【技术实现步骤摘要】
本公开涉及可操作用于将诸如氢的气态反应物转化为电力的电化学燃料电池系统。更具体地，本公开的方面涉及燃料电池系统的内部密封。
技术介绍
1、先进的混合电动和全电动交通工具可以采用燃料电池系统来产生适用于操作一个或多个电力牵引马达的电流。如本领域中所理解的，氢(h2)燃料电池是由接收气态h2的供应的负电极/阳极、接收作为氧化剂的环境空气的正电极/阴极以及插置在阳极和阴极之间的电解质屏障构成的电化学装置。诱发的电化学反应在阳极侧将h2分子氧化。h2气体被催化分裂以生成自由电子和质子。自由质子穿过电解质屏障到达燃料电池的阴极侧，并与氧(o2)分子反应。水蒸汽和热形成这个反应的惰性副产物。来自阳极的自由电子然后被导向到连接的负载，例如上述(多个)电力牵引马达和附件。
2、用于汽车和其它高电流应用的燃料电池叠堆通常利用固体聚合物电解质膜(pem)。pem提供前述阳极和阴极之间的离子传输。阳极的催化层、阴极的催化层和电解质膜的组合限定膜电极组件(mea)。mea设置在气体扩散层(gdl)之间。gdl又设置在双极板(bpp)之间以形成燃料电池。多个燃料电池组装成燃料电池叠堆，以产生用于为给定应用供电的必要的电流和电压。bpp共同限定用于通过叠堆分配h2和o2反应物气体的迂回流动通道。弹性密封件或其它类型的密封件(例如，金属珠缘密封件)设置在mea的边缘、bpp的表面和叠堆的端板单元周围，以确保反应物和冷却剂流的有效分离，同时还防止各种气体的泄漏和混杂。
技术实现思路
1、本文中公开了一
2、本文中设想的多层密封件包括多个密封层，并且因此适用于在例如酸性或腐蚀性操作环境的严苛应用条件下与fcs一起使用。在一些实施方式中，多层密封件可用来密封非重复硬件(nrhw)部件(例如，燃料电池叠堆的端部单元)或者用来密封重复硬件(诸如双极板(bpp))。尽管相邻的密封层可以由相同的材料构造成，但是在其它实施例中使用不同的材料来提供如下所述的附加益处。用于施加各种密封层的伴随工艺同样可以是相同的或不同的，例如，一个层可以通过现场成型垫圈(fipg)工艺施加，而其它层可以使用室温硫化(rtv)密封剂工艺或分配工艺施加。除了其它可能的实施方式之外，每个密封层可以使用丝网印刷或分配工艺来施加，例如以用于上述bpp密封件。
3、在密封层之间，构造的层到层界面可以是强结合或弱结合，或者可以在层之间形成间隙以避免相邻层之间的干涉。每个层的几何形状、形状和/或厚度可以根据应用而变化，其中多层密封件的各种可能构造在下面详细地公开。
4、特别地，本文中公开了一种包括一对端板单元的燃料电池叠堆。每个端板单元具有金属板、电介质板以及由电介质板和金属板的边缘限定的周边凹槽。燃料电池叠堆还包括：气体入口和冷却剂入口，其被配置成分别将反应物气体和冷却剂接收到燃料电池叠堆中；多个燃料电池，其各自具有一对双极板；以及多层密封件，其在燃料电池叠堆内设置在端板单元或双极板上。多层密封件包括第一和第二层。在该实施例中，第一层由第一材料构造成，该第一材料对反应物气体和冷却剂有效地不可渗透。第二层又由比第一材料更耐腐蚀的第二材料构造成。
5、多层密封件设置在端板单元中的每一个的金属板和电介质板之间。在一个或多个实施方式中，第二层与电介质板的结合强度和最大拉伸伸长率高于第一材料与电介质板的结合强度和最大拉伸伸长率。
6、多层密封件可以包括设置在第一层和第三层之间的任选第三层。第三层可以由不同于第一和第二材料的第三材料构造成。第三材料可以包括空气，使得第三层包括在该特定的非重复硬件实施例中限定在第一层和第二层之间的气隙。根据本公开的方面的第三材料可以具有与第一材料或第二材料或两者的低结合强度。本文中设想的低结合强度足以减少第一层和第二层之间的化学和结合干扰。
7、在一个或多个实施例中，双极板可以包括珠缘接头。在这样的构造中，多层密封件可以包括设置在珠缘接头的表面上的薄层密封件。
8、多层密封件的第一材料可以任选地包括泡沫氟化碳基合成橡胶(fkm)。第二层可以作为固体fkm施加到珠缘接头的表面。
9、本文中还公开了一种燃料电池系统(fcs)。fcs的示例包括包含反应物气体的反应物供应罐、与反应物供应罐流体连通并配置成接收冷却剂和反应物气体的燃料电池叠堆以及负载。负载被配置成由来自燃料电池叠堆的电流驱动。燃料电池叠堆包括：一对端板单元，其各自具有金属板、电介质板和由电介质板和金属板限定的周边凹槽；冷却剂入口和气体入口，其被配置成分别将冷却剂和反应物气体接收到燃料电池叠堆中。该叠堆还包括多个燃料电池，多个燃料电池中的每个相应的燃料电池包括双极板。多层密封件设置在燃料电池叠堆内，包括由对反应物气体和冷却剂有效地不可渗透的第一材料构造成的第一层以及由比第一材料更耐腐蚀的第二材料构造成的第二层。
10、一种用于密封具有设置在端板单元之间的多个燃料电池的燃料电池叠堆的方法包括将第一材料作为第一层施加到燃料电池的端板单元或双极板。第一层对燃料电池叠堆中使用的反应物气体和特定冷却剂(例如，水)具有低渗透性。该方法还包括将第二材料作为第二层施加到端板单元或双极板，从而形成多层密封件，其中第二材料比第一材料更耐腐蚀。该方法还包括固化第一层和第二层，从而形成多层密封件。
11、在一个或多个可能的实施方式中，该方法包括在第一和第二层之间施加第三材料作为第三层。在这种方法中，第三材料不同于第一和第二材料，并且与该第一和第二材料具有低结合强度。低结合强度足以减少第一和第二层之间的化学和结合干扰。
12、施加第一材料可以任选地包括使用现场成型垫圈工艺，而施加第二材料可以包括使用手动分配工艺。
13、本专利技术提供下列技术方案。
14、技术方案1.一种燃料电池叠堆，包括：
15、一对端板单元，其各自具有金属板、电介质板以及由所述电介质板和所述金属板限定的周边凹槽；
16、冷却剂入口和气体入口，分别被配置成将冷却剂和反应物气体接收到所述燃料电池叠堆中；
17、多个燃料电池，其中，所述多个燃料电池中的每个相应的燃料电池包括一对双极板；和
18、多层密封件，其在所述燃料电池叠堆内设置在所述端板单元或所述双极板上，所述多层密封件包括：
19、第一层，其由第一材料构造成，所述第一材料对于所述反应物气体和所述冷却剂基本上不可渗透；和
20、第二层，其由比所述第一材料更耐腐蚀的第二材料构造成。
21、技术方案2.根据技术方案1所述的燃料电池叠堆，其中，所述多层密封件设置在所述端板单元中的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种燃料电池叠堆，包括：
2.根据权利要求1所述的燃料电池叠堆，其中，所述多层密封件设置在所述端板单元中的每一个的所述金属板和所述电介质板之间。
3.根据权利要求2所述的燃料电池叠堆，其中，所述第二层对所述电介质板的结合强度和最大拉伸伸长率高于所述第一材料对所述电介质板的结合强度和最大拉伸伸长率。
4.根据权利要求1所述的燃料电池叠堆，其中，所述多层密封件包括设置在所述第一层和所述第三层之间的第三层，所述第三层由不同于所述第一材料和所述第二材料的第三材料构造成。
5.根据权利要求4所述的燃料电池叠堆，其中，所述第三材料是空气，使得所述第三层包括限定在所述第一层和所述第二层之间的气隙。
6.根据权利要求4所述的燃料电池叠堆，其中，所述第三材料具有与所述第一材料和所述第二材料的低结合强度，所述低结合强度足以减少所述第一层和所述第二层之间的化学和结合干扰。
7.根据权利要求1所述的燃料电池叠堆，其中，所述双极板各自包括金属珠缘接头，并且其中，多层密封件包括设置在所述金属珠缘接头的表面上的薄层密封件。
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