电化学活性单元的制造方法及其结构组件的载体元件技术

本发明专利技术涉及用于制造电化学活性单元的方法，该电化学活化单元包括膜和至少一个结构组件，结构组件包括气体扩散层和在该气体扩散层上产生的密封元件，为了使该方法能以较少耗费在流程设备和流程时间方面流程可靠地执行，提出的是，该方法包括以下：在气体扩散层上产生密封元件；将密封元件和/或气体扩散层与载体元件连接起来；将膜和至少一个包括气体扩散层和密封元件的结构组件组装，以形成电化学活性单元。单元。单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学活性单元的制造方法及其结构组件的载体元件


[0001]本专利技术涉及用于制造电化学活性单元的方法，该电化学活性单元包括膜和至少一个结构组件，该结构组件包括气体扩散层和在气体扩散层上产生的密封元件。

技术介绍

[0002]这样的结构组件被称为气体扩散层-密封元件-单元。
[0003]包括膜和至少一个这样的结构组件的电化学活化单元可以分别与双极板一起形成电化学设备的电化学单元，该电化学设备例如被构造为燃料电池设备或电解器。
[0004]电化学设备优选包括多个在堆叠方向上叠置布置的电化学单元以及优选两个端板，在端板之间布置有电化学单元的堆垛，并且能借助夹持设备将电化学单元的堆垛彼此夹紧，以便向布置在端板之间的电化学单元和尤其是其密封元件加载沿堆叠方向指向的压紧力。
[0005]在燃料电池设备和电解器中，在电化学单元的不同的平面中并且根据设计而定地也在同一平面的不同的区域中引导有不同的介质。这些介质尤其可以是阳极性的流体(燃料气体)、阴极性的流体(氧化剂)并且必要时也可以是流体的冷却剂。
[0006]要输送给电化学设备的介质(阴极性的流体、阳极性的流体、冷却剂)借助沿电化学设备的堆叠方向延伸的具有介质输送通道和介质排出通道的介质分配结构(也被称为“歧管”)输送给电化学设备的不同的平面，或者从电化学设备的不同的平面排出，并且必须分别从介质输送通道输送给电化学单元中的相关的介质的流场(Flow Field)，并且再次从流场排出到介质排出通道中。在此，介质输送通道和介质排出通道以及流场都必须被密封，以便防止泄漏到电化学设备的外部空间中以及防止泄漏到被不同介质流过的空间之间。
[0007]引导通过电化学设备的介质既不能彼此混合，也不能从电化学单元中溢出，因此在多个平面中需要密封件。
[0008]这些密封件例如可以基于弹性体材料实现。
[0009]在具有金属双极板的电化学单元中，密封件可以完全或部分地通过在双极板中的卷边或通过基于弹性体材料的密封件来实现。
[0010]双极板(也被称为隔离器或互联器)可以一件式地构成或包括至少两个单个层(双极板层)。
[0011]多层的双极板的双极板层可以通过诸如焊接或粘合的拼接方法彼此连接。
[0012]密封件可以作为单独的部件嵌入到电化学单元的堆垛中，或者定固在双极板上或电化学单元的其他的组成部分上，例如定固在气体扩散层上。
[0013]当密封元件直接接合到气体扩散层上时，在密封件与气体扩散层之间提供平滑过渡部。
[0014]被挤压在两个分别由气体扩散层和密封元件构成的结构组件之间的膜不承受过度的应力峰值。
[0015]与利用边缘加强布置实现的密封解决方案相比，具有分别由气体扩散层和密封元
件构成的结构组件的单格结构可以非常紧凑地构建，这是因为不必为边缘加强配置与膜-电极-配置之间的搭接部设置附加的空间。
[0016]密封元件与气体扩散层的接合例如可以在注塑成型流程中进行。在此，将气体扩散层嵌入到(优选多件式的)注塑成型模具中，并在气体扩散层外周边上用密封材料或注塑成型材料注塑包封。
[0017]在此，在气体扩散层与密封元件之间的过渡部上形成了渗透区域，在该渗透区域中注塑成型材料渗透了多孔的气体扩散层的一部分。
[0018]该渗透区域在气体扩散层与密封元件之间提供了材料锁合的(stoffschl
ü
ssig)和/或形状锁合的(formschl
ü
ssig)连接，从而在后续的装配步骤期间并且在电化学设备运行期间，使得气体扩散层和密封元件在机械上足够良好地彼此连接。
[0019]在渗透区域中，气体扩散层的孔被充满了注塑成型材料，该注塑成型材料在固化后形成密封材料，从而使得在该区域中让阴极性的流体或阳极性的流体运输到电化学单元的电化学活化的区域变得更加困难。因此，渗透区域应包括气体扩散层的尽可能小部分，但是在此应足够大到确保气体扩散层与密封元件之间的稳定的机械接合。
[0020]为了在气体扩散层侧上限制渗透区域，在注塑成型模具中局部地借助下压边缘挤压气体扩散层，该气体扩散层在其(平行于电化学设备的堆叠方向)厚度方向上能机械压缩。由此，使得气体扩散层的孔中的毛细压力局部升高，并且使得气体扩散层被注塑成型材料的渗透在垂直于厚度方向(z方向)的x和y方向上受到限制。
[0021]下压边缘必须以最小压力挤压气体扩散层，以便限制气体扩散层被注塑成型材料的渗透。但是，气体扩散层通过下压边缘进行的局部挤压不能太高，这是因为气体扩散层可能在过度挤压时例如由于纤维断裂而损坏。
[0022]气体扩散层被注塑成型材料渗透的限度与注塑成型物在注塑成型模具中的局部的、施加在气体扩散层的各自的区域中的压力有关。此外，气体扩散层被注塑成型材料的渗透的程度与注塑成型材料的粘度、注塑成型模具的温度(该温度影响注塑成型材料的粘度)以及气体扩散层在下压边缘的区域和气体扩散层的剩余区域中的特性有关，尤其是与孔隙率、曲折度(也就是说气体扩散层内部的运输路径的弯度)、毛细压力和疏水性有关。
[0023]当在注塑成型流程或类似方法中将密封元件接合到气体扩散层上时，注塑成型材料在一个注入点或多个注入点上引入到注塑成型模具的型腔中，并且然后沿流路在构成流动前锋的情况下在型腔中扩散。
[0024]密封元件优选在注塑成型模具中在通常高于100℃且低于200℃的温度下在各自的气体扩散层上产生。
[0025]在注塑成型过程和用于使所述注入的密封材料、尤其是弹性体材料交联的加热时间之后，打开注塑成型模具，并从注塑成型模具取出由气体扩散层和压注在气体扩散层的外边缘上的密封元件构成的结构组件。
[0026]在所公知的用于制造包括膜和至少一个形式为气体扩散层-密封元件-单元的结构组件的电化学活性单元的方法中，气体扩散层-密封元件-单元在单件流程中被制成并被进一步处理。
[0027]在此出现以下缺点：
[0028]-当在注塑成型模具中制造气体扩散层-密封元件-单元时，在一方面是密封元件
的密封材料与另一方面是注塑成型模具型腔的边界壁之间可能出现较强的粘附。于是，在不损坏密封元件的情况下对密封元件的脱模需要更大的耗费(例如注塑成型模具的用于减少粘附的涂覆部、抓取器系统或推料器系统)，尤其是气体扩散层和密封元件可能非常容易损坏。
[0029]-由于该结构组件的机械不稳定性使得对气体扩散层-密封元件-单元的操作需要更高的耗费。尤其地，密封元件的外部区域非常不稳定，由此使得无法确保将结构组件在形状和位置方面能复现地放置在流程设备中。
[0030]-气体扩散层-密封元件-单元可能无法在形状和位置能复现地放置在用于单件流程中进行处理的载体系统中。因此，在必须精确确定结构组件的位置的每个流程中，都附加地需要对结构组件进行耗费的测定或测量。
[0031]-对气体扩散层-密封元件-单元的测定由于该结构组件不能复现的放置定位而变得困难。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于制造电化学活性单元(142)的方法，所述电化学活性单元包括膜(144)和至少一个结构组件(113)，所述结构组件包括气体扩散层(116)和在所述气体扩散层(116)上产生的密封元件(118)，其中，所述方法包括以下：-在所述气体扩散层(116)上产生所述密封元件(118)；-将所述密封元件(118)和/或所述气体扩散层(116)与载体元件(100)连接起来；-将所述膜(144)和至少一个包括所述气体扩散层(116)和所述密封元件(118)的结构组件(113)组装，以形成所述电化学活性单元(142)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在产生所述密封元件(118)之前，将所述气体扩散层(116)与所述载体元件(100)连接起来。3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，在产生所述密封元件时，将所述密封元件(118)与所述载体元件(100)连接起来。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述密封元件(118)通过注塑成型过程、丝网印刷过程或分配器施加过程产生。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述密封元件(118)沿其整个周边与所述载体元件(100)接触。6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述密封元件(118)在沿着所述密封元件(118)的周边方向(164)的方向上彼此间隔开的多个接触区域(162)处与所述载体元件(100)接触。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述载体元件(100)包括薄膜(112)和/或带(102)。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，将仅一个密封元件(118)与所述载体元件(100)连接起来。9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，将多个密封元件(118)和/或多个气体扩散层(116)与同一载体元件(100)连接起来。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，将所述载体元件(100)连同布置在所述载体元件上的至少一个密封元件(118)和/或布置在其上的至少一个气体扩散层(116)一起卷绕。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述载体元件(100)的相继的缠绕体层之间引入至少一个中间元件(126)。12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，给布置在所述载体元件(100...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得，
申请(专利权)人：爱尔铃克铃尔股份公司，
类型：发明
国别省市：