專利名稱：使用真空密封形成膜－子墊片組件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及燃料電池系統(tǒng)，且更特定地涉及使用在燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的膜一子墊片組件及其制造方法。
背景技術(shù)：
燃料電池已作為清潔、有效和環(huán)保的動力源而建議用于電動車輛和多種其他應(yīng)用。特別地，燃料電池已視作使用在現(xiàn)代汽車內(nèi)的傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的潛在替代。通常類型的燃料電池已知為質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池。PEM燃料電池包括布置在例如雙極板的一對燃料電池板之間的組合電極組件(UEA)。UEA包括布置為鄰近膜電極組件(MEA)的陽極面和陰極面的擴(kuò)散介質(zhì)。電極面典型地包括磨碎的催化劑，例如鉬，所述催化劑例如支承在碳顆粒上且與離聚物混合。擴(kuò)散介質(zhì)便于典型地為氫和氧的氣體反應(yīng)劑輸送到MEA的活性區(qū)域以用于電化學(xué)燃料電池反應(yīng)。擴(kuò)散介質(zhì)也幫助管理燃料電池內(nèi)的水副產(chǎn)物。典型地，MEA包括夾在陰極電極和陽極電極之間的電解質(zhì)膜。沿著燃料電池板外周延伸的子墊片鄰接MEA。子墊片可以是具有電絕緣性能的硬膜。子墊片的內(nèi)部邊緣限定了 MEA的活性區(qū)域。子墊片將MEA的陽極側(cè)與MEA的陰極側(cè)電絕緣。布置在子墊片上的密封部分防止氣體反應(yīng)劑從燃料電池溢出。現(xiàn)有技術(shù)的子墊片具有合并的設(shè)計，所述設(shè)計具有從活性區(qū)域越過且經(jīng)過密封部分的恒定的厚度?，F(xiàn)有技術(shù)的子墊片盡管具有功能性，但導(dǎo)致燃料電池的縮短的壽命?，F(xiàn)有技術(shù)的子墊片當(dāng)與MEA的厚度相比時可能相對地厚(厚子墊片)。厚子墊片和MEA之間的厚度的高反差可能導(dǎo)致局部區(qū)域的高壓縮。局部區(qū)域的高壓縮可能導(dǎo)致擴(kuò)散介質(zhì)壓碎、陽極電極或陰極電極斷裂、板變形和電解質(zhì)膜的剪切，這些情況中的任何情況都可能導(dǎo)致燃料電池的不良性能。替代地，現(xiàn)有技術(shù)的子墊片與MEA的厚度相比可能相對薄(薄子墊片)。 因此，薄子墊片可能導(dǎo)致由于通過燃料電池的反應(yīng)劑氣體的流動而變形?？傊?，作為UEA過度壓縮和UEA欠壓縮之一的結(jié)果，MEA可能在子墊片處劣化。作為UEA過度壓縮的結(jié)果的MEA的劣化可能由于電解質(zhì)膜的膨脹以及用于形成UEA的制造過程所導(dǎo)致。電解質(zhì)膜的膨脹可能影響MEA的長度、寬度和厚度。由于膨脹而增加的MEA的厚度造成了整個UEA上的壓縮載荷變化。整個UEA上的壓縮載荷變化造成了內(nèi)子墊片邊緣處的應(yīng)力集中。內(nèi)子墊片邊緣處的應(yīng)力集中不利地影響MEA的壽命。另外，由于膨脹而增加的MEA的厚度可能增加子墊片區(qū)內(nèi)UEA上的壓縮載荷，從而導(dǎo)致雙極板和鄰近的擴(kuò)散介質(zhì)的永久變形。另外，要求壓縮力的UEA的制造過程可能使MEA的電解質(zhì)膜劣化。UEA的生產(chǎn)典型地涉及部件的熱壓，因此將部件結(jié)合在一起。熱壓可能導(dǎo)致內(nèi)部子墊片邊緣沿子墊片和電解質(zhì)膜的接觸邊緣剪切電解質(zhì)膜。在電解質(zhì)膜內(nèi)的剪切可能導(dǎo)致交叉泄漏(陽極到陰極氣體屏障的損失)或短路(其中鄰近的擴(kuò)散介質(zhì)或電極直接接觸或電接觸)。作為UEA欠壓縮結(jié)果的MEA的劣化可能在鄰近內(nèi)子墊片邊緣的隆起區(qū)域內(nèi)發(fā)生。隆起區(qū)域是UEA的鄰近子墊片邊緣的區(qū)域，此處MEA上的壓縮載荷明顯降低或消除。擴(kuò)散介質(zhì)可能起作用以將由子墊片的內(nèi)邊緣厚度形成的臺階橋接。擴(kuò)散介質(zhì)可能跨過由子墊片的內(nèi)邊緣厚度形成的臺階柔性地順應(yīng)，從而導(dǎo)致位于隆起區(qū)域內(nèi)的楔形形狀的跨度。當(dāng)MEA 的電解質(zhì)膜受潮后，MEA的長度和厚度可能增加。潮濕的電解質(zhì)膜可能膨脹為隆起的區(qū)域。 作為UEA欠壓縮的結(jié)果，電解質(zhì)膜可能翹曲。電解質(zhì)膜的翹曲可能導(dǎo)致陽極電極和形成在其上的陰極電極其中之一斷裂。希望的是開發(fā)用于燃料電池的UEA和子墊片組件及其生產(chǎn)方法，其中制造成本被最小化且產(chǎn)生輸出被優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，令人驚奇地發(fā)現(xiàn)了用于燃料電池的UEA和子墊片組件及其生產(chǎn)方法，其中制造成本被最小化且產(chǎn)生輸出被優(yōu)化。在一個實施例中，用于燃料電池的UEA和子墊片組件包括組合電極組件，包括布置在陽極電極和陰極電極之間的電解質(zhì)膜，和鄰近陽極電極和陰極電極的至少一個布置的多孔擴(kuò)散介質(zhì)；和鄰近組合電極組件布置的子墊片，其中子墊片的至少部分滲透擴(kuò)散介質(zhì)以形成大體上不漏流體的密封部。在另一個實施例中，用于生產(chǎn)UEA和子墊片組件的方法包括如下步驟提供組合電極組件，所述組合電極組件包括布置在陽極電極和陰極電極之間的電解質(zhì)膜，和鄰近陽極電極和陰極電極的至少一個布置的多孔擴(kuò)散介質(zhì)；提供子墊片；提供定位和保持裝置； 將組合電極組件布置在定位和保持裝置內(nèi)；將子墊片鄰近組合電極組件布置；且使子墊片的至少部分滲透擴(kuò)散介質(zhì)以形成大體上不漏流體的密封部。在另一個實施例中，用于生產(chǎn)UEA和子墊片組件的方法包括如下步驟提供組合電極組件，所述組合電極組件包括布置在陽極電極和陰極電極之間的電解質(zhì)膜，和鄰近陽極電極和陰極電極的至少一個布置的多孔擴(kuò)散介質(zhì)；提供鄰近電解質(zhì)膜布置的子墊片；提供包括腔的定位和保持裝置；提供熱密封裝置；將組合電極組件布置在定位和保持裝置的腔內(nèi)；將子墊片鄰近組合電極組件布置；在組合電極組件和子墊片之間造成真空；和使用熱密封裝置加熱子墊片的至少部分，其中真空和加熱導(dǎo)致子墊片的至少部分熔化且滲透擴(kuò)散介質(zhì)以形成大體上不漏流體的密封部。本發(fā)明提供以下技術(shù)方案
方案1. 一種用于燃料電池的UEA和子墊片組件，包括
組合電極組件，所述組合電極組件包括布置在陽極電極和陰極電極之間的電解質(zhì)膜， 和鄰近陽極電極和陰極電極的至少一個布置的多孔擴(kuò)散介質(zhì)；和
鄰近組合電極組件布置的子墊片，其中子墊片的至少部分滲透擴(kuò)散介質(zhì)以形成大體上不漏流體的密封部。方案2.根據(jù)方案1所述的UEA和子墊片組件，其中子墊片是多層片。方案3.根據(jù)方案1所述的UEA和子墊片組件，其中子墊片由聚合材料生產(chǎn)。方案4.根據(jù)方案1所述的UEA和子墊片組件，其中子墊片是預(yù)成型片。方案5.根據(jù)方案1所述的UEA和子墊片組件，其中子墊片可移除地接附到載體元件。
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方案6.根據(jù)方案1所述的UEA和子墊片組件，其中子墊片的至少一個邊緣使用密封材料密封。方案7. —種用于生產(chǎn)UEA和子墊片組件的方法，所述方法包括如下步驟
提供組合電極組件，所述組合電極組件包括布置在陽極電極和陰極電極之間的電解質(zhì)膜，和鄰近陽極電極和陰極電極的至少一個布置的多孔擴(kuò)散介質(zhì)； 提供子墊片； 提供定位和保持裝置； 將組合電極組件布置在定位和保持裝置內(nèi)； 將子墊片鄰近組合電極組件布置；和
使子墊片的至少部分滲透擴(kuò)散介質(zhì)以形成大體上不漏流體的密封部。方案8.根據(jù)方案7所述的方法，其中子墊片是多層片。方案9.根據(jù)方案7所述的方法，其中子墊片是預(yù)成型片。方案10.根據(jù)方案7所述的方法，其中子墊片的至少一個邊緣使用密封材料密封。方案11.根據(jù)方案7所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟 提供熱密封裝置；
在組合電極組件和子墊片之間造成真空；和
使用熱密封裝置加熱子墊片的至少部分，其中真空和加熱使子墊片的至少部分熔化且滲透擴(kuò)散介質(zhì)以形成大體上不漏流體的密封部。方案12.根據(jù)方案11所述的方法，其中子墊片和熱密封裝置的至少一個包括載體元件。方案13.根據(jù)方案11所述的方法，其中熱密封裝置包括至少一個加熱部分和至少一個不加熱部分。方案14. 一種用于生產(chǎn)UEA和子墊片組件的方法，所述方法包括如下步驟
提供組合電極組件，所述組合電極組件包括布置在陽極電極和陰極電極之間的電解質(zhì)膜，和鄰近陽極電極和陰極電極的至少一個布置的多孔擴(kuò)散介質(zhì)； 提供鄰近電解質(zhì)膜布置的子墊片； 提供包括腔的定位和保持裝置； 提供熱密封裝置；
將組合電極組件布置在定位和保持裝置的腔內(nèi)； 將子墊片鄰近組合電極組件布置； 在組合電極組件和子墊片之間造成真空；和
使用熱密封裝置加熱子墊片的至少部分，其中真空和加熱使子墊片的至少部分熔化且滲透擴(kuò)散介質(zhì)以形成大體上不漏流體的密封部。方案15.根據(jù)方案14所述的方法，其中子墊片是多層片。方案16.根據(jù)方案14所述的方法，其中子墊片是預(yù)成型片。方案17.根據(jù)方案14所述的方法，其中子墊片的至少一個邊緣使用密封材料密封。方案18.根據(jù)方案14所述的方法，其中子墊片和熱密封裝置的至少一個包括載體元件。
方案19.根據(jù)方案14所述的方法，其中熱密封裝置包括至少一個加熱部分和至少一個不加熱部分。方案20.根據(jù)方案14所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟 提供激光；和
使用激光修剪子墊片的多余部分，其中多余部分使用真空抽吸移除。


本發(fā)明的以上的以及其他的優(yōu)點將從如下詳細(xì)描述中對于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員變得容易的顯見，特別地當(dāng)根據(jù)以下所描述的附圖考慮時。圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的PEM燃料電池堆(僅示出兩個燃料電池)的示意性分解透視圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的布置在定位和保持裝置內(nèi)的UEA的示意性截斷橫截面視圖，所述UEA具有布置在其上的子墊片；
圖3是圖2中圖示的UEA的示意性截斷橫截面視圖，其中熱密封裝置鄰近子墊片布置； 圖4是圖2和圖3中圖示的UEA的示意性截斷橫截面視圖，其中子墊片已滲透到UEA 的擴(kuò)散介質(zhì)的部分內(nèi)以形成UEA和子墊片組件；
圖5是圖4中圖示的UEA和子墊片組件的示意性截斷橫截面視圖，其中UEA和子墊片組件已從定位和保持裝置移除；
圖6是圖4和5中圖示的UEA和子墊片組件的示意性截斷橫截面視圖，其中激光鄰近子墊片的多余部分布置；
圖7是圖4、圖5和圖6中圖示的UEA和子墊片組件的示意性截斷橫截面視圖，其中多余部分被修剪且移除；
圖8是UEA和子墊片組件的示意性截斷橫截面視圖，其中子墊片是多層片或膜； 圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的布置在定位和保持裝置內(nèi)的UEA的示意性截斷橫截面視圖，所述UEA具有布置在其上的子墊片；
圖10是從定位和保持裝置移除的UEA和子墊片組件的示意性截斷橫截面視圖，其中 UEA和子墊片組件包括圖9中圖示的UEA ；
圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的布置在定位和保持裝置內(nèi)的UEA的示意性截斷橫截面視圖，所述UEA具有布置在其上的子墊片，其中熱密封裝置包括布置在其上的載體元件；和
圖12是UEA和子墊片組件的示意性截斷橫截面視圖，其中UEA和子墊片組件包括在圖 11中圖示的UEA。
具體實施例方式如下的詳細(xì)描述和附圖描述且圖示了本發(fā)明的多種實施例。描述和附圖用于使得本領(lǐng)域一般技術(shù)人員制造和使用本發(fā)明，且不意圖于以任何方式限制本發(fā)明的范圍。關(guān)于所公開的方法，所給出的步驟在本質(zhì)上是示范性的，步驟次序不是必需或關(guān)鍵的。為簡單起見，下文中僅圖示且描述了包括兩個電池的堆(即一個雙極板)，但應(yīng)理解的是典型的堆將具有許多這樣的電池和雙極板。
圖1描繪了具有一對通過導(dǎo)電的雙極板8相互分開的MEA 4、6的示例性燃料電池堆2。MEA 4、6的每個包括夾在陽極電極(未示出)和陰極電極(未示出)之間的電解質(zhì)膜7。 MEA 4、6和雙極板8在夾緊板10、12和一對單極端板14、16之間堆疊在一起。夾緊板10、 12與端板14、16通過墊片或介電涂層(未示出)電絕緣。端板14、雙極板8的兩個工作面和端板16包括各自的活性區(qū)18、20、22、24。活性區(qū)18、20、22、24典型地是用于分別在MEA 4、6的陽極電極和陰極電極上分配例如氫氣和空氣的氣體反應(yīng)劑的流場。雙極板8典型地通過用于金屬板成形的常規(guī)過程形成，例如通過沖壓、機(jī)加工、模制或通過光刻掩模的光刻形成。在一個實施例中，雙極板8由隨后連接在一起的單極板形成。應(yīng)進(jìn)一步理解的是雙極板8也可由復(fù)合材料形成。在一個特定實施例中，雙極板8由石墨或石墨填充的聚合物形成。氣體可滲透的擴(kuò)散介質(zhì)34、36、38、40鄰近MEA 4、6的陽極和陰極。端板14、16分別鄰近擴(kuò)散介質(zhì)34、40布置，而雙極板8鄰近擴(kuò)散介質(zhì)36布置在MEA 4的陽極面上。雙極板8進(jìn)一步鄰近擴(kuò)散介質(zhì)38布置在MEA 6的陰極面上。雙極板8、端板14、16和MEA 4、6每個包括陰極供給開口 42和陰極排放開口 44， 冷卻劑供給開口 46和冷卻劑排放開口 48，和陽極供給開口 50和陽極排放開口 52。燃料電池堆2的供給歧管和排放歧管通過將雙極板8、端板14、16和MEA 4、6內(nèi)的各開口 42、44、 46、48、50、52對齊而形成。氫氣通過陽極入口導(dǎo)管M供給到陽極供給歧管?？諝馔ㄟ^陰極入口導(dǎo)管56供給到燃料電池堆2的陰極供給歧管。也分別為陽極排放歧管和陰極排放歧管提供陽極出口導(dǎo)管58和陰極出口導(dǎo)管60。提供冷卻劑入口導(dǎo)管62以用于將液體冷卻劑提供到冷卻劑供給歧管。提供冷卻劑出口導(dǎo)管64以用于從冷卻劑排放歧管移除冷卻劑。 應(yīng)理解的是圖1中各種入口 M、56、62和出口 58、60、64的構(gòu)造僅為圖示目的，且可如希望地選擇其他構(gòu)造。燃料電池堆2的一對組合電極組件(UEA) 66,68可組裝在大體上如圖1中示出的構(gòu)造內(nèi)。UEA 66包括夾在擴(kuò)散介質(zhì)34、36之間的MEA 4。UEA 68包括夾在擴(kuò)散介質(zhì)38、40 之間的MEA 6。UEA 66、68的部件在其生產(chǎn)期間組裝，且通過任何常規(guī)工藝相互結(jié)合，例如通過熱壓。必要時，粘合劑可使用在單獨部件之間。第一子墊片70布置在UEA 66上。第二子墊片72布置在UEA 68上。子墊片70、 72提供了 UEA 66、68與雙極板8和端板14、16其中之一之間的密封和電絕緣。子墊片70、 72可大體上跟隨UEA 66、68的外周。形成在子墊片70、72內(nèi)的多個開口 74對應(yīng)于形成在雙極板8、MEA 4、6和端板14、16內(nèi)的開口 42、44、46、48、50、52。在示出的實施例中，子墊片70、72由例如聚丙烯的聚合物材料形成。然而，應(yīng)理解的是，如需要，具有電絕緣特性和低熔點的其他材料也可以用于形成子墊片70、72，例如烯烴變體材料。進(jìn)一步應(yīng)理解的是子墊片70、72可以例如是單層片或膜，如在圖2至圖7中示出，和多層片或膜，如在圖8中示出。多層子墊片70、72優(yōu)化了子墊片插入端板14、16和雙極板8的供給區(qū)域內(nèi)的阻力。應(yīng)認(rèn)識到的是多層子墊片70、72的彎曲剛度與子墊片70、72的截面模量和其厚度的立方成比例。為簡單起見，在下文中僅圖示且描述了帶有子墊片70的UEA 66的組件，但應(yīng)理解的是帶有子墊片72的UEA 68的組件大體上與所述UEA 66的組件類似。圖2至圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例將UEA 66與子墊片70組裝的方法。UEA66布置在形成在定位和保持裝置76內(nèi)的腔內(nèi)。然后，子墊片70布置在圖2中示出的UEA 66的擴(kuò)散介質(zhì)34的表面上。應(yīng)理解的是如希望子墊片70可布置在擴(kuò)散介質(zhì)36的相對表面上。在子墊片70和UEA 66和定位和保持裝置76之間造成真空。真空便于子墊片70在 UEA 66上的正確對齊。真空通過從子墊片70、UEA 66和定位和保持裝置76之間抽吸空氣到至少一個開口 78內(nèi)導(dǎo)致。熱沿UEA 66的外周和形成在MEA 4內(nèi)的開口 42、44、46、48、 50,52的外周的至少一個施加到子墊片70，從而導(dǎo)致子墊片70熔化。如在圖3中示出，使用熱密封裝置80以將熱施加到子墊片70。然而，應(yīng)認(rèn)識到的是熱可使用其他方法和裝置如希望地施加。真空導(dǎo)致子墊片70的熔化的部分滲透到擴(kuò)散介質(zhì)34的開孔結(jié)構(gòu)內(nèi)，如在圖4中示出，因此制成大體上不漏流體的密封部82和UEA和子墊片組件84。隨后，UEA和子墊片組件84迅速冷卻。真空被解除，且如在圖5中示出，UEA和子墊片組件84從定位和保持裝置76移除。子墊片70的多余部分然后被修剪且從擴(kuò)散介質(zhì)34的表面移除，從而留下子墊片70的剩余部分固定地接附到UEA 66。在示出的實施例中，子墊片70的多余部分 73通過激光88修剪，且通過真空抽吸(未示出)從擴(kuò)散介質(zhì)34的表面移除。應(yīng)理解的是子墊片70的多余部分可如希望地使用其他方法和裝置被修剪且移除?，F(xiàn)在參考圖9和圖10，圖中示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的將UEA 66’與子墊片70’組裝的方法。用于關(guān)于圖1至圖8的以上論述的類似結(jié)構(gòu)的附圖標(biāo)號以撇號(’)重
Μ. οUEA 66’布置在形成在定位和保持裝置76’內(nèi)的腔內(nèi)。然后，子墊片70’布置在 UEA 66’的擴(kuò)散介質(zhì)34’的表面上。應(yīng)理解的是如希望，子墊片70’可布置在擴(kuò)散介質(zhì)36’ 的相對表面上。在示出的實施例中，子墊片70’是預(yù)成型片(例如，子墊片70’是大體上以最終尺寸和形狀提供的片)，且可移除地接附到載體元件100。載體元件100可具有適合于在其上接收子墊片70’的任何形狀和尺寸。如所示出，載體元件100由例如DuPont公司開發(fā)的Kapton 的聚酰亞胺材料或例如Teflon 的氟化聚合物制成。應(yīng)理解的是載體元件 100可如希望地由其他合適的材料產(chǎn)生。載體元件100便于子墊片70’的真空密封。在載體元件100和子墊片70’、UEA 66’和定位和保持裝置76’之間造成真空。真空便于子墊片 70’在UEA 66’上的正確對齊。真空通過從載體元件100、子墊片70’、UEA 66’和定位和保持裝置76’之間抽吸空氣到至少一個開口 78’內(nèi)而造成。熱施加到載體元件100的至少部分。載體元件100的加熱的部分沿UEA 66’的外周和形成在MEA 4’內(nèi)的開口的至少一個接觸子墊片70’，從而導(dǎo)致子墊片70’熔化。如在圖9中示出，使用熱密封裝置80’將熱施加到載體元件100。應(yīng)理解的是熱密封裝置80’可如希望地包括加熱和不加熱部分。進(jìn)一步認(rèn)識到的是熱可使用其他方法和裝置如希望地施加。真空導(dǎo)致子墊片70’的熔化的部分滲透到擴(kuò)散介質(zhì)34’的開孔結(jié)構(gòu)內(nèi)，如在圖10中示出，因此制成大體上不漏流體的密封部 82’和UEA和子墊片組件84’。隨后，UEA和子墊片組件84’迅速冷卻。真空被解除，且載體元件100從UEA和子墊片組件84’移除。應(yīng)理解的是載體元件100可從UEA和子墊片組件87’分離且被再次使用。然后，UEA和子墊片組件84’從定位和保持裝置76’移除。圖11公開了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例將UEA 66’ ’與子墊片70’ ’組裝的方法。 關(guān)于圖1至圖10中以上所述的類似結(jié)構(gòu)的附圖標(biāo)號以雙撇號(’ ’)重復(fù)。UEA 66’ ’布置在形成在定位和保持裝置76，’內(nèi)的腔內(nèi)。然后，子墊片70’ ’布置在UEA 66"的擴(kuò)散介質(zhì)34’’的表面上。應(yīng)理解的是如希望，子墊片70’’可布置在擴(kuò)散介質(zhì)36’’的相對表面上。在示出的實施例中，子墊片70’’是預(yù)成型片(例如，子墊片70’’ 是大體上以最終尺寸和形狀提供的片)。子墊片70’’使用熱密封裝置120的載體元件110 布置在擴(kuò)散介質(zhì)34’’上。載體元件110可具有適合于在其上接收子墊片70’’的任何形狀和尺寸。如所示出，載體元件110由例如DuPont公司開發(fā)的Kapton 的聚酰亞胺材料或例如Teflon 的氟化聚合物制成。應(yīng)理解的是載體元件110可如希望地由其他合適的材料產(chǎn)生。進(jìn)一步應(yīng)理解的是，載體元件110如希望可以是表面處理，例如布置在熱密封裝置120 上的涂層。載體元件110便于子墊片70’’的真空密封。在載體元件110和子墊片70’’、 UEA 66"和定位和保持裝置76’’之間造成真空。真空便于子墊片70’’在UEA 66"上的正確對齊。真空通過從載體元件110、子墊片70’’、UEA 66"和定位和保持裝置76’ ’之間抽吸空氣到至少一個開口 78’ ’內(nèi)而造成。熱通過熱密封裝置120施加到載體元件110的至少部分。載體元件110的加熱的部分沿UEA 66"的外周和形成在MEA 4"內(nèi)的開口的至少一個接觸子墊片70’’，從而導(dǎo)致子墊片70’’熔化。如在圖11中圖示，熱密封裝置120 可如希望地包括至少一個加熱部分122和至少一個不加熱部分124。進(jìn)一步認(rèn)識到的是熱可使用其他方法和裝置如希望地施加。真空的力導(dǎo)致子墊片70’’的熔化的部分滲透到擴(kuò)散介質(zhì)34’’的開孔結(jié)構(gòu)內(nèi)，如在圖12中示出，因此制成大體上不漏流體的密封部82’’和 UEA和子墊片組件84’’。隨后，UEA和子墊片組件84’’迅速冷卻。真空被解除，且包括載體元件110的熱密封裝置120從UEA和子墊片組件84’’移除。然后，UEA和子墊片組件84’ ’ 從定位和保持裝置76，’移除。選擇地，例如，UEA和子墊片組件84、84’、84’，的子墊片邊緣130、132可進(jìn)一步使用例如熱塑性聚合物的密封材料被密封。應(yīng)理解的是密封材料可沿邊緣130、132如希望地使用任何合適的方法和裝置布置，例如使用注射裝置以將密封材料沿邊緣130、132分配。雖然已為闡述本發(fā)明的目的示出了一些代表性實施例和細(xì)節(jié)，但對于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員顯見的是可進(jìn)行多種改變而不偏離在附帶的權(quán)利要求中進(jìn)一步描述的本發(fā)明的范圍。
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權(quán)利要求
1.一種用于燃料電池的UEA和子墊片組件，包括組合電極組件，所述組合電極組件包括布置在陽極電極和陰極電極之間的電解質(zhì)膜， 和鄰近陽極電極和陰極電極的至少一個布置的多孔擴(kuò)散介質(zhì)；和鄰近組合電極組件布置的子墊片，其中子墊片的至少部分滲透擴(kuò)散介質(zhì)以形成大體上不漏流體的密封部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UEA和子墊片組件，其中子墊片是多層片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UEA和子墊片組件，其中子墊片可移除地接附到載體元件。
4.一種用于生產(chǎn)UEA和子墊片組件的方法，所述方法包括如下步驟提供組合電極組件，所述組合電極組件包括布置在陽極電極和陰極電極之間的電解質(zhì)膜，和鄰近陽極電極和陰極電極的至少一個布置的多孔擴(kuò)散介質(zhì)； 提供子墊片； 提供定位和保持裝置； 將組合電極組件布置在定位和保持裝置內(nèi)； 將子墊片鄰近組合電極組件布置；和使子墊片的至少部分滲透擴(kuò)散介質(zhì)以形成大體上不漏流體的密封部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中子墊片是多層片。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中子墊片是預(yù)成型片。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中子墊片的至少一個邊緣使用密封材料密封。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟 提供熱密封裝置；在組合電極組件和子墊片之間造成真空；和使用熱密封裝置加熱子墊片的至少部分，其中真空和加熱使子墊片的至少部分熔化且滲透擴(kuò)散介質(zhì)以形成大體上不漏流體的密封部。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中子墊片和熱密封裝置的至少一個包括載體元件。
10.一種用于生產(chǎn)UEA和子墊片組件的方法，所述方法包括如下步驟提供組合電極組件，所述組合電極組件包括布置在陽極電極和陰極電極之間的電解質(zhì)膜，和鄰近陽極電極和陰極電極的至少一個布置的多孔擴(kuò)散介質(zhì)； 提供鄰近電解質(zhì)膜布置的子墊片； 提供包括腔的定位和保持裝置； 提供熱密封裝置；將組合電極組件布置在定位和保持裝置的腔內(nèi)； 將子墊片鄰近組合電極組件布置； 在組合電極組件和子墊片之間造成真空；和使用熱密封裝置加熱子墊片的至少部分，其中真空和加熱使子墊片的至少部分熔化且滲透擴(kuò)散介質(zhì)以形成大體上不漏流體的密封部。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用真空密封形成膜－子墊片組件的方法。公開了一種用于燃料電池系統(tǒng)的UEA和子墊片組件及其生產(chǎn)方法。UEA和子墊片組件包括膜電解質(zhì)組件、擴(kuò)散介質(zhì)和子墊片，其中子墊片滲透到擴(kuò)散介質(zhì)中的一個內(nèi)以形成大體上不漏流體的密封部。
文檔編號H01M8/02GK102270765SQ20111000272
公開日2011年12月7日 申請日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者B.K.布拉迪, L.迪皮特羅, M.K.布丁斯基, S.巴加瓦 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司