層疊式燃料電池組件制造技術

本發明專利技術涉及一種用于裝配層疊式燃料電池的方法與裝置,其中包括一個或多個沖頭的裝配頭用來從片材料分割出部分且用來將該部分轉移至用于層疊的電極板。所公開的實施例包括一種裝配層疊式燃料電池的方法,該方法包括下列步驟：將第一片材料（202b）提供至第一沖模（205）；將裝配頭（204）移位至鄰近該第一沖模的第一位置，該裝配頭包括第一沖頭（501），該第一沖頭（501）具有配置為與第一沖模嚙合的表面（507）；使該第一沖頭與該第一沖模嚙合以從該第一片材料分割出一部分；將該第一片部分附著至該第一沖頭的表面；將該裝配頭連同該第一片材料部分移位至包括電極板（701）的裝配站（203）；以及將該第一片材料部分施加至該電極板的表面。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種用于裝配層疊式燃料電池的方法與裝置，其中包括一個或多個沖頭(punch)的裝配頭是用來從片材料切割出部分并用來將該部分轉移至用于層疊的電極板。
技術介紹
典型地借由將許多單獨的電池層疊在一起來裝配基于質子交換膜技術的燃料電池。每個電池均包括膜電極組件(MEA)，且在該MEA的兩側具有相關的陽極和陰極板。使用墊片以確保在該MEA周圍的流體緊密密封。圖I中示出傳統燃料電池10的典型布局，其中，為清楚起見，以分解形式說明不同 的層。固態高分子離子轉移膜11夾設于陽極12和陰極13之間。典型地，陽極12和陰極13皆由諸如多孔碳之類的導電的多孔材料形成，其中，鉬和/或其他貴金屬催化劑的小顆粒被鍵合(bond)至該材料。陽極12和陰極13通常與膜11的各相鄰表面直接鍵合。通常將這種組合合起來稱為膜電極組件。陽極流體流場板14和陰極流體流場板15將高分子膜11和多孔電極層12、13夾設于其中。中間背襯層12a、13a也稱為擴散層或氣體擴散層，也可用于陽極流體流場板14和陽極12之間，且類似地可用于陰極流體流場板15和陰極13之間。背襯層12a、13a是多孔的，以允許氣體擴散至陽極和陰極表面以及允許來自陽極和陰極表面的氣體擴散，而且協助管理電池中的水汽及液態水。流體流場板或電極板14、15皆由導電的非多孔材料形成，其中可借此形成分別至陽極電極12或陰極電極13的電性接觸。同時，流體流場板促進流體燃料、氧化劑和/或反應產物輸送至多孔電極12、13和/或從多孔電極12、13排出。這通常是借由在流體流場板表面形成流體流通路(例如在朝向多孔電極12、13的表面中的凹槽或通道16)來達到的。電極板14、15是相互電絕緣的，而且通過使用置于流體流板與高分子膜11之間的流場區域周圍的墊片來使得跨越板14、15的流場保持液密(fluid tight)。為了允許產生有用的功率量，需要將如圖I所示的單獨的電池組件為較大的電池堆。這可以通過在平面堆中將多個電池層疊、形成交錯的陽極和陰極板連結而完成。以串聯方式連結單獨的電池允許該堆產生較高的電壓，而以并聯方式連結電池或電池組允許產生較高的電流。可以使用多個堆來產生例如氫供電車輛的電源單元中用到的電力。需裝配大量的電池以形成每個單獨的堆。因此，制造這樣的堆需要許多單獨的步驟，每個步驟均需要準確定位組成每個電池的各種層。任何的不對準都可能例如由于電短路或通過來自燃料或氧化劑路徑的泄露而造成整個堆的故障。因此，對于燃料電池技術應用至量產而言，重要的是裝配堆的制造工藝快速、準確而且可靠。關于這些燃料電池堆裝配的特殊問題涉及到諸如墊片之類的部件的準確定位與對準，這類部件本質上是彈性的，因此相對于諸如金屬流體流場板之類的彈性較小的部件來說對準更加困難，尤其是當需要亞毫米級(sub-mi 11 imetre )位置精度時。墊片可以以附著性墊片材料的沖模(die)切割片的形式提供，在放置于諸如流體流場板或MEA的基材上之前，需要將墊片與背襯紙分離。很難在沒有對準工具的輔助下手工完成對這種附著性材料的準確定位，而且這是高度勞力密集型工作。使用針對燃料電池組件彈性部件的預切片(pre-cut sheet)也有問題，因為該片可能在處理和裝配過 程中被移動或扭曲。使用例如具有附著層(例如墊片)的背襯紙將傾向于減少扭曲，但是可能不足以維持這種墊片的可重復亞毫米級定位精度。進一步的問題是如何以盡可能少的操作來裝配層疊式燃料電池以加速整體工藝并減少可能受定位公差(positioning tolerance)約束的變量數目。更一般性的進一步問題是如何加速裝配層疊式燃料電池的整體工藝而不犧牲精度或可重復性。
技術實現思路
本專利技術的目的是解決上述提及的多個問題中的一個或多個。根據本專利技術的第一方案，提供了一種裝配層疊式燃料電池的方法，該方法包括步驟如下將第一片材料提供至第一沖模；將裝配頭移位至鄰近該第一沖模的第一位置，該裝配頭包括第一沖頭，該第一沖頭具有配置為與該第一沖模嚙合的表面；使該第一沖頭與該第一沖模嚙合以從該第一片材料分割出一部分；將第一片部分附著至該第一沖頭的該表面；將該裝配頭連同該第一片材料部分移位至包括電極板的裝配站；以及將該第一片材料部分施加至該電極板的表面。本專利技術的優點在于，切割片材料與將切割材料轉移至用于層疊的電極板的工藝可以作為單個工藝的一部分并且使用單個裝配頭來實施。這克服了前述關于在預切片材料的處理和裝配過程中的移動和扭曲的問題。本專利技術的進一步優點包括直接與間接裝配成本降低，這是因為在相同的整體工藝中實施沖切與層疊操作。通過施加至位于沖頭表面中多個開口的真空可以將片部分附著至該沖頭表面。使用用來將片部分緊附至沖頭的真空系統允許片材料在移位至裝配站的過程中被牢固地緊附至裝配頭，在層疊至電極板之后該片材料將被釋放。該裝配頭可以包括第二沖頭，該第二沖頭具有配置為與第二沖模嚙合的表面，該方法包括將第二片材料提供至該第二沖模；將該裝配頭移位至鄰近該第二沖模的第二位置；使該第二沖頭與該第二沖模嚙合以從該第二片材料分割出一部分；將該裝配頭連同該第二片材料部分移位至裝配站；以及將該第二片材料部分施加至該電極板的該表面。在該裝配頭上具有多于一個的沖頭使該裝置執行的操作數目減少，這加快了工藝。如同第一片材料部分，通過施加至位于該第二沖頭表面中多個開口的真空來將該第二片部分附著至該第二沖頭的該表面。在該第一片材料部分和第二片材料部分這二者附著至該第一沖頭和第二沖頭各表面的情況下將該裝配頭從該第二位置移位至該裝配站，并且，其中在單個操作中將該第一片材料部分和第二片材料部分施加至該電極板的該表面上。由于這是受到該第一沖頭和第二沖頭的定位公差而非該裝配頭相對于該裝配站的定位公差的影響，因此這改善了第一和第二片材料的相對定位公差。在較佳的實施例中，該第二沖頭的該表面的外周邊完全地位于該第一沖頭的該表面的內周邊之內。當該第一片材料包括附著性墊片材料并且該第二片材料包括多孔氣體擴散層材料時這尤其相關，因為該墊片材料需要在該層疊式燃料電池中環繞該氣體擴散層材料。這允許這兩種片部件同時被攜帶在該裝配頭上，這就從該裝配工藝中去掉了一次移位。 通過線性片饋送線將該第一片材料從第一片材料帶提供至該第一沖模。可從卷筒提供該條片材料。因為片材料的切割是在裝配裝置上實施的，因此除了與裝配工藝相容的指定寬度和厚度之外無需以特別的形式提供該片材料。可以通過包括一系列相連電極板的線性片饋送線將該電極板提供至該裝配站。可以以具有已經置于適當位置的任何所需表面流動通道的預切形式提供該電極板(可以為陽極板)。在將該第一片材料部分施加至該電極板的該表面的操作之后，該一系列相連電極板從該裝配站被牽弓I至第二裝配站。之后，該第二裝配站可以用于執行其他操作，諸如進一步的電極板(例如陰極板)的施加，同時向該第一裝配站提供了新的電極板，以將進一步的片材料施加至該新的電極板。因此，在該第二裝配站實施的操作可與在該第一裝配站實施的后續操作并行進行，因而使工藝更進一步加快。其中，該裝配頭為第一裝配頭，該方法可以進一步包括將第三片材料提供至第三沖模；將第二裝配頭移位至鄰近第三沖模的第三位置，該第二裝配頭包括第一沖頭，該第一沖頭具有配置為與該第三沖模嚙合的表本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：彼得·戴維·胡德，
申請(專利權)人：智慧能量有限公司，
類型：
國別省市：