專利名稱：具有襯墊的燃料電池隔板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有襯墊的燃料電池隔板。特別涉及一種具有襯墊的燃料電池隔板及其制造方法，其能夠防止隔板的腐蝕和提高隔板的抗腐蝕能力。
背景技術(shù)：
參考圖5，其示出了基于單元電池的燃料電池組的結(jié)構(gòu)，薄膜電極組件(MEA)位于燃料電池組的中間并且包括聚合物電解質(zhì)薄膜10和電極/催化劑層，例如分別設(shè)置于聚合物電解質(zhì)薄膜10兩側(cè)的空氣電極(陰極)12和燃料電極(陽極)14。氫離子(質(zhì)子)通過聚合物電解質(zhì)薄膜10輸送，并且在電極/催化劑層發(fā)生氫與氧之間的電化學(xué)反應(yīng)。氣體擴(kuò)散層(OTL) 16和襯墊18順序地堆疊在薄膜電極組件的兩側(cè)，陰極12和陽極14位于薄膜電極組件的兩側(cè)。包括用于供應(yīng)燃料和排放反應(yīng)產(chǎn)生的水的流場(chǎng)(flow fields)的隔板20位于氣體擴(kuò)散層16的外側(cè)，并且用于支撐和固定上述元件的端板30與隔板20兩端的每一端連接。在燃料電池組的陽極14，通過氫的氧化反應(yīng)，氫被分解成氫離子(質(zhì)子，H+)和電子(e_)。氫離子和電子分別通過電解質(zhì)薄膜10和隔板20被傳輸?shù)疥帢O12。在陰極12處， 從陽極14傳輸過來氫離子和電子以及空氣中的氧參與的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了水，同時(shí)，電子的流動(dòng)產(chǎn)生了電能。燃料電池組的隔板20 (例如，金屬隔板)的作用如下。隔板20用作將還原氣體和氧化氣體提供給單元電池的通道，提供用于冷卻燃料電池組的冷卻劑的通道，以及傳輸所產(chǎn)生的電流的通道。因此，隔板20應(yīng)該是氣密和液密的(liquid-tight)，從而還原氣體，氧化氣體和冷卻劑不會(huì)混合在一塊。因此，橡膠密封材料可以被用到隔板20的表面以維持氣密和液密性并且同時(shí)用來維持負(fù)載。此外，燃料電池組的襯墊18粘合到隔板20以限定燃料電池組的每一個(gè)單元電池并且用來分別密封形成在隔板20的表面上的氫氣，冷卻劑，以及空氣流場(chǎng)。因此，為了襯墊 18順利地起作用，在燃料電池組的制造過程中，應(yīng)該仔細(xì)地考慮將襯墊18粘合到隔板20的方法和襯墊材料的選擇?？紤]這些因素的將襯墊18整體地粘合到隔板20的常規(guī)方法將參考下面的圖3和圖4描述。首先，如圖3所示，將粘合劑涂覆在金屬隔板20(下文稱“隔板”)的注射成型襯墊 18的表面的一部分上，并且通過注射模具40的壓力固定隔板20的邊緣。接著，將襯墊材料注入到注射模具40，并且同時(shí)，注射模具40對(duì)將被整體地模塑在隔板20的表面上的襯墊 18施加壓力。參考圖4，其示出了其上整體地成型有襯墊的隔板的結(jié)構(gòu)，在隔板20的邊緣上不形成襯墊18，因此隔板20的邊緣的表面一直暴露在外界，其中，該邊緣的表面上沒有形成襯墊18。在隔板的邊緣上沒有形成襯墊的原因在于，當(dāng)襯墊被整體地成型在隔板上時(shí)，隔板邊緣與注射模具緊密接觸并且被注射模具夾持。盡管襯墊不形成在隔板的邊緣上，但這并不會(huì)對(duì)氣密性能有顯著影響。然而，由于隔板一直暴露在燃料電池組的單元電池中的腐蝕性環(huán)境中，久而久之會(huì)發(fā)生腐蝕，導(dǎo)致隔板耐久性(durability)的降低。此外，在隔板的邊緣的長(zhǎng)度方向上的厚度有輕微差別的情況下，包括上模具和下模具的注射模具施加在夾持隔板邊緣的力是不均勻的，導(dǎo)致襯墊表面上的毛邊(burrs)的形成。因此，需要整理工序(finishing process)以去除毛邊，這降低了注射成型工序的效率。
背景技術(shù)：
部分中公開的上述信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本發(fā)明的背景的理解，因此其可能包含不形成已在本國(guó)為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的問題作出了本發(fā)明，本發(fā)明提供一種具有襯墊的燃料電池隔板及其制造方法。具體地，本發(fā)明提供一種燃料電池隔板，其中，通過適當(dāng)?shù)姆椒?，例如絲網(wǎng)印刷(screenprinting)，將樹脂粘合劑涂覆在隔板的整個(gè)或至少一部分的表面上。執(zhí)行將襯墊整體地成型到隔板上的工序，從而在注射成型工藝后隔板邊緣不被暴露到外界，恰恰相反，而是覆蓋有樹脂粘合劑，因此防止了隔板的腐蝕，提高了隔板的抗腐蝕性。同樣，防止了在注射成型工序中毛邊的形成。一方面，本發(fā)明提供一種在其上整體地成型有襯墊的燃料電池隔板，該隔板包含涂覆在隔板的襯墊將被注射成型的表面上的粘合劑和涂覆在隔板邊緣的表面上的粘合劑。在一些實(shí)施方式中，粘合劑是通過絲網(wǎng)印刷法來涂覆的，并且可以被稱為“絲網(wǎng)粘合劑”(screenadhesive)，但是，也可以使用任何已知的用于涂覆粘合劑涂層的方法。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，可以是絲網(wǎng)粘合劑的粘合劑可以被涂覆在隔板邊緣的上表面和下表面。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，可以是絲網(wǎng)粘合劑的粘合劑可以被涂覆在隔板邊緣的上表面和下表面以及側(cè)面上。另一方面，本發(fā)明提供了一種用于制造燃料電池隔板的方法，該方法包括將粘合劑涂覆在隔板的表面，將粘合劑涂覆到襯墊將被注射成型的地方，并且進(jìn)一步將粘合劑涂覆在隔板邊緣的表面；當(dāng)通過施加壓力使注射模具夾持隔板的邊緣時(shí)，允許涂覆在隔板的邊緣的粘合劑吸收注射模具的壓緊力；以及將襯墊材料注入注射模具的腔體，從而襯墊整體地成型在隔板的表面。在一些實(shí)施方式中，粘合劑為絲網(wǎng)粘合劑。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，粘合劑，可以是絲網(wǎng)粘合劑，可以是與襯底材料相同的材料。襯底材料可以選自任何已知的襯墊材料，例如，但不限制于，氟橡膠，聚合物樹脂和液態(tài)硅樹脂(LSR)。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，粘合劑，可以是絲網(wǎng)粘合劑，可以以約10至ΙΟΟμπι
的厚度涂覆。下面討論本發(fā)明的另外一些方面和優(yōu)選的實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)理解此處使用的術(shù)語“車輛”或“車輛的”或其它類似的術(shù)語包括，諸如包括運(yùn)動(dòng)用途車輛(SUV)、公共汽車、卡車、多種商用車輛的載客汽車的一般機(jī)動(dòng)車輛，包括各種船和艇的水運(yùn)工具，航行器等，并且包括混合動(dòng)力車、電動(dòng)車輛、插入式混合電動(dòng)車輛、氫動(dòng)力車輛和其它可選的燃料車輛(例如從除了石油以外的資源中獲得的燃料)。參照此處所述，混合動(dòng)力車為具有兩個(gè)或更多個(gè)動(dòng)力源的車輛，例如既有汽油動(dòng)力又有電動(dòng)力的車輛。
以下討論本發(fā)明上述和其它的特征。


現(xiàn)參照在下面僅以示例方式給出的示例性說明的附圖的特定典型實(shí)施方式來詳細(xì)說明本發(fā)明的以上和其它特征，因此，這些特征不限制本發(fā)明，其中圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式的制造燃料電池隔板的方法的示意圖。圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式的具有襯墊的燃料電池隔板的平面圖。圖3是示出了制造燃料電池隔板的常規(guī)方法的示意圖。圖4是示出了具有襯墊的常規(guī)燃料電池隔板的平面圖。圖5是示出了典型的燃料電池組的結(jié)構(gòu)的示意圖。附圖中涉及的附圖標(biāo)記包括后面將進(jìn)一步討論的下列部件10:聚合物電解質(zhì)薄膜 12:空氣電極14 燃料電極16 氣體擴(kuò)散層(O)L)18 襯墊20 隔板22 絲網(wǎng)粘合劑30 端板40 注射模具應(yīng)該理解到的是，附圖不必按比例繪制，而只是表示用于說明本發(fā)明的基本原理的各種優(yōu)選特征的簡(jiǎn)化表示。包括例如特定尺寸、方向、位置和形狀的本文所公開的本發(fā)明的特定設(shè)計(jì)特征，將部分地通過特定應(yīng)用和使用環(huán)境確定。在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示本發(fā)明中相同或者等同的部件。
具體實(shí)施例方式下文將詳細(xì)參照本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式，在附圖中示出并在下文中描述其實(shí)施例。盡管將結(jié)合示例性實(shí)施方式說明本發(fā)明，然而應(yīng)該理解的是，本說明書不是要將本發(fā)明限制到這些典型的實(shí)施方式。相反地，本發(fā)明不僅要涵蓋這些典型的實(shí)施方式，還涵蓋包含在所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的思想和范圍內(nèi)的各種替代、修改、等效物及其它實(shí)施方式。本發(fā)明提供一種具有襯墊的燃料電池隔板及其制造方法。具體地，本發(fā)明提供一種具有襯墊的燃料電池隔板，其中，通過適當(dāng)?shù)耐扛卜椒ǎ缃z網(wǎng)印刷法，將用于粘合襯墊的粘合劑，例如絲網(wǎng)粘合劑涂覆在隔板的整個(gè)或至少一部分的表面上。進(jìn)行將襯墊整體地成型到隔板上的工序，使得在注射成型工藝后隔板的邊緣不被暴露在外面，恰恰相反，而是覆蓋有樹脂粘合劑。本發(fā)明防止了即使當(dāng)隔板被暴露到燃料電池組中的腐蝕環(huán)境時(shí)隔板的腐蝕，防止在注射成型工藝中毛邊的形成，并且提高了生產(chǎn)效率。注意到，盡管粘合劑在各個(gè)實(shí)施方式中可以被描述為通過絲網(wǎng)印刷法來涂覆，并因此被稱為“絲網(wǎng)粘合劑”，但應(yīng)該理解，粘合劑能夠使用任何適當(dāng)?shù)耐扛卜椒▉硇纬?。同樣，盡管在各個(gè)實(shí)施方式中，在這里被稱作“絲網(wǎng)粘合劑”，該粘合劑不限制于僅僅是絲網(wǎng)粘合劑。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，如圖1所示，在注射成型工序之前，將絲網(wǎng)粘合劑22涂覆在隔板20所需要的部分上，即襯墊將被注射成型在其上的隔板20的表面上，并且也涂覆在隔板20的邊緣的表面上。這里，涂覆在隔板的將被注射成型的表面上的絲網(wǎng)粘合劑22，與被涂覆在隔板20的邊緣的表面上的絲網(wǎng)粘合劑可以是與襯墊材料相同的材料。優(yōu)選地，絲網(wǎng)粘合劑22可以是選自由氟橡膠、聚合物樹脂(底層涂料(primer))和液態(tài)硅樹脂組成的組中的一種，并且可以以約10至100 μ m的厚度涂覆。根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式，絲網(wǎng)粘合劑22被涂覆在隔板20的邊緣的上表面和下表面，其中，該隔板的邊緣被注射模具40按壓著。優(yōu)選地，絲網(wǎng)粘合劑22被涂覆在隔板20的邊緣的所有的上表面和下表面和側(cè)面上，從而在隔板20的邊緣的金屬表面不會(huì)被暴露到外面。接著，將涂覆有絲網(wǎng)粘合劑22的隔板20放置在注射模具40的下模具上并隨后將注射模具40的上模具放置在其上，使得隔板20的邊緣被注射模具40扣緊和夾持。此時(shí)，當(dāng)通過施加壓力使注射模具40夾持隔板20的邊緣時(shí)，注射模具40的壓制力被涂覆在隔板20的邊緣上的絲網(wǎng)粘合劑22吸收。一般來說，當(dāng)注射模具的上模具和下模具直接與隔板的邊緣(即金屬表面被暴露到外界的部分)接觸以夾持隔板的邊緣時(shí)，在隔板的邊緣的長(zhǎng)度方向上的厚度有輕微差別的情況下，由于注射模具的壓力產(chǎn)生的摩擦，在隔板的邊緣上會(huì)形成毛邊。然而，根據(jù)本發(fā)明，由于被注射模具40的上模具和下模具夾持的隔板20的邊緣涂覆有絲網(wǎng)粘合劑22，因此注射模具40的壓緊力被涂覆在隔板20的邊緣的絲網(wǎng)粘合劑22吸收，從而防止了毛邊的形成。特別地，當(dāng)使用常規(guī)方法時(shí)，由于在注射成型的工序中隔板材料厚度的差別，在襯墊上形成毛邊，并且因此襯墊材料被從隔板與注射模具之間的間隙中擠出(即突出)。毛邊可以被引入到隔板的反應(yīng)區(qū)域而阻塞隔板的流場(chǎng)，并且在長(zhǎng)時(shí)間的操作后可能與襯墊分離而切斷反應(yīng)氣體和冷卻劑的供應(yīng)。因此，常規(guī)方法需要整理工序以去除毛邊。然而，根據(jù)本發(fā)明，由于隔板20的邊緣涂覆有絲網(wǎng)粘合劑22，注射模具40的壓緊力被涂覆在隔板20的邊緣上的絲網(wǎng)粘合劑22吸收，從而防止了毛邊的形成。接著，將襯墊材料注入到注射模具40的腔體，使得通過注射模具40的壓力使襯墊 18整體地成型在隔板20的表面上。隨后移開注射模具40以產(chǎn)生最終產(chǎn)品。參考圖2，其示出了根據(jù)本發(fā)明的以這種方式形成的具有襯墊的燃料電池隔板的結(jié)構(gòu)，襯墊18被整體地成型在隔板20的表面上，并且同時(shí)，絲網(wǎng)粘合劑22被涂覆到隔板20 的邊緣上使得在隔板20的邊緣的金屬表面不會(huì)被暴露到外界。因此，即使在燃料電池組的操作過程中，隔板20的邊緣被暴露到腐蝕環(huán)境，隔板 20的邊緣也覆蓋有絲網(wǎng)粘合劑22，即與燃料電池組中的腐蝕環(huán)境物理隔離，因此，可以防止隔板20邊緣的腐蝕。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的具有襯墊的燃料電池隔板及其制造的方法提供了以下的效果。
根據(jù)本發(fā)明，例如通過絲網(wǎng)印刷法，將粘合劑(例如橡膠或樹脂粘合劑)涂覆在隔板的要注射成形襯墊的表面上，并且進(jìn)一步涂覆在隔板的邊緣的表面上。接著，進(jìn)行將襯墊整體地成型到隔板上的工序，使得在注射成型工藝后隔板的邊緣不被暴露到外面，而是覆蓋有樹脂粘合劑。這樣，即使當(dāng)隔板暴露于燃料電池組中的腐蝕環(huán)境，也能夠防止隔板的腐蝕。已經(jīng)參考優(yōu)選的實(shí)施方式詳細(xì)地描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到， 在不偏離所附權(quán)利要求所公開的本發(fā)明的范圍和思想的情況下可以作出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池隔板，在所述隔板上整體地成型有襯墊，所述隔板包括涂覆在所述隔板的將注射成型所述襯墊的表面上和涂覆在所述隔板的邊緣的表面上的粘合劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔板，其中，所述粘合劑被涂覆在所述隔板的邊緣的上表面和下表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔板，其中，所述粘合劑被涂覆在所述隔板的邊緣的上表面和下表面以及側(cè)面上。
4.一種用于制造燃料電池隔板的方法，所述方法包括將粘合劑涂覆在隔板的將注射成型襯墊的表面上和所述隔板的邊緣的表面上；將所述隔板設(shè)置在注射模具內(nèi)，并且當(dāng)通過施加壓力使所述注射模具夾持所述隔板的邊緣時(shí)，允許涂覆在所述隔板的邊緣上的粘合劑吸收所述注射模具的壓緊力；以及將襯墊材料注入到所述注射模具的腔體內(nèi)以形成襯墊，使得所述襯墊整體地成型在所述隔板的表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述粘合劑是與所述襯墊材料相同的材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述粘合劑材料與所述襯墊材料選自氟橡膠，聚合物樹脂或者液態(tài)硅樹脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，以約10至100μ m的厚度涂覆所述粘合劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔板，其中，所述粘合劑是絲網(wǎng)粘合劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，涂覆粘合劑的步驟包括絲網(wǎng)印刷所述粘合劑。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有襯墊的燃料電池隔板及其制造方法，其能夠防止隔板的腐蝕并且提高隔板的抗腐蝕性。具體地，本發(fā)明提供了一種具有襯墊的燃料電池隔板及其制造方法，其中，優(yōu)選通過絲網(wǎng)印刷將粘合劑涂覆在隔板的整個(gè)或一部分表面上。隨后進(jìn)行將襯墊整體地成型在隔板上的工序，使得在注射成型工藝后隔板的邊緣不被暴露在外面，而被覆蓋有樹脂粘合劑。因此，本發(fā)明防止了隔板的腐蝕，提高了隔板的抗腐蝕性，并且防止在成型注射工序中毛邊的形成。
文檔編號(hào)H01M2/14GK102437346SQ201110027619
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者梁酉彰, 白碩玟, 許誠(chéng)日, 金世勛, 陣相文 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社, 起亞自動(dòng)車株式會(huì)社