可例如注塑成型在平坦部12上使得通孔14被樹脂填充。這里，由于樹脂嵌入通孔14中，因此襯墊20可牢固地固定于金屬多孔體10的平坦部12。具體地，由于襯墊20可例如沿著平坦部12的通孔14注塑成型在金屬多孔體10的兩側(cè)，因此在金屬多孔體10的兩側(cè)的襯墊20通過通孔14整體地相互連接，且由此作為一個模制的整體牢固地固定于金屬多孔體10的平坦部12。多個通孔14以規(guī)則的間隔地形成在襯墊20結(jié)合于平坦部12的位置，S卩，圍繞多孔部11和歧管孔13的位置。雖然在圖5和6的實(shí)施例中示出了圓形通孔14，但是通孔可具有例如三角形、矩形等的多種形狀，而且通孔的數(shù)量、尺寸和距離可根據(jù)金屬多孔體的尺寸而變化。因此，通孔的數(shù)量、尺寸和距離在本發(fā)明中不受特別限制。此外，襯墊20的形狀和尺寸可考慮金屬多孔體10的尺寸而適當(dāng)?shù)剡x擇，并且任何能夠保持多孔部11和歧管孔13的氣密性的結(jié)構(gòu)均可在本發(fā)明中使用。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的又一示例性實(shí)施例的使用通孔的結(jié)合有襯墊的金屬多孔體的俯視圖，其中，通孔14以與圖6相同的方式形成，并且襯墊20整體地形成以圍繞各金屬多孔體10的平坦部(在圖6中由附圖標(biāo)記12表示)。如圖中所示，可例如以用于襯墊20的樹脂被注塑成型在圍繞多孔部11和歧管孔 13的平坦部上的方式，將襯墊20注塑成型以圍繞金屬多孔體10的兩側(cè)的平坦部，使得圍繞多孔部11和歧管孔13的平坦部通過襯墊20而被結(jié)合，由此形成結(jié)合有襯墊的金屬多孔體。圖8至11是示出根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10、隔板30和膜電極組件40堆疊在一起的狀態(tài)的視圖。本發(fā)明的金屬多孔體10可與襯墊20相結(jié)合(參照圖8 和10)或者可同時與襯墊20和隔板30相結(jié)合(參照圖9和11)。如此，本發(fā)明可提供進(jìn)一步結(jié)合有隔板30的金屬多孔體10。這是結(jié)合有襯墊-隔板的金屬多孔體(或襯墊-隔板-金屬多孔體組件)，以及結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10，并且這些金屬多孔體與膜電極組件40重復(fù)堆疊以形成燃料電池堆。圖8和9是示出金屬板隔板的截面圖且圖10和11是示出流場金屬板隔板的截面圖，這些截面圖都是沿與圖2的線A-A和B-B相同的線截取的。在各圖中，(a)示出與襯墊20相結(jié)合的金屬多孔體10的實(shí)例(即，結(jié)合有襯墊的金屬多孔體)，且(b)示出與襯墊20和隔板30相結(jié)合的金屬多孔體10的實(shí)例(S卩，結(jié)合有襯墊-隔板的金屬多孔體)。詳細(xì)地，圖8(a)示出通過如圖5中所示在金屬多孔體10的平坦部12中形成通孔 14，并且例如如圖6中所示注塑成型襯墊20使得襯墊20和金屬多孔體10通過通孔14牢固地結(jié)合在一起，而制備結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10的實(shí)例。這里，與襯墊20相結(jié)合的金屬多孔體10可以是上面討論的延展板網(wǎng)多孔體或金屬網(wǎng)多孔體。盡管使用了圖6中所示的、其中襯墊20可例如沿通孔14注塑成型的、結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10，然而也可使用圖7中所示的、其中襯墊20可例如注塑成型以圍繞包括通孔14的平坦部的、結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10。此外，如圖8(a)中所示，結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10可堆疊在膜電極組件40的兩側(cè)，且隔板30可堆疊在結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10的外側(cè)。S卩，隔板30、結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10、膜電極組件40、結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10和隔板30按此順序重復(fù)堆疊。這里，整體地結(jié)合于金屬多孔體10的襯墊20保持了隔板30與膜電極組件40的聚合物電解質(zhì)膜41之間的氣密性。替代性地，圖9(a)示出不形成通孔而制備的結(jié)合有襯墊的金屬多孔體，即圖3的結(jié)合有襯墊的金屬多孔體的實(shí)例。這里，如圖3中所示，通過例如沿多孔部11和歧管孔(在圖9中未示出且在圖3 中由附圖標(biāo)記13表示)的整個周邊注塑成型襯墊20，而制備結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10。 作為更進(jìn)一步的選擇，取代圖3中所示的結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10，也可使用通過例如注塑成型襯墊(在圖7中由附圖標(biāo)記20表示)以圍繞平坦部12而制備的結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10 (即，在圖7的實(shí)施例中沒有通孔的結(jié)構(gòu))。即使在這種情況下，在燃料電池堆的組裝過程中，隔板30、結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10、膜電極組件40、結(jié)合有襯墊的金屬多孔體10和隔板30也以與圖8(a)相同的方式重
復(fù)堆疊。相反地，圖8(b)示出通過沿隔板30的外部邊緣形成與金屬多孔體10的通孔14 一致的通孔31，并且例如沿著堆疊在一起的隔板和金屬多孔體10的通孔31注塑成型襯墊 20，使得金屬多孔體10和隔板30通過襯墊20整體地相互結(jié)合，而制備結(jié)合有襯墊-隔板的金屬多孔體的實(shí)例。如圖中所示，當(dāng)金屬多孔體10和隔板30堆疊在一起時，襯墊20例如注塑成型在包括通孔14和31的金屬多孔體10的平坦部12和隔板30的外部邊緣上，使得例如注塑成型在兩側(cè)的襯墊20通過通孔14和31相互連接。結(jié)果，隔板30通過襯墊20進(jìn)一步與金屬多孔體10相結(jié)合。在這種情況下，在燃料電池堆的組裝過程中，結(jié)合有襯墊-隔板的金屬多孔體堆疊在膜電極組件40的兩側(cè)。在燃料電池堆的組裝之后，金屬多孔體10布置在膜電極組件 40的兩側(cè)，且隔板30布置在金屬多孔體10的外側(cè)。S卩，隔板30、金屬多孔體10、膜電極組件40、金屬多孔體10和隔板30按此順序重
復(fù)堆疊。盡管在圖8 (b)中示出其中可例如沿通孔14和31注塑成型襯墊20的、結(jié)合有襯墊-隔板的金屬多孔體，然而也可使用通過例如注塑成型襯墊以圍繞包括通孔的金屬多孔體的平坦部和隔板的外部邊緣而制備的圖7的結(jié)合有襯墊-隔板的金屬多孔體(即，在圖 9B的實(shí)施例中添加通孔的結(jié)構(gòu))。接下來，圖9 (b)示出不形成通孔而整體形成的結(jié)合有襯墊-隔板的金屬多孔體的實(shí)例。通過例如注塑成型襯墊20以圍繞金屬多孔體10的平坦部12和隔板30的外部邊緣，使得隔板30和金屬多孔體10通過襯墊20結(jié)合在一起，而制備結(jié)合有襯墊-隔板的金屬多孔體。在這種情況下，在燃料電池堆的組裝過程中，結(jié)合有襯墊-隔板的金屬多孔體以與圖9(a)中相同的方式堆疊在膜電極組件40的兩側(cè)。在燃料電池堆的組裝之后，金屬多孔體10布置在膜電極組件40的兩側(cè)，且隔板30布置在金屬多孔體10的外側(cè)。S卩，隔板30、金屬多孔體10、膜電極組件40、金屬多孔體10和隔板30按此順序重
復(fù)堆疊。當(dāng)隔板與圖8(b)和9(b)中所示的金屬多孔體結(jié)合時，襯墊可例如相應(yīng)地圍繞各個隔板的歧管孔整體地注塑成型。另外，在圖10和11中所示的實(shí)例中，除了使用流場金屬板隔板代替金屬板隔板以外，整體結(jié)合結(jié)構(gòu)和堆疊結(jié)構(gòu)與圖8和9的實(shí)例沒有區(qū)別。S卩，在圖10(a)和11 (a)中，襯墊20和金屬多孔體10的整體結(jié)合結(jié)構(gòu)，以及結(jié)合有襯墊的金屬多孔體、膜電極組件40和隔板的堆疊結(jié)構(gòu)與圖8(a)和9(a)的實(shí)例沒有區(qū)別。 此外，在圖10(b)和11(b)中，襯墊20、隔板30和金屬多孔體10的整體結(jié)合結(jié)構(gòu)，以及結(jié)合有襯墊-隔板的金屬多孔體和膜電極組件40的堆疊結(jié)構(gòu)與圖8(b)和9(b)的實(shí)例沒有區(qū)別。具體地，圖10示出具有通孔14和31的結(jié)合的結(jié)構(gòu)，且圖11示出沒有形成通孔的結(jié)合的結(jié)構(gòu)。有利地，本發(fā)明提供的用于燃料電池的金屬多孔體利用具有沿金屬多孔體的外部邊緣形成的平面結(jié)構(gòu)的平坦部，從而提高了操作和工作性能。此外，上述金屬多孔體消除了鋒利的外部邊緣，因此當(dāng)其用作氣體擴(kuò)散層時，可防止膜電極組件的引腳孔被破壞，從而防止燃料電池總體性能的惡化。此外，根據(jù)本發(fā)明的金屬多孔體可準(zhǔn)確和精確地進(jìn)行堆疊并可通過自動組裝方法進(jìn)行處理，從而提高了燃料電池堆的生產(chǎn)率。已參照其示例性實(shí)施例詳細(xì)說明了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解的是， 在不偏離本發(fā)明的原理和精神的前提下，可在這些實(shí)施例中做出改變，本發(fā)明的范圍限定在所附權(quán)利要求及其等效形式中。
權(quán)利要求
1.一種用于燃料電池的金屬多孔體，所述燃料電池通過堆疊多個由金屬多孔體組成的單元電池而形成，所述金屬多孔體包括多孔部，其與膜電極組件的反應(yīng)區(qū)相接觸并且對應(yīng)于各單元電池的反應(yīng)區(qū)；和平坦部，其具有沿著除對應(yīng)于反應(yīng)區(qū)的所述多孔部以外的所述金屬多孔體的外部邊緣形成的平面結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬多孔體，其中所述平坦部與襯墊相結(jié)合，使得所述襯墊整體地結(jié)合于所述金屬多孔體。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬多孔體，其中位于所述金屬多孔體的兩側(cè)的所述平坦部包括氫氣、空氣和冷卻劑通過的歧管孔，所述歧管孔具有與隔板的歧管孔相同的尺寸并且形成在與所述隔板的歧管孔相應(yīng)的位置，在所述燃料電池的組裝后所述平坦部的歧管孔與所述隔板的歧管孔一起形成氫氣、空氣和冷卻劑的入口歧管和出口歧管。
4.如權(quán)利要求3所述的金屬多孔體，其中所述平坦部的歧管孔與通過注塑成型形成的襯墊相結(jié)合，使得所述金屬多孔體整體地結(jié)合于圍繞所述平坦部的歧管孔的所述襯墊。
5.如權(quán)利要求2所述的金屬多孔體，其中所述襯墊被模制并結(jié)合于所述金屬多孔體的所述平坦部的兩側(cè)，或者被模制成圍繞所述平坦部的外部邊緣和兩側(cè)。
6.如權(quán)利要求2所述的金屬多孔體，其中在所述金屬多孔體與所述隔板堆疊在一起的狀態(tài)下，所述襯墊被模制成圍繞所述平坦部和所述隔板的外部邊緣，使得所述隔板通過所述襯墊進(jìn)一步與所述金屬多孔體相結(jié)合。
7.如權(quán)利要求6所述的金屬多孔體，其中在所述金屬多孔體與所述隔板結(jié)合在一起的狀態(tài)下，所述襯墊被模制并結(jié)合于所述隔板的歧管孔。
8.如權(quán)利要求2所述的金屬多孔體，其中所述平坦部包括形成在所述襯墊被模制的位置的通孔，使得通過插入所述通孔中的用作所述襯墊的樹脂，使所述金屬多孔體與模制在所述平坦部的兩側(cè)的所述襯墊牢固地結(jié)合。
9.如權(quán)利要求2所述的金屬多孔體，其中所述平坦部包括形成在所述襯墊被模制的位置的通孔，所述隔板包括形成在與所述平坦部的通孔相應(yīng)的位置的通孔，并且在所述金屬多孔體與所述隔板堆疊在一起的狀態(tài)下，所述襯墊被模制成圍繞包括所述平坦部和所述隔板的通孔的外部邊緣，使得通過所述通孔使所述金屬多孔體與所述襯墊和所述隔板牢固地纟口口。
10.如權(quán)利要求1所述的金屬多孔體，其中對應(yīng)于反應(yīng)區(qū)的所述多孔部是延展板網(wǎng)，并且其中所述多孔部包括孔，且布置于所述多孔部的外部邊緣的金屬板不具有孔并構(gòu)成與所述多孔部相結(jié)合的所述平坦部。
11.如權(quán)利要求1所述的金屬多孔體，其中對應(yīng)于反應(yīng)區(qū)的所述多孔部是金屬網(wǎng)，并且所述金屬網(wǎng)的外部邊緣涂覆有薄金屬膜，使得所述金屬膜是所述平坦部且所述金屬網(wǎng)是所述多孔部。
12.如權(quán)利要求1所述的金屬多孔體，其中對應(yīng)于反應(yīng)區(qū)的所述多孔部是金屬網(wǎng)，并且所述金屬網(wǎng)的外部邊緣插入具有矩形框架形狀的金屬部件的開口的內(nèi)槽中，使得所述金屬部件是所述平坦部且所述金屬網(wǎng)是所述多孔部。
13.一種用于燃料電池的金屬多孔體，所述燃料電池通過堆疊多個由金屬多孔體組成的單元電池而形成，所述金屬多孔體包括多孔部，其與膜電極組件的反應(yīng)區(qū)相接觸并且對應(yīng)于各單元電池的反應(yīng)區(qū)；和平坦部，其具有沿所述金屬多孔體的外部邊緣形成的平面結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求13所述的金屬多孔體，其中位于所述金屬多孔體的兩側(cè)的所述平坦部包括氫氣、空氣和冷卻劑通過的歧管孔，所述歧管孔具有與隔板的歧管孔相同的尺寸并且形成在與所述隔板的歧管孔相應(yīng)的位置，在所述燃料電池的組裝后所述平坦部的歧管孔與所述隔板的歧管孔一起形成氫氣、空氣和冷卻劑的入口歧管和出口歧管。
15.如權(quán)利要求14所述的金屬多孔體，其中所述平坦部的歧管孔與襯墊相結(jié)合，使得所述金屬多孔體整體地結(jié)合于圍繞所述平坦部的歧管孔的所述襯墊。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于燃料電池的金屬多孔體，其包括形成為與襯墊或者與隔板和襯墊相結(jié)合的平坦部，因此該金屬多孔體具有改進(jìn)的操作和工作性能并且能夠準(zhǔn)確和精確地堆疊，從而提高了電池性能的穩(wěn)定性、氣密性和燃料電池堆的生產(chǎn)率。如此，本發(fā)明提供了一種用于燃料電池的金屬多孔體，包括多孔部，其與膜電極組件的反應(yīng)區(qū)相接觸并且對應(yīng)于各單元電池的反應(yīng)區(qū)；和平坦部，其具有沿著除對應(yīng)于反應(yīng)區(qū)的多孔部以外的金屬多孔體的外部邊緣形成的平面結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01M8/02GK102468496SQ201110189030
公開日2012年5月23日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者洪普基, 鄭炳憲 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社