專利名稱：：用于降低厚度變化的板上活性區(qū)的預(yù)嵌套的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及燃料電池堆，并且特別地，涉及雙極板組件以及用于制備用于燃料電池堆的雙極板的方法。
背景技術(shù)：
：燃料電池作為一種用于各種應(yīng)用的清潔、高效和環(huán)保的電源被提出。特別是，單個(gè)燃料電池可以被串聯(lián)堆疊在一起以形成能夠產(chǎn)生大S^以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的電能的燃料電池堆。燃料電池的一個(gè)實(shí)例是質(zhì)子交換膜(ProtonExchangeMembrane,PEM)燃料電池。PEM燃料電池包括膜電極組件(membrane^electrode-assembly,MEA)，其通常具有薄的、固體聚合物膜一電解質(zhì)，該膜一電解質(zhì)具有陽(yáng)極和陰極并且在其相對(duì)的面上具有催化劑。MEA—般布置在一對(duì)多孔的傳導(dǎo)性材料之間，所述多孔傳導(dǎo)性材料也稱為氣體擴(kuò)散介質(zhì)，期每氣體反應(yīng)物，例如氫和氧，空氣分布到陽(yáng)極層和陰極層中。共同地，MEA和氣體擴(kuò)散介質(zhì)稱為"非耐用品(softgoods)"。在陽(yáng)極處引入氫氣反應(yīng)物，在陽(yáng)極處在催化劑的存在下它發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生電子和質(zhì)子。電子從陽(yáng)極到陰極通過(guò)布置在其間的電路傳導(dǎo)。同時(shí)，質(zhì)子穿過(guò)電解質(zhì)到達(dá)陰極，在陰極處比如氧氣或空氣的氧化劑在電解質(zhì)和催化劑的存在下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生氧陰離子。氧陰離子和質(zhì)子反應(yīng)以形成反應(yīng)產(chǎn)物水。PEM燃料電池的非耐用品夾在一對(duì)導(dǎo)電雙極板之間，導(dǎo)電雙極板用作陽(yáng)極和陰極層的集流器。雙極板包括多個(gè)平臺(tái)(land)和流動(dòng)通道用于分布?xì)怏w反應(yīng)物到燃料電池的陽(yáng)極和陰極。雙極板用作在相鄰的燃料電池之間的導(dǎo)電體，并且進(jìn)一步配有多個(gè)適于在^4卩劑流過(guò)時(shí)與燃料電池交換熱量的內(nèi)部通道。典型的雙極板是由兩個(gè)#^蟲(chóng)的單極板(unipolarplate)構(gòu)建而成的連接組件。每個(gè)單極板具有外表面和內(nèi)表面，該外表面具有用于氣體反應(yīng)物的流動(dòng)通道，該內(nèi)表面具有內(nèi)部冷卻劑流動(dòng)通道。為了在燃料電池堆中相鄰的燃料電池的陽(yáng)極和陰極之間導(dǎo)通電流，構(gòu)成每個(gè)雙極板組件的成對(duì)的單極板被以機(jī)械方式和電方式連接。典型的雙極板組件設(shè)計(jì)為已知的"嵌套(nested)"型構(gòu)造。在嵌套型構(gòu)造中，在各自的單極板的內(nèi)表面上形成的通道和平臺(tái)對(duì)準(zhǔn)并且配對(duì)。嵌套型構(gòu)造的非限制實(shí)例在美國(guó)專利No.6,974,648和美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2006/0127706中有描述，這里通過(guò)參考引入Jd^兩個(gè)專利公開(kāi)的全部。一禾中已知的用于預(yù)備具有嵌套型構(gòu)造的雙極板組件的方法包括夾緊成對(duì)單極板，使得單極板周界周圍的通道區(qū)域相匹配。利用例如靜負(fù)載(deadweight)或夾具給單極板的周界施壓。焊接周界以密封雙極板組件。雙極板組件已知會(huì)偶然在橫跨雙極板組件的表面面積的厚度上顯示出了不期望的變化。橫跨雙極板組件的厚度變化一般是由于在組裝形成雙極板組件時(shí)單極板的通道與平臺(tái)之間不恰當(dāng)?shù)那短仔纬傻?。不恰?dāng)?shù)那短卓赡懿糠钟捎趩螛O板的橫向回彈方面的差異，由此一個(gè)單極板可能由于在其例如通過(guò)沖壓操作成形后的尺寸差異而具有較大量的橫向回彈。所述厚度變化可能將其自己顯示為在雙極板組件的嵌套區(qū)域內(nèi)材料的"圍陷波(trappedwave)"，特別是當(dāng)單極板的周界被約束時(shí)存在任何松散或過(guò)量材料時(shí)。材料的圍陷波可能導(dǎo)致在單極板之間出現(xiàn)間隙或間隔。在活性區(qū)內(nèi)將單極板點(diǎn)焊在一起是一種已知的用于向流過(guò)雙極板組件的電子提供低阻抗的方法。然而，上面提到的在單極板之間的間隔可能對(duì)雙極板組件的活性區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的點(diǎn)焊造成困難。在存在間隔的位置,行焊接的嘗試造成在單極板中的穿孔(perforations所述穿孔構(gòu)成了在燃料電池堆上用于液體的泄漏路徑。因此，在單極板之間的間隔是不希望的。測(cè)試顯示通道化區(qū)域的最終嵌套(nesting)在與燃料電池組件或燃料電池堆相關(guān)的累積負(fù)荷之下基本完成。在這些壓力之下，通道和平臺(tái)最終被"就位"在一起。然而，利用壓縮燃料電池以完成通道化區(qū)域的嵌套導(dǎo)致了在非耐用品上出現(xiàn)的不希望的局部化應(yīng)力(localizedstress)。己知雙極板厚度變化和非耐用品應(yīng)力(softgoodstresses)的不均勻分布對(duì)燃料電池性能產(chǎn)生不好的影響。尤其非嵌套區(qū)域在典型的堆負(fù)荷下可能產(chǎn)生不希望的壓力水平。不希望的壓力水平與其他因素例如纟驢和濕度的組合，可能導(dǎo)1M:燃料電池的PEM的電短路?！毙枰糜诮档碗p極板組件厚度變化的方法和裝配夾具(assemblyfixture)。合意地，該方法阻止在組裝雙極板期間單極板的不恰當(dāng)?shù)那短住?br/>發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本公開(kāi)，用于降低雙極板組件的厚度變化和阻止在雙極板組件的組裝過(guò)程中單極板的不恰當(dāng)嵌套的方法和裝配夾具將被出人意料地發(fā)現(xiàn)。圖2b是圖2a中描述的雙極板組件的，軍透視圖；圖2c是沿圖2a中剖面線C-C截取的雙極板組件的局部、橫截面圖;圖3是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施方案的用于燃料電池雙極板的組裝設(shè)備的爐透視圖；圖4是圖3中示出的組裝設(shè)備的側(cè)部橫截面圖；圖5是圖3中示出的組裝設(shè)備的透視亂以及圖6^極板組件的頂視平面圖，具有橫跨其活性區(qū)的、標(biāo)明用于測(cè)量雙極板厚度的位置。具體實(shí)施例方式下面的說(shuō)明實(shí)質(zhì)上僅僅是示例性的，并且目的不在于限制本公開(kāi)、應(yīng)用或用途。還應(yīng)該理解的是在整個(gè)附圖中，相應(yīng)的附圖標(biāo)記指示相同或相應(yīng)的部件和特征。關(guān)于本公開(kāi)的方法，所提供的步驟本質(zhì)上是示例性的，并且因此，不是必需的或關(guān)鍵性的。為了簡(jiǎn)便，這里僅僅描述和示例了兩電池式堆(two-cellstack)(也即，一個(gè)雙極板)，應(yīng)該理解的是典型的堆具有更多這樣的電池和雙極板。圖l描述了兩電池式的PEM燃料電池堆2，其具有一對(duì)由導(dǎo)電流體分布元件8，以下稱雙極板組件8，將其彼此分離的膜電極組件(MEA)4，6。MEA4，6和雙極板組件8被一起堆疊在端板10、12和端部接觸元件14，16之間。端部接觸元件14，16和雙極板組件8分別包括工作面18，20，22，24，用于分配燃料和氧化齊U氣體(例如，H2和02)給MEA4，6。非傳導(dǎo)性墊圈26，28，30，32在燃料電池堆2的數(shù)個(gè)部件之間提供密封和電絕緣。MEA4，6被布置得緊鄰已知作為氣體擴(kuò)散介質(zhì)34，36，38，40的透氣性傳導(dǎo)材料。氣體擴(kuò)散介質(zhì)34，36，38，40可以包括碳或石墨擴(kuò)散紙。氣體擴(kuò)散介質(zhì)34，36，38，40接觸MEA4，6。端部接觸元件14，16分別接觸氣體擴(kuò)散介質(zhì)34，40。雙極板組件8接觸鄰近MEA4陽(yáng)極面的氣體擴(kuò)散介質(zhì)36，所述陽(yáng)極面被構(gòu)造成接收含有氫(hydrogen-bearing)的反應(yīng)物。雙極板組件8還接觸鄰近MEA6陰極面的氣體擴(kuò)散介質(zhì)38，所述陰極面被構(gòu)造成接收含有氧的反應(yīng)物。氧氣從存儲(chǔ)箱46，例如，經(jīng)過(guò)合適的供應(yīng)管道42供應(yīng)到燃料電池堆2的陰極側(cè)。氫氣從存儲(chǔ)箱48，例如，經(jīng)過(guò)合適的供應(yīng)管道44供應(yīng)給燃料電池的陽(yáng)極側(cè)?？蛇x擇地，環(huán)境空氣可以作為氧氣源被提供給陰極側(cè)并且從甲醇或汽8油轉(zhuǎn)化器而來(lái)的氫氣被提供給陽(yáng)極。還提供有用于MEA4，6的陽(yáng)極禾卩陰極側(cè)的排放管道(未示出)。其他的管道50，52，54被提供用于供應(yīng)冷卻劑給雙極板組件8和端板14，16。還提供有用于從雙極板組件8和端板14，16排放7賴卩劑的合適的M(未示出)。下面參考圖2a和圖2b，更詳細(xì)地示出了本公開(kāi)的雙極板組件8。雙極板組件8包括第一單極板200和第二單極板202。第一單極板200具有其中形成有多個(gè)第一流動(dòng)通道206的第一活性區(qū)204。所述多個(gè)第一流動(dòng)通道206適于橫跨第一活性區(qū)204分配燃料和氧化氣體。所述多個(gè)第一流動(dòng)鵬206限定了多個(gè)布置在其間的平臺(tái)208。類似的多個(gè)第二流動(dòng)通道和第二平臺(tái)形iMi第二單極板202的第二活性區(qū)210上。第一和第二單極板200，202由導(dǎo)電材料形成。合適的導(dǎo)電材料包括，例如，金屬，金屬合金，和復(fù)合材料。金屬、金屬合金和復(fù)合材料具有充分的耐用性和剛性以作為在燃料電池堆2的雙極板組件8中的片。在選擇用于單極板200，202的材料時(shí)考慮的其他的設(shè)計(jì)性能可以包括透氣性、傳導(dǎo)性、密度、導(dǎo)熱性、耐腐蝕性、圖案限定、熱穩(wěn)定性和圖案穩(wěn)定性、可機(jī)械加工性、可連接性以及易得性。合適的金屬和金屬合金包括但不限制于鋁、鈦、鉬、不辦岡、碳素鋼、鎳基合金、鉭、鈮、以及其合金和其組合。復(fù)合材料包括但不限制于例如石墨、石墨箔、在聚合物基質(zhì)內(nèi)的傳導(dǎo)f，粒(例如，石墨粉末)、碳纖維紙和聚合物層壓板、具有金屬芯的聚合物板、傳導(dǎo)性帶涂層的聚合物板、以及其組合。第一和第二單極板200，201—般是薄的。例如，第一和第二單極板200，202可以具有大約0.05mm到大約0.5mm的厚度。應(yīng)該理解的是，如果需要，其他厚度也可以被采用。第一和第二單極板200，202可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中任何已知的方法，包括機(jī)械加工、模塑、切削、雕刻、沖壓、比如通過(guò)光刻掩模的光蝕刻、或者任何其他合適的設(shè)計(jì)和制造工藝。應(yīng)該考慮的是單極板200，202可以包括具有平片和其他片的層壓結(jié)構(gòu)，所述其它片包括一系列外部流體流在一些實(shí)施方案中，活性區(qū)204，210中的至少一個(gè)和單極板200，202的內(nèi)表面222，224具有涂層(未示出)。涂層可以適于提供例如防腐蝕性、導(dǎo)熱性以及最優(yōu)化的導(dǎo)電性和接觸電阻。在其中內(nèi)表面222，224被涂覆的實(shí)施方案中，涂層可以促iSM在內(nèi)表面222，224的每個(gè)上的各個(gè)涂層的金屬到金屬接觸而形成的電流。作為非限制性的實(shí)例，涂層可以包括貴金屬、金屬氧化物和其組合物。用于涂層的合適的貴金屬包括例如金(Au)、銀(Ag)、銥(Ir)、釕(Ru)、銠(Rh)、鋨(Os)、鈀(Pd)和鉑(Pt)。在特別的實(shí)施方案中，用于活性區(qū)204，210的涂層的金屬為金(Au)。用于涂層的合適的金屬氧化物包括但不限于，二氧化鉿(Hi02)、二氧化鋯(ZK)2)、氧化錫(Sn02)、五氧化二鉭(Ta2Os)、五氧化二鈮(Nb205)、二氧化鉬(Mo02)、二氧化銥(Ir02)、二氧化釕(Ru02)以及其混合物。涂覆一般使用任何商業(yè)上可獲得的工藝進(jìn)行。作為非限制性的例子，涂覆可以利用電鍍、無(wú)電鍍(electro-lessplating)以及物理氣相沉積中的一種進(jìn)行。應(yīng)該理解的是如果希望可以使用其他合適的施加涂層的方法。在特定的實(shí)施方案中，涂層是親水性的并且適于有利于在燃料電池堆2的操作過(guò)程中從活性區(qū)204，210上去除液態(tài)zK。合適的親水性涂層可以包括如這里描述的和現(xiàn)有技術(shù)中已知的貴金屬涂層。貴金屬涂層可以是在例如，雙涂覆系統(tǒng)中和金屬氧化物涂層一起施加。更多合適的親水性涂層在例如共同未決的美國(guó)申請(qǐng)系列11/068,489、11/463,386以及11/463,384中有描述，這里通過(guò)引用將其全文結(jié)合進(jìn)來(lái)。作為非限制性的實(shí)例，涂層可以包括至少一個(gè)S卜O基團(tuán)、至少一個(gè)極性基團(tuán)(polargroup)以及至少一賴?yán)柡突虿伙柡?^連的基團(tuán)。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，涂層包括Si-R基團(tuán)和至少一個(gè)Si-O基團(tuán)，其中，R包括飽和或不飽和ai連以及Si-R基團(tuán)與Si-0基團(tuán)的摩爾比在1/8到1/2的范圍內(nèi)。涂層也可以通過(guò)任何足以施加親水性涂層的方法施加。合適的親水性涂層也可以包括尺寸范圍在1到100納米的納米顆粒，其中納米顆粒包括具有Si-O基團(tuán)、飽和或不飽和碳鏈以及極性基團(tuán)的化合物。應(yīng)該理解的是也可以使用其/Wi的車ik腫必曰親水性涂層可以利用任意合適的方法施加，包括但不限于，刷涂、噴涂、鋪展(spreading)、巻涂(coilcoating)、絲網(wǎng)印刷、粉末涂覆、以及加網(wǎng)印刷。如果需要，也可以施加涂層的多道涂覆。再回來(lái)參考圖2a和2b，雙極板組件8進(jìn)一步包括形成在第一單極板200和第二單極板202中的多^pt體端口212和多個(gè)冷卻劑端口214。氣體端口212和^4卩劑端口214相互配合從而為燃料、氧化齊似及7賴卩劑提供入口和出口通路以流，極板組件8。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是流動(dòng)通道206、平臺(tái)208、氣體端口212以及冷卻劑端口214的各種構(gòu)造均可以如期望的那樣被使用。還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到本公開(kāi)不限制于特定的流場(chǎng)圖案(flowfieldpattern),而是和流場(chǎng)圖案無(wú)關(guān)地用于雙極板組件8。在另外的實(shí)施方案中，第一單極板200包括第一周界法蘭216并且第二單極板202包括第二周界法蘭218。在雙極板組件8對(duì)準(zhǔn)和組裝之后，第一周界法蘭216和第二周界法蘭218相互配合以形成雙極板組件8的周界220。最佳如附圖2b和2c所示，第一單極板200具有布置在與第一活性區(qū)204相對(duì)的表面上的第一內(nèi)表面222。第二單極板202具有布置在與第二活性區(qū)210相對(duì)的表面上的第二內(nèi)表面224。第一內(nèi)表面222包括多個(gè)形成在其中并且由多個(gè)第一平臺(tái)227限定的通道226。第二內(nèi)表面224包括多個(gè)形成在其中并且由多個(gè)第二通道229限定的平臺(tái)228。所述多個(gè)通道226，229以及所述多個(gè)平臺(tái)227，228適于分配冷卻劑到雙極板組件8，從而調(diào)節(jié)燃料電池堆2的溫度。第一和第二內(nèi)表面222，224在雙極板組件8的內(nèi)部形成冷卻劑流場(chǎng)230。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，本公開(kāi)不限于特定的冷卻劑流場(chǎng)圖案，而是獨(dú)立于冷卻劑流場(chǎng)圖案用于雙極板組件。參考圖2c，所述多個(gè)通道226適于與所述多個(gè)平臺(tái)228匹配或'嵌套"。第一和第二單極板200，202可以被焊接，例如，經(jīng)過(guò)點(diǎn)焊或縫(短線段)焊(stitchweld)來(lái)實(shí)現(xiàn)匹配狀況。這里描述的預(yù)嵌套可以用來(lái)阻止在第一和第二單極板200，202之間的間隙并且使得焊接充分。典型地，燃料電池堆2中的雙極板組/丄orr^A/^2ni、Im—r*匕r^、上A、2、AArv八,"7^*J、^Vn/、-A^r^r*、_li乂7八TT7_八_nAtl、-"T""1十jstr、jfli湘疋以州丁i3^/r訟多zi、旭退zzo王少罰^rBx甚尸/r處多TT曰zw。欲iiu，當(dāng)所述多個(gè)通道226和所述多個(gè)平臺(tái)228之間嵌套不合適時(shí)會(huì)產(chǎn)生圍陷波(trappedwave)。本公開(kāi)包括用于制備雙極板組件8的方法。在本公開(kāi)的方法中，所述多個(gè)通道226和所述多個(gè)平臺(tái)228被預(yù)嵌套在一起。該方法首先包括提供具有第一活性區(qū)204的第一單極板200的步驟。第一單極板200包括形成在第一單極板200的第一內(nèi)表面222上的所述多個(gè)通道226。也提供具有第二活性區(qū)210的第二單極板202，其具有所述多個(gè)形成在第二單極板202的第二內(nèi)表面224上的平臺(tái)228。該方法進(jìn)一步包括將第一單極板200和第二單極板202對(duì)準(zhǔn)的步驟。ii第一和第二單極板200，202可以用例如夾具對(duì)準(zhǔn)。第一和第二單極板200，202^^t準(zhǔn)以鄰近第二活性區(qū)210方j(luò)(fi第一活性區(qū)204。然后，施加第一壓力給第一和第二活性區(qū)204，210，以將所述多個(gè)通道226和所述多個(gè)平臺(tái)228預(yù)嵌套。第一壓力可以通過(guò)例如機(jī)械力、液壓力以及磁力中的至少一種施加。應(yīng)該理解的是，在施加第一壓力的過(guò)程中，第一和第二單極板200，202的周界法蘭216，218沒(méi)有被束縛。在第一和第二單極板200，202中存在的任何過(guò)量的或松散(slack)的材料都因此朝著雙極板組件8的周界220移位。在所述多個(gè)通道和平臺(tái)226，228的預(yù)嵌套之后，第一周界法蘭216和第二周界法蘭218被約束并連接在一起。從而預(yù)嵌套的雙極板組件8得以制備。在專門(mén)的實(shí)施方案中，通過(guò)第一周界法蘭216和第二周界法蘭218的連接形成基本上不透氣的密封。例如，可以通過(guò)悍接、軟釬焊結(jié)合、銅焊結(jié)合、粘合劑和類似來(lái)形成所述密封。在專門(mén)的示例性實(shí)施方案中，由例如如下焊接工藝之一形成的焊縫來(lái)形成所述密封電弧焊、氣焊、電阻焊、像激光焊和電子束焊的能量束焊接、以及固態(tài)焊接。應(yīng)該理解的是所述密封也可以利用本領(lǐng)域中已知的其他合適的方法形成。在任何松散或過(guò)量的材料被朝著周界220移位并且單極板200,202被預(yù)嵌套之后，為了連接步驟的目的，單極板200，202可以M31例如，夾緊的方法被約束在一起。在另一個(gè)實(shí)施方案中，約束單極板200，202的步驟可以通過(guò)點(diǎn)燥第一和第二活性區(qū)204，210以及第一和第二周界法蘭216，218中的至少一個(gè)行。點(diǎn)焊可以通過(guò)例如，激光焊行。其他合適的焊接技術(shù)也可以用于在連接第一和第二周界法蘭216，218之前的約束步驟。約束第一和第二單極板200，202的步驟阻止在將第一和第二單極板200，202連接在一起的過(guò)程中在其之間的不希望的相對(duì)移動(dòng)。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，本公幵的方法可以包括將第一單極板200和第二單極板202結(jié)合在一起的步驟。第一和第二單極板200，202可以通過(guò)多個(gè)定位的導(dǎo)電節(jié)點(diǎn)(未示出)被結(jié)合在一起，例如，在共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)系列No.l1/752,993中描述的那樣，這里M弓閱全部引入。結(jié)合第一和第二單極板200，202的步驟可以包括例如點(diǎn)焊，以形成所述多個(gè)導(dǎo)電節(jié)點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，第一和第二單極板200，202的預(yù)嵌套便于第一和第二單極板200,202的結(jié)合。特別地，預(yù)嵌套將所述多個(gè)通道226和所述多個(gè)平臺(tái)228彼此相鄰地配置以用于結(jié)合。還應(yīng)該理解的是，其他合適的用于進(jìn)一步結(jié)合第一和第二單極板200，202的方法可以使用。顯著參考附圖3和4，用于制備本公開(kāi)的雙極板組件8的方法可以利用夾具300來(lái)實(shí)施。夾具300包括基板302。基板302適于容納第一和第二單極板200，202。夾具300進(jìn)一步包括頂板組件304。頂板組件304連接于302并且適于以逐步的方式給第一和第二單極板200，202施加壓力。頂板組件304適于提供第一壓力給第一和第二單極板200，202的活性區(qū)204，210，并接著提供第二壓力給周界法蘭216，218。因此，壓力是以漸進(jìn)itt步的方式提供給活性區(qū)204，210。首先，所述多個(gè)通道和平臺(tái)226，228被預(yù)嵌套，而且隨后，周界法蘭216，218被連接。在特定的實(shí)施方案中，頂板組科:304包括活性區(qū)推板306、周界推板308、周界彈簧板310以及活性區(qū)彈簧板312?；钚詤^(qū)推板306適于與第一單極板200的第一活性區(qū)204接觸。周界推板308適于與第一單極板200的第一周界法蘭216接觸。在夾具300的示例性操作中，活性區(qū)推板306適于在周界與周界推板308接觸之前與第一單極板200的第一活性區(qū)204接觸。從而，所述多個(gè)通道和平臺(tái)226，228可以被預(yù)嵌套并且任何松散的或過(guò)量的材料都可以從第一和第二單極板200，202的活性區(qū)204，210中移出?；钚詤^(qū)彈簧板312可以與活性區(qū)推板306連接并且適于向其傳遞第一壓力。周界彈簧板310可以連接于周界推板308并且適于向其傳遞第二壓力。頂板組件304可以進(jìn)一步包括多個(gè)螺栓314，用于將活性區(qū)彈簧板312與活性區(qū)推板306、周界彈簧板310與周界推板308的至少之一連接起來(lái)。所述多個(gè)螺栓314可以進(jìn)一步被用于連接活性區(qū)彈簧板312和周界彈簧板308。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，頂板組件304包括多個(gè)布置在活性區(qū)彈簧板312和活性區(qū)推板306之間的彈簧316。在一些實(shí)施方案中，所述多個(gè)彈簧3i6中的至少一個(gè)可以布置在所述多個(gè)螺栓3i4的至少一個(gè)周圍。作為非限制性的實(shí)例，所述多個(gè)彈簧316的至少一部分可以被構(gòu)造以從活性區(qū)彈簧板312到活性區(qū)推板306傳遞第一壓力。在進(jìn)一步的非限制性的實(shí)例中，所述多個(gè)彈簧316中的至少另一部分可以被構(gòu)造以從周界彈簧板310到周界推板308傳遞第二壓力。其他合適的用于傳遞第一和第二壓力到活性區(qū)推板306和周界推板308的構(gòu)造均可以根據(jù)需要被選擇。如圖5所示，夾具300還可以包括至少一個(gè)夾，置500。夾，^置500連接于基板302并且適于將頂板組件304壓靠基板302。例如，夾持裝置500可以包括機(jī)械夾、氣動(dòng)夾、液壓夾以及磁力夾中的至少一種。在專門(mén)的實(shí)施方案中，夾，^置500為靜負(fù)載和鉸接夾中的至少一種。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一壓力可以被首先例如用靜負(fù)載施加以將材料的圍陷波移出活性區(qū)204，210。然后可以例如用鉸接夾增加第一壓力至足以預(yù)嵌套單極板200，202的水平。在另一個(gè)實(shí)施方案中，使用氣動(dòng)夾來(lái)提供足以將材料的圍陷波從活性區(qū)204，210移出并且預(yù)嵌套單極板200，202的第一壓力。應(yīng)該理解的是，夾持裝置500可以提供分別通過(guò)活性區(qū)推板306和周界推板308施加給單極板200，202的第一和第二壓力。當(dāng)本公開(kāi)的第一和第二單極板200，202被方爐在基板302和頂板組件304之間時(shí)，第一和第二單極板200，202因此被預(yù)嵌套在一起。實(shí)施例如翁和n中肖^l多觀察到的，從根據(jù)本公開(kāi)的方法制造的雙極板組件樣品獲得厚度觀糧值。與樣品雙極板組件的所需厚度之間的厚度變化被記錄下來(lái)。應(yīng)該理解的是，本公開(kāi)不限于所描述的樣品。<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>M31在單極板200，202的周界法蘭216,218處夾持具有相互匹配的多個(gè)通道和平臺(tái)226，228的一對(duì)單極板200，202，制備六個(gè)對(duì)照雙極板。然后用靜負(fù)載和夾具施加壓力給單極板的周界法蘭216，218。周界法蘭216，218然后被焊接以密封和形成對(duì)照雙極板。如莉中所示的，根據(jù)已知方法生產(chǎn)的對(duì)照雙極板的厚度范圍在大約0.041mm到0.091mm之間。_^J5_樣品板厚度變化測(cè)量值(mm)位置No.lNo.2No.3No.4No.5No.6110.0110.0060.0080.0070.0060.01312-O頻-0.007-0.003-0.007-O扁-0.00713-0.008德0-0.009■0-0.009-0.008140.001-0.0010.0030.003-0.001-0.00115-0，-0.0090.004-0.009-0.009-o扁160.023o.on0.0140.0050.0060條170細(xì)o駕0德0細(xì)0細(xì)0.01418-0.005-0.005-0.005-0.007-0.010-0.006190細(xì)-0.0030.002-0.0020細(xì)-0.002200.0020.0020.0050.002-0.0020.00221-0.005-0.007-0.001-o働德0-0.005220.0280.0220.0210.0140.0260.01423-0.005曙O搬-0.003-0.004-0.006-0.00524-0.002-O細(xì)-0.001-0.004-0.006畫(huà)O頻25-O衡-0.008-0.006-0.009德0-0.010400扁0.0070.0090細(xì)0.0060.006410攝0.0030.0120.0070.0050.007420.0130.0160.0140.0100.0120細(xì)430.0070細(xì)0.0090.0070.0060.006440細(xì)-0.0030德畫(huà)o細(xì)-0,003-0,001450.0070.0050.0090.0060.0050.005最大值0.0280.0220.0210.0140.0260.016最小值-0.009德0-0.009穆0-0.010-O細(xì)平均值0.0030.0010.0040.0010扁0.002范圍0.0370.0320.0300.0240.0360.026根據(jù)本公開(kāi)的方法制備了六個(gè)樣品雙極板。具有匹配的多個(gè)通道和平臺(tái)226，228的一對(duì)單極板200，202利用靜負(fù)載和夾具預(yù)嵌套。在預(yù)嵌套之后，單極板被用夾具在周界法蘭216，218處約束在一起。周界法蘭216，218然后被焊接以密封并且形成樣品雙極板。按照類似于對(duì)照雙極板的方式，樣品雙極板在燃料電池堆中經(jīng)歷了無(wú)附加負(fù)荷的大約1900小時(shí)的試運(yùn)轉(zhuǎn)階段。在試運(yùn)轉(zhuǎn)階段之后，利用千分尺在橫跨樣品雙極板的各個(gè)圖6位置執(zhí)行厚度測(cè)量。如都中所示的，對(duì)六個(gè)測(cè)量的樣品而言，根據(jù)本公開(kāi)的方法生產(chǎn)的樣品雙極板的厚度范圍在大約0.024mm到0.037mm之間變化。橫跨已經(jīng)被預(yù)嵌套過(guò)的樣品雙極板的厚度變化由此顯示出和橫跨對(duì)照雙極板的厚度變化相比，令人驚奇的小。應(yīng)該理解的是，根據(jù)本公開(kāi)的方法制備的雙極板組件8由此和根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法制造的雙極板組件8相比，可以提供改善的性能。本公開(kāi)的方法和夾具300有利地在雙極板組件8的制備過(guò)程中提供了將第一和第二單極板200，202預(yù)嵌套。該方法和夾具300fflil在約束周界法蘭216，218用于連接之前從活性區(qū)204，210移出松散的或過(guò)量的材料，阻止在活性區(qū)204，210中出現(xiàn)圍陷波。該方法和夾具300斷氏了雙極板組件8的厚度變化，并且因此進(jìn)一步阻止在操作中在燃料電池堆2中出現(xiàn)不希望的壓縮力的局部集中。雖然為了解釋本發(fā)明的目的示出了某些4t表性的實(shí)施方案和細(xì)節(jié)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下可以作出各種變化，本公開(kāi)的范圍進(jìn)一步描述記載在隨后的權(quán)利要求中。權(quán)利要求1、用于制備用于燃料電池堆的雙極板組件的方法，包括步驟提供具有第一活性區(qū)和第一周界法蘭的第一單極板，在其第一內(nèi)表面上形成有多個(gè)通道；提供具有第二活性區(qū)和第二周界法蘭的第二單極板，在其第二內(nèi)表面上形成有多個(gè)平臺(tái)；將所述第一單極板和所述第二單極板對(duì)準(zhǔn)以鄰近所述第二活性區(qū)放置所述第一活性區(qū)；給所述第一和所述第二活性區(qū)施加第一壓力以預(yù)嵌套所述第一單極板和所述第二單極板；和將所述第一單極板的第一周界法蘭連接到所述第二單極板的第二周界法蘭。2、權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在所述第一單極板和所述第二單極板預(yù)嵌套之后，約束所述第一單極板和所述第二單極板的步驟。3、權(quán)利要求2的方法，其中fflil施加第二壓力給所述第一和第二周界法蘭以約束所述第一和第二單極板，以阻止在所述第一和第二單極板之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。4、權(quán)利要求1的方法，其中在給所述第一和第二活性區(qū)施加第一壓力的步驟過(guò)程中，過(guò)量的板材料被移向所述第一和第二周界法蘭的至少一個(gè)。5、權(quán)利要求l的方法，其中通過(guò)機(jī)械力、氣動(dòng)力、液壓力和磁力中的至少一種給所述第一和第二活性區(qū)施加壓力。6、權(quán)利要求1的方法，其中通il將所述第一周界法蘭和所述第二周界法蘭連接起來(lái)形成基本上不^t的密封。7、權(quán)利要求6的方法，其中所述密封ffl31焊接、軟釬焊、銅焊以及粘結(jié)劑中的一種形成。8、根據(jù)豐又利要求7的方法，其中所述焊接M電弧焊、氣焊、電阻焊、能量束焊以及固態(tài)焊中的一種形成。9、根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述能量束焊包括激光焊接和電子束焊中的一種。10、權(quán)利要求1的方法，其中所述第一禾嗨二單極板ffiil夾具對(duì)準(zhǔn)。11、權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括利用多個(gè)定位的導(dǎo)電節(jié)點(diǎn)將所述第一單極板和所述第二單極板結(jié)合在一起的步驟。12、權(quán)利要求ll的方法，其中結(jié)合所述第一單極板和所述第二單極板的步驟包括點(diǎn)焊以形成所述定位的導(dǎo)電節(jié)點(diǎn)。13、用于組糊于燃料電池堆的雙極板的夾具，包括基板，適于接收具有第一活性區(qū)和第一周界法蘭的第一單極板，和具有第二活性區(qū)和第二周界法蘭的第二單極板；和頂板組件，連接于基板，適于施加第一壓力給所述第一和第二單極板的所述活性區(qū)并且施加第二壓力給所述第一和第二單極板的周界法蘭。14、權(quán)利要求13的夾具，進(jìn)一步包括至少一個(gè)夾持裝置，其連接于所述基板，適于將所述頂板組件壓靠所述基板。15、權(quán)利要求13的夾具，所述頂板組件進(jìn)一步包括活性區(qū)推板，適于接觸所述第一單極板的第一活性區(qū)；周界推板，鄰近所述活性區(qū)推板布置，適于接觸所述第一單極板的第一周界法蘭；活性區(qū)彈簧板，連接于所述活性區(qū)推板，適于向其傳遞第一壓力；禾口周界彈簧板，連接于所述周界法蘭推板，適于在利用所述活性區(qū)彈簧板傳遞第一壓力之后向其傳遞第二壓力。16、禾又利要求15的夾具，進(jìn)一步包括如下的至少之一多個(gè)彈簧，布置在所述活性區(qū)彈簧板和所述活性區(qū)推板之間，且被構(gòu)造以/A^f述活性區(qū)彈簧板傳遞第一壓力到所述活性區(qū)推板；和多個(gè)螺栓，連接所述活性區(qū)彈簧板至,述活性區(qū)推板、所述周界彈簧板到所述周界推板中的至少之一。17、權(quán)利要求15的夾具，其中所述基板和所述活性區(qū)彈簧板中的至少一個(gè)包括布置在其上以阻止第一和第二單極板被污染的PTFE涂層。18、權(quán)利要求15的夾具，其中所述活性區(qū)彈簧板由剛性材料和彈性材料中的一種形成。19、用于制備燃料電池堆用雙極板組件的方法，該方法包括步驟提供具有第一活性區(qū)和第一周界法蘭的第一單極板，在其第一內(nèi)表面上形成有多個(gè)鵬；提供具有第二活性區(qū)和第二周界法蘭的第二單極板，在其第二內(nèi)表面上形成有多個(gè)平臺(tái)；提供夾具，其包括基板和頂板組件，所述基板適于接收第一單極板和第二單極板，所述頂板組件連接于所述基板并且適于逐步地給所述第一和第二單極板的活性區(qū)施加第一壓力和給所述第一和第二單極板的周界法蘭施加第二壓力；將所述第一和第二單極板放置在所述基板上，從而使得所述第一活性區(qū)和第二活性區(qū)對(duì)準(zhǔn)；利用所述夾具的所述頂板組件施加第一壓力給第一和第二活性區(qū)，其中第一活性區(qū)與第二活性區(qū)預(yù)嵌套；利用所述夾具的所述頂板組件施加第二壓力給第一和第二周界法蘭；將第一單極板的第一周界法蘭連接于第二單極板的第二周界法蘭。20、權(quán)利要求19的方法，進(jìn)一步包括步驟禾,所述夾具提供活性區(qū)推板和周界推板；利用第一壓力使得所述活性區(qū)推板接觸第一單極板的第一活性區(qū)并且從而將所述多個(gè)M與所述多個(gè)平臺(tái)預(yù)嵌套；和利用第二壓力使得所述周界推板接觸第二活性區(qū)。全文摘要本發(fā)明涉及用于降低厚度變化的板上活性區(qū)的預(yù)嵌套。本發(fā)明提供用于燃料電池堆的雙極板組件的制備方法。該方法首先包括提供具有第一活性區(qū)的第一單極板的步驟，具有形成在其第一內(nèi)表面上的多個(gè)通道，和提供具有第二活性區(qū)的第二單極板的步驟，具有形成在其第二內(nèi)表面上的多個(gè)平臺(tái)。第一單極板和第二單極板對(duì)準(zhǔn)以鄰近第二活性區(qū)布置第一活性區(qū)。然后在第一和第二活性區(qū)上施加第一壓力，以將第一活性區(qū)和第二活性區(qū)預(yù)嵌套。然后第一和第二單極板的周界被連接在一起。同時(shí)提供了用于組裝雙極板組件的夾具和相關(guān)的方法。文檔編號(hào)H01M4/88GK101527360SQ200910007270公開(kāi)日2009年9月9日申請(qǐng)日期2009年1月23日優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日發(fā)明者J·A·洛克,K·E·紐曼,L·迪皮特羅,M·W·凱澤,S·J·斯潘塞,S·奧夫斯拉格申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司