專利名稱：制造燃料電池的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造燃料電池的方法。而且，本發(fā)明涉及根據(jù)該方法 制造的燃料電池。此外，本發(fā)明還涉及例如以堆疊的構(gòu)造彼此聯(lián)接在 一起的這種電池的構(gòu)造。另外，本發(fā)明還涉及可操作以實(shí)施該方法的 設(shè)備。
背景技術(shù)：
燃料電池是可操作以接收易于被氧化的燃料反應(yīng)物以及氧化劑反 應(yīng)物，并使用氧化反應(yīng)物氧化燃料反應(yīng)物以直接產(chǎn)生可用電力的裝置； 燃料反應(yīng)物例如是碳?xì)浠衔锖?或氫。而且，燃料電池引人注目之處 在于例如與包括易于磨損和產(chǎn)生噪音的旋轉(zhuǎn)部件和/或往復(fù)部件的同時(shí) 代內(nèi)燃機(jī)相比，它沒有復(fù)雜的移動(dòng)部件。此外，燃料電池潛在地能夠 被構(gòu)造以提供用于運(yùn)行傳輸系統(tǒng)、應(yīng)急電源等的充足電力。
總體概括，在現(xiàn)代將幾個(gè)燃料電池以各種構(gòu)造連接到一起以提供 燃料電池組，該燃料電池組可操作以提供例如IO伏的高輸出電位。在 圖1中總體使用10表示燃料電池的示意性示例。燃料電池IO包括電 解質(zhì)20。電解質(zhì)20設(shè)置有至少一個(gè)陽(yáng)電極30和至少一個(gè)陰電極40， 使得該至少一個(gè)陽(yáng)電極30與至少一個(gè)陰電極40在空間隔離和電隔離。 可選地，電解質(zhì)20實(shí)施為具有第一主表面50和第二主表面60的基本 上平坦的面板；然而，電解質(zhì)20的可替代實(shí)施方式是可行的。可選地， 一個(gè)或多個(gè)冷卻單元70與電解質(zhì)20相對(duì)緊密接近地包括在燃料電池 10中，并可操作以在使用中維持燃料電池IO處于最佳溫度； 一個(gè)或多 個(gè)冷卻單元70有利地設(shè)置有流體冷卻劑，該流體冷卻劑流經(jīng)冷卻單元 70以用于將熱能從冷卻單元帶走；這種流體可以是液體或氣體。然而， 在燃料電池技術(shù)的背景中，術(shù)語(yǔ)"流體"通常用于指定液體。當(dāng)燃料電池10處于運(yùn)行中時(shí)，第一反應(yīng)物80被引導(dǎo)以流動(dòng)到至
少一個(gè)陽(yáng)電極30的活性區(qū)域上；而且，第二反應(yīng)物90被引導(dǎo)以流動(dòng) 到至少一個(gè)陰電極40的活性區(qū)域上。在電解質(zhì)20的附近的第一反應(yīng) 物80和第二反應(yīng)物90之間發(fā)生的第一反應(yīng)物80被氧化而第二反應(yīng)物 卯被還原的氧化反應(yīng)可操作以產(chǎn)生正電荷和負(fù)電荷。正電荷和負(fù)電荷 具有彼此不同的穿過(guò)電解質(zhì)20的擴(kuò)散速率，從而使得在至少一個(gè)陽(yáng)電 極30和至少一個(gè)陰電極40之間要產(chǎn)生電位差V。理想地，當(dāng)燃料電 池IO實(shí)施為PEM型燃料電池時(shí)，僅質(zhì)子穿過(guò)電解質(zhì)傳輸；"PEM"是 質(zhì)子交換膜的縮寫。然后，在這種PEM型燃料電池中，與質(zhì)子互補(bǔ)的 電子可用于在外電路中流動(dòng)。
電位差V使外電流I能夠由在運(yùn)行中連接在至少一個(gè)陽(yáng)電極30和 至少一個(gè)陰電極40之間的負(fù)載L獲得。例如由于增加的電荷阻力和/ 或離子傳輸通過(guò)阻力，使得電解質(zhì)20在使用期間易于變得效用減小， 并且電極30、 40的區(qū)域易于變得逐漸缺乏活性。而且，燃料電池10 易于在例如8(TC至20(TC范圍內(nèi)的高溫度下運(yùn)行，由于其密封件的老 化和其構(gòu)成部件的腐蝕，這加速了燃料電池10的退化。在運(yùn)行期間燃 料電池性能的這種退化表示在給定使用時(shí)段之后燃料電池需要更換或 修復(fù)，這就需要與從氧化過(guò)程產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)力和/或電動(dòng)力的可替代方法 相比燃料電池制造成本有足夠競(jìng)爭(zhēng)性的?？商娲椒òɡ鐑?nèi)燃機(jī)； 可選地，內(nèi)燃機(jī)機(jī)械地聯(lián)接至用于發(fā)電的發(fā)電機(jī)。
因此，在燃料電池產(chǎn)生電力的有效性完全削弱之前，燃料電池具 有的運(yùn)行壽命有限。鑒于這種有限的運(yùn)行壽命，所期望的是盡可能高 效率且經(jīng)濟(jì)地制造這種燃料電池，使得它們能夠提供一種與能夠從例 如碳?xì)浠衔锖?或氫氧化的燃料氧化產(chǎn)生可用動(dòng)力的其它裝置相比在 商業(yè)上有競(jìng)爭(zhēng)性的解決方案。
從公布的PCT專利申請(qǐng)no.W02004/027910已知通過(guò)將構(gòu)成部件堆疊在一起來(lái)制造燃料電池。部件被設(shè)計(jì)為使得當(dāng)組裝到一起時(shí)，它 們協(xié)作以提供通道。在操作中通過(guò)該通道引導(dǎo)反應(yīng)物的流以經(jīng)過(guò)電極 的活性表面。而且，可選地，通過(guò)其它的通道將冷卻流體的流引導(dǎo)至 可操作以去除來(lái)自燃料電池的熱能的冷卻單元。部件實(shí)施為能夠在制 造期間被精確地處理并需要在制造上述燃料電池時(shí)被相互對(duì)齊和覆蓋 的平面部件。部件的這種處理是至少部分地串行組裝過(guò)程，該過(guò)程是 費(fèi)時(shí)的并因此代表制造的昂貴方式。而且，當(dāng)更多這種部件逐漸地組 裝到一起而形成堆疊構(gòu)造時(shí)，存在逐漸更多的用在堆疊構(gòu)造中的有效 投入。此外，隨著堆疊構(gòu)造包括更多部件，增加了部件中的一個(gè)或多 個(gè)被不正確地相互定位或部件中的至少一個(gè)是有缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。拆卸堆 疊構(gòu)造以替換在其中有缺陷的部件在商業(yè)上通常是令人討厭的，并因 此能夠產(chǎn)生昂貴的浪費(fèi)。
連續(xù)生產(chǎn)燃料電池的方法、以及可操作以實(shí)施這種方法的設(shè)備是
已知的。例如，在公布的美國(guó)專利申請(qǐng)no.US2004241525中，描述了
用于以巻良好形式自動(dòng)地制造多層燃料電池組件和子組件的工藝和設(shè) 備。該公布的美國(guó)專利聲稱，用于由幅材(web)或巻的形式中展開的 部件生產(chǎn)燃料電池的傳統(tǒng)組裝方法通常包括以批量操作切割若干個(gè)這 種幅材部件。然后，使用機(jī)械的和真空的工具來(lái)操縱幅材部件，以在 燃料電池制造期間相互定位幅材部件。
例如，在該公布的美國(guó)專利中描述的方法適于連續(xù)制造多層幅材， 所述幅材用于與一對(duì)流場(chǎng)板或襯墊層一起使用并位于一對(duì)流場(chǎng)板之間 或襯墊層之間。該方法包括第一步驟將包括結(jié)合材料的第一幅材切 割以在第一幅材中產(chǎn)生間隔開的第一窗口；第一窗口包括沿著第一窗 口的周邊設(shè)置的結(jié)合位置。類似地，該方法包括第二步驟將包括結(jié) 合材料的第二幅材切割以在第二幅材中產(chǎn)生間隔開的第二窗口；第二 窗口包括沿著第二窗口的周邊設(shè)置的結(jié)合位置。該方法的第三步驟涉 及提供包括燃料電池膜的膜幅材，所述燃料電池膜具有分別設(shè)置在膜 幅材的第一表面和第二表面上的活性區(qū)域。在該方法的第四步驟中，
17將第一結(jié)合材料幅材的第一表面層疊到膜幅材的第一表面，使得第一 膜幅材的第一活性區(qū)域定位在第一窗口內(nèi)。該方法包括第五步驟將 第二結(jié)合材料幅材的第一表面層疊到膜幅材的第二表面，使得膜幅材 的第二表面的活性區(qū)域定位在第二窗口內(nèi)。最后，該方法包括第六步 驟將從包括流體輸送層材料的第四幅材和第五幅材切割的流體輸送 層材料部分層疊到膜幅材的相應(yīng)第一表面和第二表面的活性區(qū)域，使 得每個(gè)流體輸送層部分接觸相應(yīng)的第一窗口和第二窗口的結(jié)合位置。 可選地，在該方法中實(shí)施的至少一些層疊工藝包括可旋轉(zhuǎn)層疊工藝。 而且，可選地，流體輸送層材料的第四幅材和第五幅材中的一個(gè)包括 陽(yáng)極催化劑，而流體輸送層材料幅材的第四幅材和第五幅材中的另一 個(gè)包括陰極催化劑。此外，該方法可選地采用在線模制工藝，其中在 燃料電池幅材進(jìn)行工藝處理期間、之前或之后模制流場(chǎng)板?？蛇x地， 結(jié)合材料是作為在無(wú)遮蔽的膜上的窗口圖案暴露的結(jié)合劑或粘合劑。 此外，使用該方法制造的燃料電池幅材易于由模制站進(jìn)一步進(jìn)行工藝 處理，以裝入一對(duì)燃料電池組件之間的燃料電池幅材的單個(gè)燃料電池 組件。進(jìn)一步，該方法可選地實(shí)施為采用模制站以將流場(chǎng)板模制成連 續(xù)幅材，該連續(xù)幅材具有活動(dòng)鉸鏈、載體帶、或設(shè)置在相鄰板之間的 其它諸如錐形孔的互鎖布置和插頭布置?？蛇x地，在這種模制中采用 的模制材料易于執(zhí)行流場(chǎng)板的集合管周圍的襯墊的功能。
在前述公布的美國(guó)專利中描述的方法已經(jīng)與特定的技術(shù)問(wèn)題相關(guān) 聯(lián)。第一個(gè)問(wèn)題是當(dāng)將第一預(yù)制幅材和第二預(yù)制幅材被結(jié)合到膜幅材 時(shí)，膜幅材易于被重壓。而且，由于引入了可能對(duì)制造產(chǎn)量有潛在限 制的特定模制操作，所以該方法不是用于燃料電池制造的完全連續(xù)的 工藝。而且，該方法基本上沒有反饋來(lái)應(yīng)對(duì)在制造多層幅材期間發(fā)生 的可能的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的制造燃料電池的方法，該方法能 夠減少制造成本并提高燃料電池的可靠性和性能。
18根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種如在所附權(quán)利要求1中所述的 制造燃料電池的方法。
提供一種基本上連續(xù)制造燃料電池的方法，所述燃料電池可操作 以從所述燃料電池中的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物的反應(yīng)產(chǎn)生電力，其中每個(gè) 燃料電池包括以堆疊的構(gòu)造組裝和/或?qū)盈B到一起的多個(gè)構(gòu)成部件，所 述方法包括以下步驟
(a) 提供用于制造燃料電池的材料和/或預(yù)制構(gòu)成部件的多個(gè)巻；
(b) 以基本上連續(xù)的方式，漸進(jìn)地組裝和/或?qū)盈B來(lái)自多個(gè)巻的材 料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件，以制造一連串的燃料電池或所述燃料電池的 部件；以及
(C)將測(cè)試程序應(yīng)用到所述一連串的燃料電池或所述燃料電池的 部件，以識(shí)別一個(gè)或多個(gè)功能良好的燃料電池或所述一個(gè)或多個(gè)功能 良好的燃料電池的部件；以及
(d)將一個(gè)或多個(gè)功能良好的燃料電池相互分離成單獨(dú)的燃料電 池、所述燃料電池的部件或這種燃料電池的群用于隨后使用。
本發(fā)明有利之處在于所述方法能夠減少制造成本并提高燃料電池 的可靠性和性能。
優(yōu)選地，在所述方法的步驟(b)中，組裝從為每個(gè)燃料電池提供結(jié) 構(gòu)剛度的大致中心層開始。
優(yōu)選地，在所述方法中，中心層是燃料電池中的每一個(gè)的大致剛 性結(jié)構(gòu)層，或是燃料電池中的每一個(gè)的中心腔。從燃料電池的中心層 或中心腔構(gòu)建所述燃料電池能夠產(chǎn)生的燃料電池更堅(jiān)固并且在使用期 間當(dāng)經(jīng)受其中發(fā)生的溫度和/或壓力差時(shí)更能夠維持其尺寸穩(wěn)定性，即 空間和機(jī)械穩(wěn)定性。因此，該方法考慮
(1)響應(yīng)于燃料電池內(nèi)的反應(yīng)物的反應(yīng)而發(fā)生的溫度梯度；(2) 與燃料電池的設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的熱導(dǎo)性；
(3) 根據(jù)在燃料電池內(nèi)采用的流場(chǎng)構(gòu)造而在燃料電池內(nèi)發(fā)生的壓 力梯度；
(4) 燃料電池外部的燃料和氧化劑供應(yīng)系統(tǒng)。
優(yōu)選地，所述方法的步驟(b)包括在材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件被組 裝和/或?qū)盈B以形成所述一連串的燃料電池之前和/或同時(shí)，將材料層和 /或預(yù)制構(gòu)成部件供應(yīng)到一個(gè)或多個(gè)預(yù)備工藝。當(dāng)實(shí)施所述方法時(shí)高效 地執(zhí)行所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)備工藝，使得能夠在巻中潛在地使用更多標(biāo) 準(zhǔn)的材料，例如能夠利用標(biāo)準(zhǔn)的片金屬帶或金屬幅材，所述片金屬帶 或金屬幅材隨后由一個(gè)或多個(gè)預(yù)備工藝采用以使其適于燃料電池制 造。
在所述方法中更優(yōu)選地， 一個(gè)或多個(gè)預(yù)備工藝包括以下工藝中的 一個(gè)或多個(gè)工藝
(e) 將襯墊或密封件結(jié)合或模制到一個(gè)或多個(gè)材料層和/或預(yù)制構(gòu) 成部件；
(f) 機(jī)械地加工一個(gè)或多個(gè)材料層和/或構(gòu)成部件以使所述材料層 和/或構(gòu)成部件成形和/或使所述材料層和/或構(gòu)成部件變平；
(g) 在一個(gè)或多個(gè)材料層和/或構(gòu)成部件中切割一個(gè)或多個(gè)孔口或
孔；
(h) 處理一個(gè)或多個(gè)層和/或構(gòu)成部件的切割邊緣，以使所述切割 邊緣鈍化而不被反應(yīng)物中的一個(gè)或多個(gè)腐蝕或不與反應(yīng)物中的一個(gè)或 多個(gè)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；
(i) 將涂層添加到一個(gè)或多個(gè)層和/或構(gòu)成部件，以激活和/或鈍化 所述層和/或構(gòu)成部件；
(D切割或以其它方式釋放一個(gè)或多個(gè)層和/或部件，以將所述層 和/或部件從所述層和/或部件的各自的巻釋放；
(k)研磨和/或拋光一個(gè)或多個(gè)材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件的表面； (1)電拋光一個(gè)或多個(gè)材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件，以提高所述材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件的腐蝕保護(hù)性和/或?yàn)樗霾牧蠈雍?或預(yù)制構(gòu) 成部件提供可操作以表現(xiàn)較低接觸電阻的平滑表面；
(m)清潔一個(gè)或多個(gè)材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件，以從材料層和/ 或預(yù)制構(gòu)成部件去除污物；以及
(n)將焊接操作應(yīng)用到一個(gè)或多個(gè)材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件。
可選地，焊接操作涉及用于將各種金屬板焊接到一起的激光焊接， 以減少對(duì)例如腈和/或硅樹脂密封襯墊的襯墊的需要。這種激光焊接易 于在燃料電池內(nèi)形成反應(yīng)物流場(chǎng)構(gòu)造，以提高其電力輸出能力和/或提 供減小的反應(yīng)物通過(guò)其的流阻。
優(yōu)選地，所述方法的步驟(c)包括至少一個(gè)測(cè)試操作，該測(cè)試操作 包括以下測(cè)試操作中的一個(gè)或多個(gè)
(o)通過(guò)在過(guò)量壓力下將流體施加到燃料電池以壓力測(cè)試燃料電 池并識(shí)別所述燃料電池中的任何泄漏的發(fā)生，來(lái)測(cè)試燃料電池；
(p)通過(guò)稱量燃料電池以確定所述燃料電池的重量是否在給定范
圍內(nèi)、或在給定的閾值重量之上和/或之下，來(lái)測(cè)試燃料電池；
(q)通過(guò)測(cè)量燃料電池的一個(gè)或多個(gè)物理尺寸以確定燃料電池是 否己經(jīng)分別被正確地組裝到一起，來(lái)測(cè)試燃料電池；
(r)通過(guò)光學(xué)探測(cè)燃料電池以確保燃料電池的層和/或構(gòu)成部件已 經(jīng)被正確地相互對(duì)齊，來(lái)測(cè)試燃料電池；
(s)通過(guò)在燃料電池上執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)電測(cè)量以確定斷路故障、短 路故障和/或電池電阻故障，來(lái)測(cè)試燃料電池；
(t)通過(guò)對(duì)燃料電池應(yīng)用"嗅聞法"或化學(xué)檢測(cè)測(cè)試以用于檢測(cè)由 燃料電池制造工藝殘留的不期望物質(zhì)的痕量，來(lái)測(cè)試燃料電池；
(u)測(cè)試燃料電池以測(cè)試包括在燃料電池內(nèi)的電極室之間的泄漏， 所述測(cè)試還包括堵住(plug)電極室的電極的出口、將反應(yīng)物供應(yīng)到電 極室、以及監(jiān)測(cè)由燃料電池產(chǎn)生的輸出電勢(shì)的步驟；
(V)通過(guò)在過(guò)量壓力下施加嗅聞氣體和/或探漏氣體，例如所述氣 體優(yōu)選為含5%氫氣的氮?dú)?，并通過(guò)使用氣體感測(cè)設(shè)備檢測(cè)嗅聞氣體和/或探漏氣體從燃料電池到所述燃料電池周圍的任何泄漏，來(lái)測(cè)試燃料 電池的泄漏；
(W)響應(yīng)于通過(guò)燃料電池部件、半燃料電池或完整燃料電池的液 體和/或氣體的流來(lái)測(cè)試發(fā)生在所述燃料電池部件、所述半燃料電池或 所述完整燃料電池中中的壓力下降；以及
(X)響應(yīng)于通過(guò)燃料電池部件、半燃料電池或完整燃料電池的液體 和/或氣體的流來(lái)測(cè)試所述燃料電池部件、所述半燃料電池或所述完整 燃料電池的流特征。
在步驟(V)中，易于使用干燥的、潮濕的、飽和的和過(guò)飽和的嗅聞 和/或探漏氣體來(lái)執(zhí)行這種泄漏測(cè)試。而且，可選地，還利用有利地在
IO(TC以下的加熱的氣體執(zhí)行這種泄漏測(cè)試。此外，從入口流經(jīng)燃料電
池到出口的嗅聞和/或探漏氣體的溫度和濕度測(cè)量也易于用于測(cè)試目 的。通過(guò)執(zhí)行這種泄漏測(cè)試，可行的是確認(rèn)燃料電池部件是否相互正 確地放置、所有部件是否存在、部件的幾何尺寸是否正確、燃料電池 部件和燃料電池是否具有來(lái)自于其的正確的熱損失度、以及部件是否 由適當(dāng)?shù)牟牧现圃斓取亩?，提供了部件失效指示?br> 在步驟(x)中，通過(guò)將優(yōu)選地包括惰性氣體或空氣的測(cè)試氣體施加 到燃料電池部件、半燃料電池或完整燃料電池的入口，其出口流將具 有關(guān)于其流場(chǎng)型式特征的不同特征；對(duì)于每個(gè)燃料電池部件、半燃料 電池或完整燃料電池來(lái)說(shuō)，此特征易于被知道。有利地，作為流量的 函數(shù)和/或通過(guò)以各種重復(fù)的頻率施加流脈沖來(lái)測(cè)試此特征。而且，這 種測(cè)試易于使用干燥、潮濕、飽和、以及過(guò)飽和的氣體來(lái)執(zhí)行，例如 可選地當(dāng)燃料電池的溫度被改變以確定在入口和出口流截面中和在雙 極板的流場(chǎng)中的水濃縮度時(shí)，執(zhí)行這種測(cè)試。在入口和出口流處的氣 體溫度和濕度易于被測(cè)量并用作部件失效指示。這種測(cè)量易于提供關(guān) 于部件、半燃料電池、或完整燃料電池的重要信息。通過(guò)執(zhí)行這些測(cè) 試，可行的是確認(rèn)部件是否正確地相互放置、所有部件是否被包括、 部件或燃料電池的尺寸是否正確、以及在燃料電池的活性區(qū)域上的流
22分布是否正確等。再次，這種特征測(cè)試易于被用作部件失效指示。
在步驟(O)中，有利地，每個(gè)燃料電池被測(cè)試以識(shí)別例如在制造在 燃料電池內(nèi)的膜中和/或在制造在燃料電池內(nèi)的反應(yīng)物流分配裝置中陽(yáng) 電極和陰電極之間的泄漏；可選地通過(guò)借助于第一氣體將相對(duì)小的且 可變的第一過(guò)量壓力施加到每個(gè)燃料電池的第一電極反應(yīng)物腔中、并 且借助于第二氣體將相對(duì)小的且可變的第二過(guò)量壓力施加到每個(gè)燃料 電池的第二電極反應(yīng)物腔中、然后檢測(cè)由于第一氣體和第二氣體的一 個(gè)或多個(gè)泄漏而混合的發(fā)生，來(lái)執(zhí)行這種測(cè)試。有利地，第一氣體和 第二氣體分別是氫氣和氮?dú)?。而且，第一過(guò)量壓力和第二過(guò)量壓力可 選地相互不同。
能使用氦氣、或氫氣稀釋在氮?dú)庵械幕旌衔飦?lái)實(shí)施上述嗅聞氣體。 更優(yōu)選地，使用基本上5%的氫氣稀釋在氮?dú)庵械幕旌衔铩?br> 在組裝到相應(yīng)的燃料電池堆(stack)中之前測(cè)試單個(gè)的燃料電池 使得有故障或可疑的燃料電池被識(shí)別并丟棄，從而它們不被組裝到相 應(yīng)的堆疊中；由于燃料電池堆中結(jié)合有故障的燃料電池而對(duì)燃料電池 堆進(jìn)行的拆卸和修復(fù)既昂貴又費(fèi)時(shí)，還可能在制造中產(chǎn)生浪費(fèi)；本發(fā) 明能夠避開這種不必要的浪費(fèi)和費(fèi)用。
更優(yōu)選地，所述方法的步驟(O)或步驟(V)包括以下步驟 00在過(guò)量壓力下將探漏氣體施加到每個(gè)燃料電池；以及 (Z)使用一個(gè)或多個(gè)探漏氣體探針圍繞每個(gè)燃料電池的外周進(jìn)行 空間采樣，以檢査探漏氣體從所述燃料電池的局部泄漏。
這種探漏氣體測(cè)試的有益之處在于，它提供關(guān)于當(dāng)實(shí)施該方法時(shí) 所利用的連續(xù)層疊和組裝工藝的可靠性的反饋。
更優(yōu)選地，所述方法的步驟(r)包括以下步驟中的一個(gè)或多個(gè)步驟
23(aa)使用圍繞每個(gè)燃料電池的周邊區(qū)域和/或在燃料電池中形成 的孔口和/孔處的一個(gè)或多個(gè)光輻射束光學(xué)探測(cè)燃料電池；以及
(bb)使用(倫琴)x-射線執(zhí)行包括在每個(gè)燃料電池中的層和/或構(gòu)成
部件的成像，以檢測(cè)在制造期間層和/或構(gòu)成部件中發(fā)生的故障或缺陷。
這種光學(xué)和/或x-射線檢査能夠識(shí)別可能不可靠或可疑的燃料電
池，以避免它們被組裝到燃料電池堆中，從而改進(jìn)了這種堆疊的操作 可靠性。
優(yōu)選地，所述方法包括以下步驟使材料和/或構(gòu)成部件從多個(gè)巻 的輸送相互同步，以確保在燃料電池中所述材料和/或構(gòu)成部件的相互 精確的對(duì)齊。使材料和/或構(gòu)成部件的輸送同步的有利之處在于，改進(jìn) 在燃料電池中層的相互對(duì)齊使得形成在燃料電池中的各種孔、通道和 腔提供對(duì)一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物的低流阻，并使得在燃料電池的周緣處一 個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物的泄漏的風(fēng)險(xiǎn)也降低。
優(yōu)選地，所述方法包括以下步驟在材料和/或構(gòu)成部件中形成孔、 通道和腔，從而為燃料電池提供一個(gè)或多個(gè)路徑，當(dāng)燃料電池在操作 中時(shí)， 一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物可操作以流過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)路徑。
更優(yōu)選地，在所述方法中，形成孔、通道和腔的步驟使所述燃料 電池能夠被組裝到相應(yīng)的燃料電池堆中，每個(gè)堆疊易于由一個(gè)或多個(gè) 端板終止，電連接件和流體連接件設(shè)置在所述端板處。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種如在所附權(quán)利要求12中所述的 方法。
提供一種基本上連續(xù)制造燃料電池的方法，所述燃料電池可操作 以從所述燃料電池中的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物的反應(yīng)產(chǎn)生電力，其中每個(gè) 燃料電池包括以堆疊的構(gòu)造組裝和/或?qū)盈B到一起的多個(gè)構(gòu)成部件，所述方法包括以下步驟
(a) 提供用于制造燃料電池的材料和/或預(yù)制構(gòu)成部件的多個(gè)巻；
(b) 以基本上連續(xù)的方式，漸進(jìn)地組裝和/或?qū)盈B來(lái)自所述多個(gè)巻 的材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件，以制造一連串的所述燃料電池或燃料電
池的部件；以及
(C)將一個(gè)或多個(gè)功能良好的燃料電池相互分離成單獨(dú)的燃料電 池、所述燃料電池的部件或這種燃料電池的群用于隨后使用。
可選地，在所述方法的步驟(b)中，組裝從為每個(gè)燃料電池提供結(jié) 構(gòu)剛度的大致中心層開始，所述中心層是燃料電池中的每一個(gè)的大致 剛性中心結(jié)構(gòu)層，或是燃料電池中的每一個(gè)的中心腔。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種如在所附權(quán)利要求14中所述的設(shè)備。
提供一種可操作以基本上連續(xù)制造燃料電池的設(shè)備，所述燃料電 池可操作以從所述燃料電池中的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物的反應(yīng)產(chǎn)生電力， 并且其中每個(gè)燃料電池包括以堆疊的構(gòu)造組裝和/或?qū)盈B到一起的多個(gè)
構(gòu)成部件，所述設(shè)備包括
(a) 安裝裝置，所述安裝裝置用于接收用于制造燃料電池的材料和 /或預(yù)制構(gòu)成部件的多個(gè)巻；
(b) —個(gè)或多個(gè)組裝裝置，所述一個(gè)或多個(gè)組裝裝置可操作以便以 基本上連續(xù)的方式漸進(jìn)地組裝和/或?qū)盈B來(lái)自多個(gè)巻的材料層和/或預(yù) 制構(gòu)成部件，以制造一連串的燃料電池或一連串的所述燃料電池的部 件；
(c) 測(cè)試裝置，所述測(cè)試裝置可操作以將測(cè)試程序應(yīng)用到所述一連 串的燃料電池或所述燃料電池的部件，以識(shí)別一個(gè)或多個(gè)功能良好的 燃料電池或所述一個(gè)或多個(gè)功能良好的燃料電池的部件；以及
(d) 分離裝置，所述分離裝置可操作以將一個(gè)或多個(gè)功能良好的燃 料電池相互分離成單獨(dú)的燃料電池、所述燃料電池的部件或這種燃料電池的群用于隨后使用。
優(yōu)選地，在所述設(shè)備中，在一個(gè)或多個(gè)組裝裝置中的組裝從為每 個(gè)燃料電池提供結(jié)構(gòu)剛度的大致中心層開始。
優(yōu)選地，所述設(shè)備可操作以制造所述一連串的燃料電池，使得所 述中心層是燃料電池中的每一個(gè)的大致剛性結(jié)構(gòu)層，或是燃料電池中 的每一個(gè)的中心腔。
優(yōu)選地，所述設(shè)備包括一個(gè)或多個(gè)預(yù)備臺(tái)，所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)備 臺(tái)可操作以接收來(lái)自所述巻的材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件，以用于在被 組裝和/或?qū)盈B以形成所述一連串的燃料電池之前和/或同時(shí)進(jìn)行預(yù)備 工藝。
更優(yōu)選地，在所述設(shè)備中， 一個(gè)或多個(gè)預(yù)備臺(tái)包括以下預(yù)備臺(tái)中 的一個(gè)或多個(gè)
(e) 用于將襯墊或密封件結(jié)合或模制到一個(gè)或多個(gè)材料層和/或預(yù) 制構(gòu)成部件的預(yù)備臺(tái)；
(f) 用于機(jī)械地加工一個(gè)或多個(gè)材料層和/或構(gòu)成部件以使所述材 料層和/或構(gòu)成部件成形和/或使所述材料層和/或構(gòu)成部件變平的預(yù)備
臺(tái)
(g) 用于在一個(gè)或多個(gè)材料層和/或構(gòu)成部件中切割一個(gè)或多個(gè)孔 口或孔的預(yù)備臺(tái)；
(h) 用于處理一個(gè)或多個(gè)層和/或構(gòu)成部件的切割邊緣以使所述切 割邊緣鈍化從而不被反應(yīng)物中的一個(gè)或多個(gè)腐蝕或不與反應(yīng)物中的一 個(gè)或多個(gè)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的預(yù)備臺(tái)；
(i) 用于將涂層添加到一個(gè)或多個(gè)層和/或構(gòu)成部件以激活和/或鈍 化所述層和/或構(gòu)成部件的預(yù)備臺(tái)；
(D用于切割或以其它方式釋放一個(gè)或多個(gè)層和/或部件以將所述 層和/或部件從所述層和/或部件的各自的巻釋放的預(yù)備臺(tái)；(k)用于研磨和/或拋光一個(gè)或多個(gè)材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件的 表面的預(yù)備臺(tái)；
(1)用于電拋光一個(gè)或多個(gè)材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件以提高所述 材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件的腐蝕保護(hù)性和/或?yàn)樗霾牧蠈雍?或預(yù)制 構(gòu)成部件提供可操作以表現(xiàn)較低接觸電阻的平滑表面的預(yù)備臺(tái)；
(m)用于清潔一個(gè)或多個(gè)材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件以從所述材料 層和/或預(yù)制構(gòu)成部件去除污物的預(yù)備臺(tái)；以及
(n)用于將焊接操作應(yīng)用到一個(gè)或多個(gè)材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件
的預(yù)備臺(tái)。
可選地，焊接操作包括用于將各種鋼板焊接到一起的激光焊接以 用于減少對(duì)襯墊例如腈和/或硅樹脂密封襯墊的需要。這種激光焊接易 于在燃料電池內(nèi)形成反應(yīng)物流場(chǎng)構(gòu)造，以用于提高其電力輸出能力和/ 或提供減小的反應(yīng)物通過(guò)其的流阻。
優(yōu)選地，在所述設(shè)備中，測(cè)試裝置可操作以通過(guò)以下測(cè)試中的一 個(gè)或多個(gè)來(lái)測(cè)試燃料電池的操作
(O)通過(guò)在過(guò)量壓力下將流體施加到燃料電池以壓力測(cè)試燃料電 池并識(shí)別所述燃料電池中的任何泄漏的發(fā)生，來(lái)測(cè)試燃料電池；
(p)通過(guò)稱量燃料電池以確定所述燃料電池的重量是否在給定范 圍內(nèi)、或在給定的閾值重量之上和/或之下，來(lái)測(cè)試燃料電池；
(q)通過(guò)測(cè)量燃料電池的一個(gè)或多個(gè)物理尺寸以確定燃料電池是 否已經(jīng)分別被正確地組裝到一起，來(lái)測(cè)試燃料電池；
(r)通過(guò)光學(xué)探測(cè)燃料電池以確保燃料電池的層和/或構(gòu)成部件已 經(jīng)被正確地相互對(duì)齊，來(lái)測(cè)試燃料電池；
(s)通過(guò)在燃料電池上執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)電測(cè)量以確定斷路故障、短 路故障和/或電池電阻故障，來(lái)測(cè)試燃料電池；
(t)通過(guò)對(duì)燃料電池應(yīng)用"嗅聞法"或化學(xué)檢測(cè)測(cè)試以用于檢測(cè)由 燃料電池制造殘留的不期望物質(zhì)的痕量，來(lái)測(cè)試燃料電池；
(u)測(cè)試燃料電池以測(cè)試包括在燃料電池內(nèi)的電極室之間的泄漏，所述測(cè)試還包括堵住電極室的電極的出口、將反應(yīng)物供應(yīng)到電極室、 以及監(jiān)測(cè)由燃料電池產(chǎn)生的輸出電勢(shì)的步驟；
(V)通過(guò)在過(guò)量壓力下施加嗅聞氣體和/或探漏氣體，例如所述氣 體優(yōu)選為含5%氫氣的氮?dú)?，并通過(guò)使用氣體感測(cè)設(shè)備檢測(cè)嗅聞氣體和 /或探漏氣體從燃料電池到所述燃料電池周圍的任何泄漏，來(lái)測(cè)試燃料 電池的泄漏；
(W)響應(yīng)于通過(guò)燃料電池部件、半燃料電池或完整燃料電池的液 體和/或氣體的流來(lái)測(cè)試發(fā)生在所述燃料電池部件、所述半燃料電池或 所述完整燃料電池中的壓力下降；以及
(X)響應(yīng)于通過(guò)燃料電池部件、半燃料電池或完整燃料電池的液體 和/或氣體的流來(lái)測(cè)試所述燃料電池部件、所述半燃料電池或所述完整 燃料電池的流特征。
在步驟(t)和(v)中，有利地，能采用諸如氦氣、或氫氣稀釋在氮?dú)?中的混合物的嗅聞氣體；優(yōu)選地，采用基本上5%的氫氣稀釋在氮?dú)庵?的混合物。
在步驟(o)中，有利地，每個(gè)燃料電池被測(cè)試以識(shí)別例如在制造在 燃料電池內(nèi)的膜中和/或在制造在燃料電池內(nèi)的反應(yīng)物流分配裝置中的 陽(yáng)電極和陰電極之間的泄漏；可選地通過(guò)借助于第一氣體將相對(duì)小的 且可變的第一過(guò)量壓力施加到每個(gè)燃料電池的第一電極反應(yīng)物腔中、 并且借助于第二氣體將相對(duì)小的且可變的第二過(guò)量壓力施加到每個(gè)燃 料電池的第二電極反應(yīng)物腔中、然后檢測(cè)由于第一氣體和第二氣體的 一個(gè)或多個(gè)泄漏而混合的發(fā)生，來(lái)執(zhí)行這種測(cè)試。有利地，第一氣體 和第二氣體分別是氫氣和氮?dú)?。而且，第一過(guò)量壓力和第二過(guò)量壓力 可選地相互不同。
更優(yōu)選地，在所述設(shè)備中，測(cè)試裝置可操作以
(y)在過(guò)量壓力下將探漏氣體施加到每個(gè)燃料電池；以及
(z)使用一個(gè)或多個(gè)探漏氣體探針圍繞每個(gè)燃料電池的外周進(jìn)行
28空間采樣，以檢查探漏氣體從所述燃料電池的局部泄漏。 更優(yōu)選地，在所述設(shè)備中，測(cè)試裝置可操作以
(aa)使用圍繞每個(gè)燃料電池的周邊區(qū)域和/或在燃料電池中形成 的孔口和/孔處的一個(gè)或多個(gè)光輻射束光學(xué)探測(cè)燃料電池；以及/或者
(bb)使用(倫琴)X-射線執(zhí)行包括在每個(gè)燃料電池中的層和/或構(gòu)成 部件的成像，以檢測(cè)在制造期間所述層和/或構(gòu)成部件中發(fā)生的故障或 缺陷。
優(yōu)選地，所述設(shè)備包括同步裝置，所述同步裝置用于在操作中使 材料和/或構(gòu)成部件從多個(gè)巻的輸送相互同步，以確保在燃料電池中所 述材料和/或構(gòu)成部件相互精確的對(duì)齊。
優(yōu)選地，所述設(shè)備包括工具，所述工具可操作以在材料和/或構(gòu)成 部件中形成孔、通道和腔，從而為燃料電池提供一個(gè)或多個(gè)路徑，當(dāng) 燃料電池在操作中時(shí)， 一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物可操作以流過(guò)所述一個(gè)或多 個(gè)路徑。
更優(yōu)選地，在所述設(shè)備中，用于形成孔、通道和腔的工具被設(shè)置 成使燃料電池能夠被組裝到相應(yīng)的燃料電池堆中，每個(gè)堆疊易于由一 個(gè)或多個(gè)端板終止，電連接件和流體連接件設(shè)置在所述端板處。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種如在所附權(quán)利要求22中所述的設(shè)備。
提供一種可操作以基本上連續(xù)制造燃料電池的設(shè)備，所述燃料電 池可操作以從所述燃料電池中的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物的反應(yīng)產(chǎn)生電力， 并且其中每個(gè)燃料電池包括以堆疊的構(gòu)造組裝和/或?qū)盈B到一起的多個(gè)
構(gòu)成部件，所述設(shè)備包括
(a)組裝區(qū)，所述組裝區(qū)包括安裝裝置，所述安裝裝置用于接收用于制造燃料電池的材料和/或預(yù)制構(gòu)成部件的多個(gè)巻；以及一個(gè)或多 個(gè)組裝裝置，所述一個(gè)或多個(gè)組裝裝置可操作以便以基本上連續(xù)的方 式漸進(jìn)地組裝和/或?qū)盈B來(lái)自多個(gè)巻的材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件，以制 造一連串的燃料電池或一連串的所述燃料電池的部件；
(b) 測(cè)試區(qū)，所述測(cè)試區(qū)用于將測(cè)試程序應(yīng)用到所述一連串的燃料 電池或一連串的所述燃料電池的部件，以識(shí)別一個(gè)或多個(gè)功能良好的
燃料電池或所述一個(gè)或多個(gè)功能良好的燃料電池的部件；
(c) 分離區(qū)，所述分離區(qū)可操作以將一個(gè)或多個(gè)功能良好的燃料電 池或所述一個(gè)或多個(gè)功能良好的燃料電池的部件相互分離成單獨(dú)的燃 料電池、所述燃料電池的部件或這種燃料電池的群；以及
(d) 堆疊區(qū)，所述堆疊區(qū)用于將功能良好的燃料電池、所述功能良 好的燃料電池的群的部件或這種功能良好的燃料電池的群相互組裝成 這種燃料電池的堆，以制造這種燃料電池的組。
優(yōu)選地，在所述設(shè)備中，組裝從為每個(gè)燃料電池提供結(jié)構(gòu)剛度的 大致中心層開始。
優(yōu)選地，所述設(shè)備可操作以制造一連串的燃料電池，使得中心層 是燃料電池中的每一個(gè)的大致剛性結(jié)構(gòu)層，或是燃料電池中的每一個(gè) 的中心腔。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種如所附權(quán)利要求28中所述的設(shè)備。
提供一種可操作以基本上連續(xù)制造燃料電池的設(shè)備，所述燃料電 池可操作以從所述燃料電池中的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物的反應(yīng)產(chǎn)生電力， 并且其中每個(gè)燃料電池包括以堆疊的構(gòu)造組裝和/或?qū)盈B到一起的多個(gè)
構(gòu)成部件，所述設(shè)備包括-
(a)安裝裝置，所述安裝裝置用于接收用于制造燃料電池或所述燃 料電池的部件的材料和/或預(yù)制構(gòu)成部件的多個(gè)巻(Rl、 R2、 R3、 R4、
30R5、 R6、 R7);
(b) —個(gè)或多個(gè)組裝裝置，所述一個(gè)或多個(gè)組裝裝置可操作以便以 基本上連續(xù)的方式漸進(jìn)地組裝和/或?qū)盈B來(lái)自多個(gè)巻的材料層和/或預(yù) 制構(gòu)成部件，以制造一連串的所述燃料電池或所述燃料電池的部件；
(c) 分離裝置，所述分離裝置可操作以將一個(gè)或多個(gè)功能良好的燃 料電池分離成單獨(dú)的燃料電池、所述燃料電池的部件或這種燃料電池 的群用于隨后使用。
優(yōu)選地，在所述設(shè)備中， 一個(gè)或多個(gè)組裝裝置可操作以從為每個(gè) 燃料電池提供結(jié)構(gòu)剛度的大致中心層開始。
更優(yōu)選地，所述中心層是燃料電池中的每一個(gè)的大致剛性結(jié)構(gòu)層， 或是燃料電池中的每一個(gè)的中心腔。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種制造燃料電池的方法，其中每 個(gè)燃料電池包括以堆疊的構(gòu)造組裝和/或?qū)盈B到一起并形成至少一個(gè)冷 卻腔和至少一個(gè)產(chǎn)生電的基本燃料電池的多個(gè)構(gòu)成部件，所述方法包
括以下步驟
(a) 漸進(jìn)地組裝和/或?qū)盈B材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件，以制造一連 串的所述燃料電池或所述燃料電池的部件；以及
(b) 以在形成冷卻腔的部件的所述工藝中進(jìn)行工藝處理的層開始 所述組裝和/或?qū)盈B工藝。
優(yōu)選地，在所述方法中，在開始基本燃料電池的制造之前完成或 至少基本上完成冷卻腔的制造。
優(yōu)選地，在所述方法中，以燃料電池的組裝層形成冷卻腔的層被 布置在基本燃料電池的層之間的夾層結(jié)構(gòu)的這種方式，在所述組裝和/ 或?qū)盈B工藝期間順序地提供燃料電池的各種層。優(yōu)選地，在所述方法中，以燃料電池的組裝層形成冷卻腔的層的 群和基本燃料電池的層的群被布置成彼此相鄰的夾層結(jié)構(gòu)的這種方
式，在所述組裝和/或?qū)盈B工藝期間順序地提供燃料電池的各種層。
優(yōu)選地，在所述方法中，制造一種包括膜、陰電極層、和陽(yáng)電極 層的基本燃料電池，其中膜的組件、或者膜與電極層中的至少一個(gè)的 組件、或者電極層中的一個(gè)的組件是為在所述組裝和/或?qū)盈B工藝中的 組件提供的最后的層或最后的層組合。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供一種使用根據(jù)本發(fā)明的第一方面或 第二方面的方法制造的燃料電池。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供一種由根據(jù)本發(fā)明的第三方面、第 四方面或第五方面的設(shè)備制造的燃料電池。
將認(rèn)識(shí)到，在不偏離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍的情況下， 本發(fā)明的特征易于以任意組合的形式組合。


現(xiàn)在將參照附圖僅借助于實(shí)例來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中 圖1是已知燃料電池的示意圖2a是根據(jù)本發(fā)明的方法制造的燃料電池的橫截面圖2b是實(shí)現(xiàn)在圖2a的燃料電池內(nèi)可選地采用的流體密封件的功
能的方式的橫截面圖3a是根據(jù)本發(fā)明的可操作以制造燃料電池的設(shè)備的示意圖3b是圖3a的設(shè)備的可替代實(shí)施方式的示意圖4a是包括在帶中的材料層的示意橫截面圖，在操作時(shí)該帶通過(guò)
圖3a的設(shè)備連續(xù)輸送；
圖4b是包括在帶中的材料層的示意橫截面圖，在操作時(shí)該帶通過(guò)
圖3b的設(shè)備連續(xù)輸送；以及圖5是形成燃料電池組的組裝的燃料電池堆的示意橫截面圖。
在附圖中，采用帶下劃線的附圖標(biāo)記表示帶下劃線的附圖標(biāo)記位 于其上的物體或帶下劃線的附圖標(biāo)記與其相鄰的物體。無(wú)下劃線的附 圖標(biāo)記涉及由將無(wú)下劃線的附圖標(biāo)記連接到物體的線識(shí)別的物體。當(dāng) 附圖標(biāo)記是無(wú)下劃線的并且伴隨有相關(guān)的箭頭時(shí)，該無(wú)下劃線附圖標(biāo) 記用于識(shí)別箭頭指向的總體物體。
具體實(shí)施例方式
總體概括，本發(fā)明涉及
(a) 制造燃料電池的方法；
(b) 使用這種方法制造的燃料電池；以及
(C)用于在實(shí)施這種制造燃料電池的方法中使用的設(shè)備。
如將在之后將詳細(xì)描述的，下文中所述方法易于制造通?？赡鼙?迄今使用如前述的當(dāng)前的至少部分連續(xù)制造工藝制造的燃料電池更可 靠的燃料電池。而且，之后描述的用于實(shí)施下述方法的設(shè)備易于以更 連續(xù)的方式運(yùn)行，從而提高制造產(chǎn)量并因此減少燃料電池制造成本。 通過(guò)基本上從燃料電池的中心向外構(gòu)造燃料電池以使應(yīng)力相互平衡來(lái) 實(shí)現(xiàn)這種增加的可靠性；然而，根據(jù)本發(fā)明，由不是燃料電池的中心 結(jié)構(gòu)層的層形成的燃料電池構(gòu)造也是可行的。此外，通過(guò)使用基本上 完全地基于巻的制造方法來(lái)提高產(chǎn)量，在該制造方法中，在連續(xù)基礎(chǔ) 上引入測(cè)試；該測(cè)試是有益的，這是因?yàn)樵谟腥毕莸娜剂想姵乇唤M裝 成燃料電池堆之前，它們能夠被識(shí)別，從而回避拆卸或丟棄具有重要 附加值裝置的完成的燃料電池堆的需要。
現(xiàn)在將描述本發(fā)明的實(shí)施例。首先，參照?qǐng)D2a，其中示出了根據(jù) 本發(fā)明的方法制造的燃料電池堆的一部分的橫截面。燃料電池堆總體 通過(guò)100來(lái)表示，并包括多個(gè)單獨(dú)的燃料電池110，在圖2a中完全地 示出包括冷卻腔的所述多個(gè)單獨(dú)的燃料電池中的一個(gè)以及相鄰燃料電池的一部分。單獨(dú)的燃料電池110包括第一結(jié)構(gòu)板120，與密封襯墊
130、 135相關(guān)聯(lián)的填充材料板132施加到該第一結(jié)構(gòu)板120上，留出 由金屬冷卻網(wǎng)格填充的空隙。第二結(jié)構(gòu)板150鄰接于冷卻網(wǎng)格140和 密封襯墊130上；可選地，第一結(jié)構(gòu)板120和第二結(jié)構(gòu)板150在構(gòu)造 上基本上類似，例如由具有在大約50|im至大約250|im范圍內(nèi)的厚度 的不銹鋼或鋁片制造。由冷卻網(wǎng)格140填充的前述空隙可被操作以形 成燃料電池110的冷卻單元；從而冷卻網(wǎng)格140可被操作以占據(jù)燃料 電池110的冷卻腔。
第一氣體網(wǎng)170位于結(jié)構(gòu)板150的離開前述空隙的主面上，并且 鄰接于由190表示的質(zhì)子交換膜上的第一網(wǎng)格180沉積于該第一氣體 網(wǎng)170上；陰電極層包括在第一網(wǎng)格180和質(zhì)子交換膜190之間。第 一網(wǎng)格180例如由紡織石墨織物、石墨/碳紙、氣體擴(kuò)散材料、陶瓷材 料、導(dǎo)電陶瓷材料、多微孔材料、相互結(jié)合纖維的集合中的至少一種 制造；有益地，第一網(wǎng)格180被實(shí)施為在操作中導(dǎo)電；網(wǎng)格180易于 以紡織或無(wú)紡的形式實(shí)施，例如網(wǎng)格180能夠是交錯(cuò)紡織形式的，或 作為隨意定向纖維的壓縮塊。雖然在替換例中可以使用能夠通過(guò)其選 擇性地運(yùn)輸電荷的載體的其它材料，但是交換膜190優(yōu)選由氟化質(zhì)子/ 離子導(dǎo)電塑料材料制造。襯墊密封件160確保包括第一氣體網(wǎng)170和 第一網(wǎng)格180的第一燃料電池腔是流體密封的，以用于在操作中接收 第一反應(yīng)物的流。
第二網(wǎng)格200和之后的第二氣體網(wǎng)210按順序包括在膜190的離 開第一燃料電池腔的主面上；陽(yáng)電極層包括在質(zhì)子交換膜190和第二 網(wǎng)格200之間。有利地，第二網(wǎng)格200例如利用紡織石墨織物以與第 一網(wǎng)格180基本上類似的方式實(shí)施。第二氣體網(wǎng)210布置成鄰接于相 鄰燃料電池的結(jié)構(gòu)板230的相鄰面上結(jié)構(gòu)板230可選地是前述結(jié)構(gòu) 板120的重復(fù)。而且，第二網(wǎng)格200和第二氣體網(wǎng)210限定第二燃料 電池腔，第二燃料電池腔設(shè)置有用于確保第二腔流體密封的襯墊密封 件220，以用于在操作期間接收第二反應(yīng)物的流。燃料電池110易于被組建成這種電池的并聯(lián)和/或串聯(lián)的組合，以 實(shí)現(xiàn)更大的輸出電勢(shì)和/或更大的電流供應(yīng)能力?？蛇x地，襯墊密封件 160、 220能由硅樹脂、固化熱粘合劑或熱固性粘合劑制造；然而，密 封件160、220的其它實(shí)施方式也是可行的。更有利地，襯墊密封件160、 220各包括如在圖2b中表示的兩部分構(gòu)造，其中密封件由250來(lái)表示 并包括相對(duì)較硬的間隔部260和相對(duì)較有彈力或彈性的流體密封部 270a。因?yàn)楫?dāng)制造燃料電池110時(shí)相鄰的表面被朝著彼此相互壓縮，所 以彈性密封部270a逐漸變形為如270b、 270c所示的，從而提供可靠的 流體密封，同時(shí)由于較硬的間隔部260而提供相鄰表面之間的限定的 間隔。在使用中當(dāng)壓力施加到圖2b中所示的密封件上時(shí)，該密封件逐 漸變形直到較硬的間隔部260限定最終獲得的間隔距離"d"?？蛇x地， 網(wǎng)170、 210中的一個(gè)或多個(gè)易于被制造成具有與結(jié)構(gòu)板120、 150類 似的面積，并利用襯墊密封材料圍繞其周緣灌注，從而能夠同時(shí)用作 網(wǎng)和密封件。
其次，現(xiàn)在將說(shuō)明用于實(shí)施本發(fā)明方法的設(shè)備。還將描述這種設(shè) 備的操作模式。
參照?qǐng)D3a，用于制造燃料電池的設(shè)備總體通過(guò)300來(lái)表示。設(shè)備 300包括連續(xù)的基于巻的燃料電池組裝區(qū)310、燃料電池測(cè)試站320、 分離站330和用于把單個(gè)的燃料電池或燃料電池群組裝到一起以提供 單獨(dú)的燃料電池堆350的堆疊站340。燃料電池堆350還被方便地稱為 燃料電池組?？蛇x地，燃料電池堆包括以串聯(lián)方式電聯(lián)接以在操作時(shí) 提供更大的輸出電勢(shì)的多個(gè)燃料電池。然而，燃料電池的其它串聯(lián)-并 聯(lián)構(gòu)造也是可能的。雖然設(shè)備300被示出為具有具體的區(qū)和站，但是 將認(rèn)識(shí)到的是，區(qū)和站310、 320、 330、 340中的一個(gè)或多個(gè)能夠被有 效地分配到設(shè)備300內(nèi)的若干個(gè)空間位置，或者能夠被同時(shí)實(shí)施；例 如，如果需要，與測(cè)試站310相關(guān)聯(lián)的測(cè)試程序也能夠被局部地實(shí)施 在組裝區(qū)310、分離站320、或堆疊站340中的至少一個(gè)中，或者實(shí)施
35在站330、 340之間。
總體概括，在燃料電池組裝區(qū)310中，在由R1至R7表示的巻中 提供用于制造燃料電池的材料層?？蛇x地，所述層中的特定層被以各 種形式預(yù)先形成圖案，如將在之后進(jìn)一步描述的。材料被以自動(dòng)方式 從巻Rl至R7連續(xù)提供，從而連續(xù)的組裝燃料電池流被從組裝區(qū)310 傳送到測(cè)試站320，在測(cè)試站320處執(zhí)行各種測(cè)試以校驗(yàn)自動(dòng)組裝燃料 電池的操作完整性。在測(cè)試站320處被發(fā)現(xiàn)有缺陷的燃料電池被標(biāo)記 或以其它方式記錄，使得它們不被組裝在燃料電池堆350中，從而避 免制造無(wú)功能的或具有受損功能的燃料電池堆350，并因此提高生產(chǎn)成 品率?？蛇x地，有缺陷的燃料電池被收集，然后在補(bǔ)充設(shè)備300的輔 助生產(chǎn)設(shè)備中修復(fù)。
前述巻Rl至R7是如此設(shè)置的
(a) 巻R1包括片材料，該片材料可選地為導(dǎo)電的并且在燃料電池 中可操作以用作填充材料，例如用作填充材料板132;可選地，來(lái)自巻 Rl的材料具有形成在其中的孔，其周圍提供連接在沿著組裝區(qū)310順 序制造的相鄰燃料電池之間的聯(lián)接突片，當(dāng)所組裝的燃料電池相互地 彼此分離時(shí)，這些突片易于被切斷；
(b) 巻R2包括密封襯墊材料，該密封襯墊材料在燃料電池中可操 作以用作氣體和/或流體襯墊，例如襯墊密封件130、 135;
(c) 巻R3包括在燃料電池中可操作以用作冷卻網(wǎng)例如用作金屬冷 卻網(wǎng)格140的材料；
(d) 巻R4包括在燃料電池中可操作以用作結(jié)構(gòu)板例如用作結(jié)構(gòu)板 120、 150的材料；
(e) 巻R5包括在燃料電池中可操作以用作氣體網(wǎng)例如用作氣體網(wǎng) 170、 210的材料；然而，應(yīng)該注意的是，在圖中由上巻R5供應(yīng)的氣體 網(wǎng)170將形成第一燃料電池的部件，由下巻R5同時(shí)供應(yīng)的氣體網(wǎng)210 將形成與第一燃料電池相鄰的第二燃料電池的部件；
(f) 巻R6包括在燃料電池中可操作以用作襯墊密封件和/或填充物例如用作襯墊密封件160、 220的材料；然而，應(yīng)該注意的是，在圖中
由上巻R6供應(yīng)的襯墊密封件160將形成第一燃料電池的部件，由下巻 R6同時(shí)供應(yīng)的襯墊密封件220將形成與第一燃料電池相鄰的第二燃料 電池的部件；
(g)巻R7包括在燃料電池中可操作以用作離子輸送膜或電極例如 用作膜190以及其相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)180、 200和電極的材料。
根據(jù)圖3a的設(shè)備被布置成從填充材料板132開始組裝并從該填充 材料板132沿兩個(gè)層的方向延伸132至135至120和132至130至 150，以及作為提供冷卻網(wǎng)格140的單個(gè)步驟延伸至140。由于在組裝 程序中的此步驟，核心燃料電池170、 160、 180、 l卯、200、 210、 220 被從剛性層結(jié)構(gòu)120、 135、 132、 130、 150底部對(duì)稱地組裝到頂部上。 然而，以此方式分開，即第一燃料電池的下部170、 160、 180、 190被 組裝到剛性層結(jié)構(gòu)120、 135、 132、 130、 150的頂部上，而第二燃料 電池的沒有敏感的膜-網(wǎng)格結(jié)構(gòu)180、 190、 200的上部210、 220被組裝 在剛性層結(jié)構(gòu)120、 135、 132、 130、 150的下方。通過(guò)堆疊兩個(gè)這種 層結(jié)構(gòu)將形成加上冷卻腔的完整的燃料電池和第二半燃料電池?？商?代地，如在圖3b中所示，僅從冷卻腔層結(jié)構(gòu)120、 135、 132、 130、 150、 140的頂部上的一側(cè)組裝完整燃料電池層結(jié)構(gòu)170、 160、 180、 190、 200、 210、 220。
由于膜190是相對(duì)脆弱的部件，所以巻R7從組裝區(qū)310朝著出口 地被包括，從而在組裝區(qū)310的前階段中膜190不經(jīng)受破環(huán)的風(fēng)險(xiǎn)。 在燃料電池110的特定實(shí)施方式中，膜190對(duì)制造電池110的成本來(lái)說(shuō) 是非常重要的貢獻(xiàn)部分，并因此在組裝區(qū)310中手動(dòng)或者自動(dòng)處理它 時(shí)，有利地需要相當(dāng)小心。以基本上連續(xù)的方式進(jìn)行的膜190的機(jī)器 人處理是有益于在設(shè)備300中使用的。
來(lái)自巻R1至R7的片材料逐漸結(jié)合到一起，從而構(gòu)造成基本上相 對(duì)于從由巻R1提供的材料得到的填充板例如填充板132的對(duì)稱；由于填充板是機(jī)械上剛性的，將機(jī)械上堅(jiān)固且尺寸上穩(wěn)定的燃料電池從組
裝區(qū)310提供到測(cè)試站320。
設(shè)備300與燃料電池制造的較早己知方法的區(qū)別在于，將構(gòu)成燃 料電池的部件的板、網(wǎng)和網(wǎng)格從巻在基本上連續(xù)或完全連續(xù)的基礎(chǔ)上 供應(yīng)；相比而言，燃料電池制造的當(dāng)前方法包括單獨(dú)壓出構(gòu)成部件，
例如板、網(wǎng)和填料，以及然后以基本上不連續(xù)的方式將構(gòu)成部件相互 單獨(dú)地組裝在一起。
除了圖3a還參照?qǐng)D4a，設(shè)備300可操作以在巻Rl處開始通過(guò)經(jīng) 一對(duì)輥410連續(xù)供應(yīng)金屬巻片帶400來(lái)準(zhǔn)備填充板，以將片帶400適 當(dāng)?shù)匦纬蔀樾纬傻慕饘倨瑤?20。例如，這種成形能包括沖壓或切削孔 以限定一連串的燃料電池的填充板，其中，中心板經(jīng)由前述中描述的 可切斷的突片相互聯(lián)接。因此，金屬片帶420包括在前描述的燃料電 池110的前述結(jié)構(gòu)填充板132。
然后，利用輥440將從巻R2連續(xù)提供的襯墊材料430結(jié)合到形成 的金屬片帶420上以形成第一多層帶450?？蛇x地，襯墊材料430在從 輥R2分配時(shí)能夠被預(yù)形成或切割以在其中包括用于引導(dǎo)流體流動(dòng)的通 道和中心斷流區(qū)域。可選地，在經(jīng)受輥440的作用之前，襯墊材料430 能夠在連續(xù)的基礎(chǔ)上被模制或以其它方式形成。因此，襯墊材料430 被操縱以提供前述襯墊密封件130、 135。
之后，經(jīng)由輥470將例如由不銹鋼或鋁制造并按尺寸適當(dāng)?shù)匦纬?的冷卻網(wǎng)材料460從巻R3連續(xù)添加到第一多層帶450，例如以形成在 圖2a中示出的前述冷卻網(wǎng)格140;基本上同時(shí)地，經(jīng)由輥490將板材 料480從第一巻R4連續(xù)添加到第一多層帶450的向下面向的表面，例 如以形成在圖2a中示出的前述的結(jié)構(gòu)板120。通過(guò)輥470、 490連續(xù)添 加冷卻網(wǎng)460和結(jié)構(gòu)材料480的作用，第一多層帶450形成為在圖3a 中由500表示的第二多層帶。接下來(lái)，包括的金屬片材料510從第二
38巻R4連續(xù)提供并經(jīng)由輥520添加到第二多層帶500的向上面向的表面， 以形成第三多層帶530;因此，產(chǎn)生燃料電池110的前面提到的冷卻單 元。
然后，氣體網(wǎng)材料540從巻R5提供并經(jīng)由輥550連續(xù)添加到第三 多層帶530的向上面向和向下面向的表面，以連續(xù)形成第四多層帶560; 因此，分別地提供前述第一氣體網(wǎng)170和第二氣體網(wǎng)210。
之后，經(jīng)由輥580將電池襯墊材料570從巻R6連續(xù)提供到第四多 層帶560的向上面向和向下面向的表面，以連續(xù)產(chǎn)生第五多層帶590; 因此，包括了如在圖2a中示出的前述襯墊密封件160、 220。
此外，經(jīng)由輥593將前述膜190以及其相關(guān)聯(lián)的第一網(wǎng)格180和 第二網(wǎng)格200從巻R7添加到第五多層帶590，以產(chǎn)生在圖4a中由598 表示的包括膜190的第六多層帶595。由于這種膜190是相對(duì)薄的，例 如厚度在大約lO(im至大約100pm的范圍內(nèi)，所以它是相對(duì)脆弱的并 因此不需要較早地引入以確保在制造期間提高的燃料電池成品率。
第六多層帶595有效地包括如所示出的傳遞到測(cè)試站320的一連 串的自動(dòng)和連續(xù)組裝的燃料電池。
在圖3a中，從巻Rl至R7連續(xù)提供的材料示出為被適當(dāng)?shù)刂苯?供應(yīng)以形成帶400、 420、 450、 500、 530、 560、 590、 595。在實(shí)際中， 還方便地稱為預(yù)備臺(tái)的各種處理區(qū)(在圖3a和3b中未示出)包括在巻 R1至R7和帶400、 420、 450、 500、 530、 560、 590、 595之間。這些
處理區(qū)可操作以執(zhí)行各種功能，諸如以下功能中的一種或多種添加 結(jié)合劑、勾畫襯墊密封件、沖孔、使用機(jī)械切割刀刃切割孔、激光切
割孔、切斷連接突片以釋放用于組裝的電池600的單獨(dú)預(yù)準(zhǔn)備部件。
可選地，處理區(qū)能包括測(cè)試功能以確保各種功能已被正確地執(zhí)行，并 因此避免有缺陷的部件被組裝到燃料電池中?？蛇x地，處理區(qū)包括一個(gè)或多個(gè)預(yù)備臺(tái)，所述預(yù)備臺(tái)包括以下預(yù) 備臺(tái)中的一個(gè)或多個(gè)
(i) 用于將襯墊或密封件結(jié)合或模制到一個(gè)或多個(gè)材料層和/或預(yù) 制構(gòu)成部件的預(yù)備臺(tái)；
(ii) 用于機(jī)械地加工一個(gè)或多個(gè)材料層和/或構(gòu)成部件以使所述材 料層和/或構(gòu)成部件成形和/或使所述材料層和/或構(gòu)成部件變平的預(yù)備
臺(tái)
(iii) 用于在一個(gè)或多個(gè)材料層和/或構(gòu)成部件中切割一個(gè)或多個(gè) 孔口或孔的預(yù)備臺(tái)；
(iv) 用于處理一個(gè)或多個(gè)層和/或構(gòu)成部件的切割邊緣以使所述 切割邊緣鈍化而不被反應(yīng)物的一個(gè)或多個(gè)腐蝕或不與所述反應(yīng)物的一 個(gè)或多個(gè)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的預(yù)備臺(tái)；
(v) 用于將涂層添加到一個(gè)或多個(gè)層和/或構(gòu)成部件以激活和/或 鈍化所述層和/或構(gòu)成部件的預(yù)備臺(tái)；
(vi) 用于切割或以其它方式釋放一個(gè)或多個(gè)層和/或部件以將所 述層和/或部件從所述層和/或部件的各自的巻釋放的預(yù)備臺(tái)；
(vii) 用于研磨和/或拋光一個(gè)或多個(gè)材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件的 表面的預(yù)備臺(tái)；
(viii) 用于電拋光一個(gè)或多個(gè)材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件以提高所 述材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件的腐蝕保護(hù)性和/或?yàn)樗霾牧蠈雍?或預(yù) 制構(gòu)成部件提供可操作以表現(xiàn)較低接觸電阻的平滑表面的預(yù)備臺(tái)；
(ix) 用于清潔一個(gè)或多個(gè)材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件以從所述材 料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件去除污物的預(yù)備臺(tái)；以及
(x) 用于將焊接操作應(yīng)用到一個(gè)或多個(gè)材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件 的預(yù)備臺(tái)。
可選地，焊接操作包括用于將各種鋼板焊接到一起的激光焊接以 用于減少對(duì)襯墊例如腈和/或硅樹脂密封襯墊的需要。這種激光焊接易 于在燃料電池內(nèi)形成反應(yīng)物流場(chǎng)構(gòu)造，以用于提高其電力輸出能力和/或提供減小的反應(yīng)物通過(guò)其的流阻。
在圖4a中，通過(guò)組裝區(qū)310連續(xù)運(yùn)送在帶420、 450、 500、 530、 560、 590、 595中包括的包括在燃料電池中的各種層。通過(guò)輥410、 440、 470、 4卯、520、 550、 580、 593的作用將各種層結(jié)合到一起。如將在 之后說(shuō)明的，各種層中的多數(shù)包括空間功能部件，例如孔、模制的襯 墊和密封件、用于提供在操作中反應(yīng)物能流動(dòng)通過(guò)的通道的壓出區(qū)域。 襯墊和密封件可操作以提供可靠的密封，從而防止在操作中例如在車 輛和手提式電源中時(shí)反應(yīng)物從堆疊350泄漏出。
測(cè)試站320可操作以在包括在第六多層帶595中的燃料電池被組 裝以形成燃料電池堆350之前測(cè)試該燃料電池。特別重要的是，冷卻 網(wǎng)140、 460，氣體網(wǎng)材料170、 210、 540，以及包括在燃料電池中的 任何其它網(wǎng)層被正確地定位和加壓，從而在操作中例如操作時(shí)在以提
高的溫度運(yùn)行時(shí)和/或經(jīng)受壓力差時(shí)是尺寸穩(wěn)定的。雖然燃料電池的特 定設(shè)計(jì)被構(gòu)造成在大約-4(TC至大約20(TC范圍內(nèi)的溫度下操作，但是 堆疊350中的每個(gè)燃料電池可操作以在大約10(TC以下的額定工作溫度 時(shí)功能良好。然而，應(yīng)該正視的是，在操作期間燃料電池堆350還受 在其中存在的壓力梯度的影響。因此，測(cè)試站320執(zhí)行以下測(cè)試中的
一個(gè)或多個(gè)以建立燃料電池質(zhì)量和完整性
(a) 實(shí)施用于泄漏檢測(cè)的使用探漏氣體的壓力測(cè)試；增壓裝置被聯(lián) 接到形成在燃料電池中的入口和出口端口以在測(cè)試期間向燃料電池內(nèi) 施加過(guò)量壓力，這種過(guò)量壓力包括諸如氦氣的探漏氣體的應(yīng)用；氣體 探針以自動(dòng)的方式圍繞燃料電池的外周移動(dòng)以檢查任何諸如氦氣的探 漏氣體的局部泄漏；因此，識(shí)別了在各種層中的襯墊和模制密封件的 泄漏；
(b) 執(zhí)行重量測(cè)試，其中燃料電池被稱量以確保正確量的材料已經(jīng) 用于制造燃料電池，例如模制密封件已經(jīng)正確地形成以及過(guò)量模制襯 墊材料沒有過(guò)多地滲透到用以制造燃料電池的各種網(wǎng)和織網(wǎng)材料中；
(c) 實(shí)施一個(gè)或多個(gè)厚度測(cè)量，以確保燃料電池被正確地組裝到一
41起，例如從巻R1至R7供應(yīng)的帶、網(wǎng)和織網(wǎng)材料沒有扭曲或彎曲，所 述扭曲或彎曲可能對(duì)燃料電池的性能有害；
(d) 執(zhí)行輪廓測(cè)試，以確保形成燃料電池的各種層已經(jīng)正確地相互 對(duì)齊；有利地，使用例如軟X-射線的(倫琴)X-射線沿與圍繞燃料電池
的周邊的激光輻射和/或各種層的平面基本上垂直的方向執(zhí)行這種輪廓
測(cè)試；這種輪廓測(cè)試在與燃料電池的主面平行地實(shí)施時(shí)還能夠提供厚 度測(cè)試；以及
(e) 執(zhí)行燃料電池的電連接端子之間的電阻測(cè)試，以檢査任何內(nèi)在 的短路或斷路，當(dāng)被組裝到堆疊350中時(shí)所述短路或斷路不利地影響 燃料電池性能。
優(yōu)選地，測(cè)試站320通過(guò)以下步驟中的一個(gè)或多個(gè)步驟可操作地 測(cè)試燃料電池操作
(f) 通過(guò)在過(guò)量壓力下將流體施加到燃料電池以壓力測(cè)試燃料電 池并識(shí)別該燃料電池中的任何泄漏的發(fā)生，來(lái)測(cè)試燃料電池；
(g) 通過(guò)稱量燃料電池以確定該燃料電池的重量是否在給定范圍 內(nèi)、或在給定的閾值重量之上和/或之下，來(lái)測(cè)試燃料電池；
(h) 通過(guò)測(cè)量燃料電池的一個(gè)或多個(gè)物理尺寸以確定燃料電池是 否已經(jīng)分別被正確地組裝到一起，來(lái)測(cè)試燃料電池；
(i) 通過(guò)光學(xué)探測(cè)燃料電池以確保該燃料電池的層和/或構(gòu)成部件 已經(jīng)被正確地相互對(duì)齊，來(lái)測(cè)試燃料電池；
(i)通過(guò)在燃料電池上執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)電測(cè)量以確定斷路故障、短 路故障和/或電池電阻故障，來(lái)測(cè)試燃料電池；
(k)通過(guò)對(duì)燃料電池應(yīng)用"嗅聞法"或化學(xué)檢測(cè)測(cè)試以用于檢測(cè)由 燃料電池制造殘留的不期望物質(zhì)的痕量，來(lái)測(cè)試燃料電池；
(1)測(cè)試燃料電池以測(cè)試包括在燃料電池內(nèi)的電極室之間的泄漏， 所述測(cè)試還包括堵住電極室的電極的出口、將反應(yīng)物供應(yīng)到電極室、 以及監(jiān)測(cè)由燃料電池產(chǎn)生的輸出電勢(shì)的步驟；
(m)通過(guò)在過(guò)量壓力下施加嗅聞氣體和/或探漏氣體，例如所述氣 體優(yōu)選為含5%氫氣的氮?dú)?，并通過(guò)使用氣體感測(cè)設(shè)備檢測(cè)所述嗅聞氣體和/或探漏氣體從燃料電池到該燃料電池周圍的任何泄漏，來(lái)測(cè)試燃 料電池的泄漏；
(n)響應(yīng)于通過(guò)燃料電池部件、半燃料電池或完整燃料電池的液體 和/或氣體的流來(lái)測(cè)試發(fā)生在所述燃料電池部件、所述半燃料電池或所 述完整燃料電池中的壓力下降；以及
(O)響應(yīng)于通過(guò)燃料電池部件、半燃料電池或完整燃料電池的液體 和/或氣體的流來(lái)測(cè)試所述燃料電池部件、所述半燃料電池或所述完整 燃料電池的流特征。
在步驟(k)和(m)中，有利地能采用諸如氦氣、或氫氣稀釋在氮?dú)庵?的混合物的嗅聞氣體；優(yōu)選地，采用基本上5%的氫氣稀釋在氮?dú)庵械?混合物。有利地，在預(yù)備臺(tái)中，每個(gè)燃料電池被測(cè)試以識(shí)別例如在制 造在燃料電池內(nèi)的膜中和/或在制造在燃料電池內(nèi)的反應(yīng)物流分配裝置 中的陽(yáng)電極和陰電極之間的泄漏；可選地通過(guò)借助于第一氣體將相對(duì) 小的且可變的第一過(guò)量壓力施加到每個(gè)電池的第一電極反應(yīng)物腔中、 并且借助于第二氣體將相對(duì)小的且可變的第二過(guò)量壓力施加到每個(gè)燃 料電池的第二電極反應(yīng)物腔中、然后檢測(cè)由于第一氣體和第二氣體的 一個(gè)或多個(gè)泄漏而混合的發(fā)生，來(lái)執(zhí)行這種測(cè)試。有利地，第一氣體 和第二氣體分別是氫氣和氮?dú)?。而且，第一過(guò)量壓力和第二過(guò)量壓力 可選地相互不同。
在測(cè)試站320中，發(fā)現(xiàn)有缺陷的燃料電池110有利地與發(fā)現(xiàn)完好 的和功能良好的燃料電池110相互分開。
如之前說(shuō)明的，可選地在設(shè)備300內(nèi)能較早地實(shí)施測(cè)試站320的 特定功能，例如以在制造期間在要之后添加的不被模糊地觀察到的其 它層的階段處較早地預(yù)測(cè)試部件或測(cè)試燃料電池110。例如，優(yōu)選地如 在圖3中所示在設(shè)備中而不是在測(cè)試站320處較早地執(zhí)行使用照相機(jī) 和光學(xué)成像用于檢査冷卻網(wǎng)和襯墊密封件對(duì)齊的檢查。而且，有利地， 在分離站330之后還執(zhí)行特定測(cè)試功能。在分離站330中，所組裝的燃料電池通過(guò)切割操作或類似工藝相
互分離。有利地，在分離站330處例如通過(guò)使用磁性?shī)A鉗或可替代移 除機(jī)構(gòu)移除通過(guò)在測(cè)試站320處較早的測(cè)試標(biāo)記為有缺陷的燃料電池。 然后，分離的完好燃料電池110被傳送到堆疊站340，燃料電池110在 該堆疊站340處被自動(dòng)地且連續(xù)組裝以形成如在圖5中所示的燃料電 池堆350，其中由600來(lái)表示單個(gè)的燃料電池?？蛇x地，組裝的堆疊 350經(jīng)受進(jìn)一步的最終檢查和測(cè)試以確保在堆疊期間和在實(shí)施燃料電 池之間的電連接和反應(yīng)物通道時(shí)沒有引入缺陷；例如，理想的是檢查 膜190是完好的且沒有剌孔，并且檢査密封襯墊130、 135、 160、 220 是流體或液體不能通過(guò)其滲透的。如在圖5中所示，燃料電池堆350 在堆疊350的端部區(qū)域設(shè)置有端板610并包括添加以將每個(gè)堆疊350 結(jié)合在一起細(xì)長(zhǎng)螺栓620或相似類型的緊固件；可替代地，燃料電池 600被堆疊在例如塑料材料模制容器的容器中， 一個(gè)或多個(gè)端板添加到 該容器上；更優(yōu)選地，這種容器具有燃料電池的彈力卡扣配合保持力， 以避免采用螺栓將燃料電池600的堆疊結(jié)合在一起的需要?？蛇x地， 一個(gè)或多個(gè)端板是彈簧夾等，彈力接合到這種塑料材料模制容器中， 從而避免在燃料電池堆組裝期間使用螺釘?shù)男枰虼藴p小了生產(chǎn)時(shí) 間和需要被相互組裝的構(gòu)成部件的數(shù)目。
有利地，這種端板610包括用于當(dāng)操作時(shí)將電力從堆疊350引出 的電連接件630、以及用于將反應(yīng)物和冷卻劑的流聯(lián)接到堆疊350并且 用于將反應(yīng)副產(chǎn)物和冷卻劑從堆疊350移除的流體和/或氣體聯(lián)接連接 件640、 650、 660。可選地，細(xì)長(zhǎng)螺栓620包括在端板610的角部處， 并且相應(yīng)的孔形成在燃料電池600的各種層中以用于容納螺栓620;因 此，每個(gè)燃料電池600的中央?yún)^(qū)域可用于提供用于提供到形成堆疊350 的燃料電池600的反應(yīng)物的反應(yīng)區(qū)域。
由于設(shè)備300以連續(xù)的方式起作用，所以燃料電池600和該燃料 電池600的相關(guān)的堆疊350易于重復(fù)生產(chǎn)并統(tǒng)一制造質(zhì)量，因此確保
44高的產(chǎn)品質(zhì)量。而且，測(cè)試站320提供進(jìn)一步的檢查，由燃料電池600
提供高質(zhì)量和可靠的性能。
分離站330優(yōu)選包括旋轉(zhuǎn)切割輪或往復(fù)切割刀刃。這些切割輪和 切割刀刃被布置成在燃料電池600被分離時(shí)不對(duì)其加壓以避免扭曲結(jié) 合在燃料電池600中的網(wǎng)和網(wǎng)格。在設(shè)備300中，從巻R1至R7提供 的材料在被適當(dāng)?shù)靥砑拥綆?20、 450、 500、 530、 560、 5卯、595之 前可選地例如通過(guò)沖壓或切割操作而預(yù)先形成圖案。而且，密封襯墊 和間隔層可選地以逐步連續(xù)的方式模制到從巻R1至R7提供的材料上； 例如，硅樹脂密封材料能夠在借助于輥470、 550結(jié)合到帶450、 530 上之前被模制到從巻R3、 R5提供的網(wǎng)和織網(wǎng)材料上。在燃料電池600 內(nèi)采用的密封件可選地具有小于大約lmm、例如在大約O.lmm至大約 0.8mm的范圍內(nèi)的厚度。
在組裝區(qū)310中，在巻Rl至R7和帶420、 450、 500、 530、 560、 590、 595之間的區(qū)域包括應(yīng)用到從巻R1至R7中的一個(gè)或多個(gè)的引出 的材料的各種形式的表面處理。這種處理能夠包括化學(xué)激活表面和/或 抵抗在操作中的腐蝕和/或鈍化表面的表面處理?？蛇x地，以易于避免 金屬顆粒尺寸改變的速度執(zhí)行切入材料的孔或穿孔，金屬顆粒尺寸的 改變將導(dǎo)致能發(fā)生提高的腐蝕的位置。優(yōu)選地，使用相對(duì)大直徑的切 割刀具或線性往復(fù)刀具以相對(duì)于材料平面的垂線的淺角進(jìn)行在材料中 的切割。如果可能，優(yōu)選地，已經(jīng)實(shí)施切割之處的暴露的邊緣例如切 入上述網(wǎng)或織網(wǎng)材料的孔被局部化學(xué)處理、保護(hù)和/或以其它方式鈍化， 從而減少腐蝕的發(fā)生。
燃料電池600可選地關(guān)于帶400基本上對(duì)稱地構(gòu)建，該帶400被 構(gòu)造成填充材料板，例如在圖2a中所示的填充材料板132。隨后的制 造步驟被布置成構(gòu)造上述冷卻單元或腔。這種形式的構(gòu)造在減小在每 個(gè)燃料電池600中并因此在相應(yīng)的燃料電池堆350中引起的機(jī)械應(yīng)力 方面是有利的，從而提高了操作可靠性。雖然如在圖3a中所示形成燃料電池600的各種層被示出為在帶 595中，但是將認(rèn)識(shí)到形成燃料電池600的層被形成圖案或以其它方式 形成以提供兩個(gè)反應(yīng)物腔、 一個(gè)電極區(qū)域和一個(gè)冷卻腔。兩個(gè)反應(yīng)物 腔包括在電極區(qū)域的兩側(cè)處。冷卻腔位于陽(yáng)極側(cè)或陰極側(cè)或者位于電 極兩側(cè)。然而，從機(jī)械的觀點(diǎn)來(lái)看，冷卻腔有利地例如基本上在燃料 電池600的中央。巻Rl至R7中的一個(gè)或多個(gè)可選地包括燃料電池600 的預(yù)準(zhǔn)備構(gòu)成部件；例如，巻R1至R7中的一個(gè)或多個(gè)可包括以下中
至少一個(gè)
(a) 保持在載體上的預(yù)制備構(gòu)成部件；
(b) 由不完全連接件保持在一起的預(yù)制備構(gòu)成部件，當(dāng)構(gòu)成部件在
組裝區(qū)310中被添加到它們各自的帶中時(shí)所述不完全連接件
則被切斷。
可選地，除了在制造燃料電池600中采用的網(wǎng)部件的可操作以暴 露于例如諸如甲垸、丙垸、氫氣、空氣或氧氣的氣體的反應(yīng)物的活性 區(qū)域外，所述網(wǎng)部件預(yù)填充有密封材料；這種制造方式易于提供如在 圖2b中示出的密封件，其中增加的壓縮力最先使更具彈性的部件例如 注射硅樹脂、或者覆蓋和/或結(jié)合的硅樹脂或類似片變形，以提供流體 和/或液體密封，使得由壓縮力導(dǎo)致的此變形最終由更具剛性的網(wǎng)材料 在尺寸上抵抗。密封材料可選地注射或噴射到這種網(wǎng)和織網(wǎng)材料部件 中?？蛇x地，使用熱熔性粘合劑、模制、噴射等來(lái)實(shí)施密封件和襯墊； 例如，這種密封件和襯墊可以在輥的表面上制備，然后從那里傳輸?shù)?形成燃料電池600的層；以在圖2b中所示的方式有利地實(shí)施這種密封 件。
接下來(lái)參照燃料電池600的基本構(gòu)造，可選地，電池600例如被 制造成具有基本類似于在公布的PCT申請(qǐng)no.W02004/027910中描述 的燃料電池的形式，在所述PCT申請(qǐng)中各種層被堆疊在一起以形成具 有形成或切入其中的孔、通道和腔以形成流體通道、腔和空腔的迷宮的燃料電池。
可選地，在組裝區(qū)310中，諸如網(wǎng)部件的特定構(gòu)成部件的機(jī)器人 處理可選地與基本上連續(xù)的生產(chǎn)工藝聯(lián)合地使用。例如，膜190是可 能的脆弱部件，但是這種脆弱性取決于其制造方式；可選地，有利的 是使用機(jī)器人等處理將膜190以例如利用光學(xué)反饋以確保精確定位和 覆蓋的精密的方式來(lái)組裝到合適的位置中。可選地，這種機(jī)器人處理 能夠在有效的連續(xù)操作中實(shí)施。
在圖3a中，設(shè)備300示出為包括在測(cè)試站320之前的組裝區(qū)310。 將認(rèn)識(shí)到這種區(qū)和站能夠被至少部分地合并，使得在組裝區(qū)310內(nèi)實(shí) 施測(cè)試站320的至少一部分。例如，有利地，在試圖添加膜190和其 相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)格和電極之前，在帶590上執(zhí)行測(cè)試以檢査有缺陷的燃料 電池制品，該膜190相對(duì)于在制造燃料電池110中采用的其它部件的 成本而言通常是昂貴的部件；在有缺陷的燃料電池在帶590中被識(shí)別 的情況中，設(shè)備300有利地可操作以制止將膜190施加到其上，并且 有缺陷的燃料電池被允許傳送到分離站330;有缺陷的燃料電池在分離 站330處丟棄，或者被修復(fù)以隨后重新引入組裝區(qū)310。
雖然在前面參照?qǐng)D2a、 3a、 4a描述了制造燃料電池100的方法， 但是將認(rèn)識(shí)到，組裝區(qū)310可選地以可替代的構(gòu)造實(shí)施。例如，組裝 區(qū)310的巻Rl至R7易于被如在圖3b中示出地那樣設(shè)置；為了簡(jiǎn)化沒 有示出與巻Rl至R7相關(guān)聯(lián)的各種輥。通過(guò)采用如在圖3b中所示的組 裝區(qū)310，以如圖4b中示出的順序組裝燃料電池110，其中包括由420、 430、 460、 480表示的——在圖2a中由120、 135、 132、 150、 160、 140表示的——冷卻腔的帶530后面有
(a) 帶710，在圖2a中由170表示的網(wǎng)540已經(jīng)從第一巻R5添加 到該帶710;
(b) 帶720，在圖2a中由160表示的電池襯墊材料570已經(jīng)從巻 R6添加到該帶720;
47(c) 帶730，與在圖2a中的膜190和網(wǎng)格180、 200類似的包括網(wǎng) 格、電極和離子輸送膜的組件598已經(jīng)從巻R7添加到該帶730;
(d) 帶740，在圖2a中由210表示的網(wǎng)540已經(jīng)從第二巻R5添加 到該帶740;
(e) 帶750，在圖2a中由220表示的電池襯墊材料570已經(jīng)從巻 R6添加到該帶750。
包括在帶750中的燃料電池110的區(qū)別之處在于，該燃料電池沒 有如在圖4a中示出那樣關(guān)于冷卻單元對(duì)稱地構(gòu)建。而在圖4b中應(yīng)力 不是如以在圖4a中所示的方式平衡，圖4b示出了燃料電池110的制造， 從而為了進(jìn)行燃料電池測(cè)試和質(zhì)量控制的目的，燃料電池110在測(cè)試 站320中容易地由臨時(shí)頂板覆蓋。而且，如根據(jù)圖4b制造的燃料電池 110的有利之處在于，該燃料電池能夠利用其堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)板480處理， 而如根據(jù)圖4a制造的燃料電池110使其膜組件598暴露于可能的損壞， 直到被組裝到堆疊350中。
在不偏離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，對(duì)在前 面描述的本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行變形是可能的。
用來(lái)描述和主張本發(fā)明的表述諸如"包含"、"包括"、"結(jié)合"、 "由…構(gòu)成"、"具有"、"是"用來(lái)以非排他的方式解釋，即也允許沒
有明確描述的物體、部件或元件存在。單數(shù)的引用也解釋為涉及復(fù)數(shù)。
包括在所附權(quán)利要求中的括號(hào)內(nèi)的數(shù)字用來(lái)輔助權(quán)利要求的理 解，不應(yīng)該認(rèn)為以任何方式限定由這些權(quán)利要求所述的主題。
權(quán)利要求
1. 一種基本上連續(xù)制造燃料電池(110、600)的方法，所述燃料電池(110、600)可從所述燃料電池(110、600)中的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物的反應(yīng)產(chǎn)生電力，其中每個(gè)燃料電池(110、600)包括以堆疊的構(gòu)造組裝和/或?qū)盈B到一起的多個(gè)構(gòu)成部件(420、430、460、480、540、570、598)，所述方法包括以下步驟(a)提供用于制造所述燃料電池(110、600)的材料和/或預(yù)制構(gòu)成部件的多個(gè)卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)；(b)以基本上連續(xù)的方式，漸進(jìn)地組裝和/或?qū)盈B來(lái)自所述多個(gè)卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)的材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件，以制造一連串的所述燃料電池(110、600)或所述燃料電池的部件；(c)將測(cè)試程序(320)應(yīng)用到所述一連串的所述燃料電池(110、600)或所述燃料電池的部件，以識(shí)別一個(gè)或多個(gè)功能良好的燃料電池(110、600)或所述一個(gè)或多個(gè)功能良好的燃料電池(110、600)的部件；以及(d)將所述一個(gè)或多個(gè)功能良好的燃料電池(110、600)相互分離成單獨(dú)的燃料電池(110、600)、所述燃料電池的部件或這種燃料電池的群(350)，用于隨后使用。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中在步驟(b)中，組裝從為每個(gè) 燃料電池(IIO、 600)提供結(jié)構(gòu)剛度的大致中心層(132、 420)開始。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述中心層(132、 420)是所 述燃料電池(IIO、 600)中的每一個(gè)的大致剛性結(jié)構(gòu)層，或是所述燃料電 池(IIO、 600)中的每一個(gè)的中心腔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(b)包括在材料層和/或 預(yù)制構(gòu)成部件被組裝和/或?qū)盈B以形成所述一連串的燃料電池(110、600) 之前和/或同時(shí)，將所述材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件供應(yīng)到一個(gè)或多個(gè)預(yù) 備工藝。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)備工藝包括以 下工藝中的一個(gè)或多個(gè)(e) 將襯墊或密封件結(jié)合或模制到一個(gè)或多個(gè)所述材料層和/或預(yù) 制構(gòu)成部件；(f) 機(jī)械地加工一個(gè)或多個(gè)所述材料層和/或構(gòu)成部件以使所述材 料層和/或構(gòu)成部件成形和/或使所述材料層和/或構(gòu)成部件變平；(g) 在一個(gè)或多個(gè)所述材料層和/或構(gòu)成部件中切割一個(gè)或多個(gè)孔 口或孔；(h) 處理一個(gè)或多個(gè)所述層和/或構(gòu)成部件的切割邊緣，以使所述 切割邊緣鈍化而不被反應(yīng)物中的一個(gè)或多個(gè)腐蝕或不與所述反應(yīng)物中 的一個(gè)或多個(gè)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；(i) 將涂層添加到一個(gè)或多個(gè)所述層和/或構(gòu)成部件，以激活和/或 鈍化所述層和/或構(gòu)成部件；(D切割或以其它方式釋放一個(gè)或多個(gè)所述層和/或部件，以將所 述層和/或部件從所述層和/或部件的相應(yīng)的巻釋放；(k)研磨和/或拋光一個(gè)或多個(gè)所述材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件的 表面；(1)電拋光一個(gè)或多個(gè)所述材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件，以提高所 述材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件的腐蝕保護(hù)性和/或?yàn)樗霾牧蠈雍?或預(yù) 制構(gòu)成部件提供可操作以表現(xiàn)較低接觸電阻的平滑表面；(m)清潔一個(gè)或多個(gè)所述材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件，以從所述材 料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件去除污物；以及(n)將焊接操作應(yīng)用到一個(gè)或多個(gè)所述材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(c)包括 至少一個(gè)測(cè)試操作，該測(cè)試操作包括以下測(cè)試操作中的一個(gè)或多個(gè)(o)通過(guò)在過(guò)量壓力下將流體施加到所述燃料電池(110、 600)以壓 力測(cè)試所述燃料電池(110、 600)并識(shí)別所述燃料電池(110、 600)中的任何泄漏的發(fā)生，來(lái)測(cè)試所述燃料電池(110、 600);(p)通過(guò)稱量所述燃料電池(110、 600)以確定所述燃料電池(110、 600)的重量是否在給定范圍內(nèi)、或在給定的閾值重量之上和/或之下， 來(lái)測(cè)試所述燃料電池(IIO、 600);(q)通過(guò)測(cè)量所述燃料電池(IIO、 600)的一個(gè)或多個(gè)物理尺寸以確 定所述燃料電池(IIO、 600)是否已經(jīng)分別被正確地組裝到一起，來(lái)測(cè)試 所述燃料電池(IIO、 600);(r)通過(guò)光學(xué)探測(cè)所述燃料電池(IIO、 600)以確保所述燃料電池 (110、 600)的層和/或構(gòu)成部件已經(jīng)被正確地相互對(duì)齊，來(lái)測(cè)試所述燃料 電池(IIO、 600);(s)通過(guò)在所述燃料電池(IIO、 600)上執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)電測(cè)量以確 定斷路故障、短路故障和/或電池電阻故障，來(lái)測(cè)試所述燃料電池(IIO、600);(t)通過(guò)對(duì)所述燃料電池(IIO、 600)應(yīng)用"嗅聞法"或化學(xué)檢測(cè)測(cè) 試以用于檢測(cè)由燃料電池制造工藝殘留的不期望物質(zhì)的痕量，來(lái)測(cè)試 所述燃料電池(IIO、 600);以及(u)測(cè)試所述燃料電池(110、600)以測(cè)試包括在所述燃料電池(110、 600)內(nèi)的電極室之間的泄漏，所述測(cè)試還包括堵住所述電極室的電極的 出口、將反應(yīng)物供應(yīng)到所述電極室、以及監(jiān)測(cè)由所述燃料電池產(chǎn)生的 輸出電勢(shì)的步驟；(v)通過(guò)在過(guò)量壓力下施加嗅聞氣體和/或探漏氣體，例如所述氣 體優(yōu)選為含5%氫氣的氮?dú)?，并通過(guò)使用氣體感測(cè)設(shè)備檢測(cè)所述嗅聞氣 體和/或探漏氣體從所述燃料電池到所述燃料電池周圍的任何泄漏，來(lái) 測(cè)試所述燃料電池的泄漏；(w)響應(yīng)于通過(guò)燃料電池部件、半燃料電池或完整燃料電池的液 體和/或氣體的流來(lái)測(cè)試發(fā)生在所述燃料電池部件、所述半燃料電池或 所述完整燃料電池中的壓力下降；以及(x)響應(yīng)于通過(guò)燃料電池部件、半燃料電池或完整燃料電池的液體 和/或氣體的流來(lái)測(cè)試所述燃料電池部件、所述半燃料電池或所述完整 燃料電池的流特征。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中步驟(o)或步驟(v)包括以下步驟(y)在過(guò)量壓力下將探漏氣體施加到每個(gè)所述燃料電池(110、 600);以及(z)使用一個(gè)或多個(gè)探漏氣體探針圍繞每個(gè)所述燃料電池(110、 600)的外周進(jìn)行空間采樣，以檢査所述探漏氣體從所述燃料電池(IIO、 600)的局部泄漏。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中步驟(r)包括以下步驟中的一 個(gè)或多個(gè)(aa)使用圍繞每個(gè)燃料電池(IIO、 600)的周邊區(qū)域和/或在所述燃 料電池(IIO、 600)中形成的孔口和/孔處的一個(gè)或多個(gè)光輻射束，光學(xué)探 測(cè)所述燃料電池(IIO、 600);以及(bb)使用(倫琴)X-射線執(zhí)行包括在每個(gè)燃料電池(llO、 600)中的所 述層和/或構(gòu)成部件的成像，以檢測(cè)在制造期間所述層和/或構(gòu)成部件中 發(fā)生的故障或缺陷。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，包括以下步驟使材料和/或構(gòu)成部件從所述多個(gè)巻(Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7)的 輸送相互同步，以確保在所述燃料電池(IIO、 600)中所述材料和/或構(gòu)成 部件的相互精確的對(duì)齊。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，包括以下步驟 在所述材料和/或構(gòu)成部件中形成孔、通道和腔，從而為所述燃料電池 (110、 600)提供一個(gè)或多個(gè)路徑，當(dāng)所述燃料電池(IIO、 600)在操作中 時(shí)，所述一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物可流過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)路徑。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中形成所述孔、通道和腔的 所述步驟使所述燃料電池(IIO、 600)能夠被組裝到相應(yīng)的燃料電池堆(350)中，每個(gè)所述堆(350)易于由一個(gè)或多個(gè)端板(610)終止，電連接件 (630)和流體和/或氣體連接件(640、 650、 660)設(shè)置在所述端板(610)處。
12. —種基本上連續(xù)制造燃料電池(IIO、 600)的方法，所述燃料電 池(IIO、 600)可從所述燃料電池(110、 600)中的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物的反 應(yīng)產(chǎn)生電力，其中每個(gè)燃料電池(IIO、 600)包括以堆疊的構(gòu)造組裝和/ 或?qū)盈B到一起的多個(gè)構(gòu)成部件(420、 430、 460、 480、 540、 570、 598)， 所述方法包括以下步驟(a) 提供用于制造所述燃料電池(IIO、 600)或所述燃料電池(110、 600)的部件的材料和/或預(yù)制構(gòu)成部件的多個(gè)巻(Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7);(b) 以基本上連續(xù)的方式，漸進(jìn)地組裝和/或?qū)盈B來(lái)自所述多個(gè)巻 (Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7)的材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件，以制 造一連串的所述燃料電池(IIO、 600)或所述燃料電池(110、 600)的部件；以及(c) 將所述一個(gè)或多個(gè)功能良好的燃料電池(IIO、 600)相互分離成 單獨(dú)的燃料電池(IIO、 600)、所述燃料電池的部件或這種燃料電池的群 (350)，用于隨后使用。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中在步驟(b)中，組裝從為每 個(gè)所述燃料電池(IIO、 600)提供結(jié)構(gòu)剛度的大致中心層(132、 420)開始， 所述中心層(132、 420)是所述燃料電池(110、 600)中的每一個(gè)的大致剛 性結(jié)構(gòu)層，或是所述燃料電池(IIO、 600)中的每一個(gè)的中心腔。
14. 一種可基本上連續(xù)制造燃料電池(IIO、 600)的設(shè)備(300)，所述 燃料電池(IIO、 600)可從所述燃料電池(110、 600)中的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng) 物的反應(yīng)產(chǎn)生電力，并且其中每個(gè)所述燃料電池(IIO、 600)包括以堆疊 的構(gòu)造組裝和/或?qū)盈B到一起的多個(gè)構(gòu)成部件(420、 430、 460、 480、 540、 570、 598)，所述設(shè)備(300)包括(a)安裝裝置，所述安裝裝置用于接納用于制造所述燃料電池(110、 600)或所述燃料電池(110、 600)的部件的材料和/或預(yù)制構(gòu)成部件 的多個(gè)巻(R1、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7);(b) —個(gè)或多個(gè)組裝裝置(410、 440、 470、 4卯、520、 550、 580、 593)，所述一個(gè)或多個(gè)組裝裝置(410、 440、 470、 490、 520、 550、 580、 593)可以基本上連續(xù)的方式漸進(jìn)地組裝和/或?qū)盈B來(lái)自所述多個(gè)巻(Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7)的材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件，以制造一連 串的所述燃料電池(IIO、 600)或一連串的所述燃料電池(110、 600)的部 件；(c) 測(cè)試裝置(320)，所述測(cè)試裝置(320)可將測(cè)試程序應(yīng)用到所述 一連串的所述燃料電池(UO、 600)或所述燃料電池(110、 600)的部件， 以識(shí)別一個(gè)或多個(gè)功能良好的燃料電池(IIO、 600)或所述一個(gè)或多個(gè)功 能良好的燃料電池(IIO、 600)的部件；以及(d) 分離裝置(330)，所述分離裝置(330)可將所述一個(gè)或多個(gè)功能 良好的燃料電池(IIO、 600)相互分離成單獨(dú)的燃料電池(110、 600)、所 述燃料電池的部件或這種燃料電池(110、600)的群(350)，用于隨后使用。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備(300)，其中所述設(shè)備(300)可從為 每個(gè)燃料電池(IIO、 600)提供結(jié)構(gòu)剛度的大致中心層(132、 420)開始。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備(300)，其中所述設(shè)備(300)可制造 所述一連串的燃料電池(IIO、 600)，使得所述中心層(132、 420)是所述 燃料電池(IIO、 600)中的每一個(gè)的大致剛性結(jié)構(gòu)層，或是所述燃料電池 (110、 600)中的每一個(gè)的中心腔。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備(300)，其中所述設(shè)備(300)包括一 個(gè)或多個(gè)預(yù)備臺(tái)，所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)備臺(tái)可接收來(lái)自所述巻(R1、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7)的材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件，以用于在被組裝 和/或?qū)盈B以形成所述一連串的所述燃料電池(110、 600)之前和/或同時(shí) 進(jìn)行預(yù)備工藝。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備(300)，其中所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)備 臺(tái)包括以下預(yù)備臺(tái)中的一個(gè)或多個(gè)(e) 用于將襯墊或密封件結(jié)合或模制到一個(gè)或多個(gè)所述材料層和/ 或預(yù)制構(gòu)成部件的預(yù)備臺(tái)；(f) 用于機(jī)械地加工一個(gè)或多個(gè)所述材料層和/或構(gòu)成部件以使所 述材料層和/或構(gòu)成部件成形和/或使所述材料層和/或構(gòu)成部件變平的 預(yù)備臺(tái)；(g) 用于在一個(gè)或多個(gè)所述材料層和/或構(gòu)成部件中切割一個(gè)或多 個(gè)孔口或孔的預(yù)備臺(tái)；(h) 用于處理一個(gè)或多個(gè)所述層和/或構(gòu)成部件的切割邊緣以使所 述切割邊緣鈍化而不被所述反應(yīng)物中的一個(gè)或多個(gè)腐蝕或不與所述反 應(yīng)物中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的預(yù)備臺(tái)；(i) 用于將涂層添加到一個(gè)或多個(gè)所述層和/或構(gòu)成部件以激活和/ 或鈍化所述層和/或構(gòu)成部件的預(yù)備臺(tái)；(D用于切割或以其它方式釋放一個(gè)或多個(gè)所述層和/或部件以將 所述層和/或部件從所述層和/或部件的相應(yīng)的巻(Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7)釋放的預(yù)備臺(tái)；(k)用于研磨和/或拋光一個(gè)或多個(gè)所述材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部 件的表面的預(yù)備臺(tái)；(1)用于電拋光一個(gè)或多個(gè)所述材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件以提高 所述材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件的腐蝕保護(hù)性和/或?yàn)樗霾牧蠈雍?或 預(yù)制構(gòu)成部件提供可表現(xiàn)較低接觸電阻的平滑表面的預(yù)備臺(tái)；(m)用于清潔一個(gè)或多個(gè)所述材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件以從所述 材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件去除污物的預(yù)備臺(tái)；以及(n)用于將焊接操作應(yīng)用到一個(gè)或多個(gè)所述材料層和/或預(yù)制構(gòu)成 部件的預(yù)備臺(tái)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14至18所述的設(shè)備(300)，其中所述測(cè)試裝置 (320)可通過(guò)以下測(cè)試中的一個(gè)或多個(gè)來(lái)測(cè)試所述燃料電池(110、 600)的操作(o)通過(guò)在過(guò)量壓力下將流體施加到所述燃料電池(110、 600)以壓 力測(cè)試所述燃料電池(110、 600)并識(shí)別所述燃料電池(110、 600)中的任 何泄漏的發(fā)生，來(lái)測(cè)試所述燃料電池(IIO、 600);(p)通過(guò)稱量所述燃料電池(IIO、 600)以確定所述燃料電池(110、 600)的重量是否在給定范圍內(nèi)、或在給定的閾值重量之上和/或之下， 來(lái)測(cè)試所述燃料電池(IIO、 600);(q)通過(guò)測(cè)量所述燃料電池(IIO、 600)的一個(gè)或多個(gè)物理尺寸以確 定所述燃料電池(IIO、 600)是否已經(jīng)分別被正確地組裝到一起，來(lái)測(cè)試 所述燃料電池(IIO、 600);(r)通過(guò)光學(xué)探測(cè)所述燃料電池(IIO、 600)以確保所述燃料電池 (110、 600)的層和/或構(gòu)成部件已經(jīng)被正確地相互對(duì)齊，來(lái)測(cè)試所述燃料 電池(IIO、 600);(s)通過(guò)在所述燃料電池(IIO、 600)上執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)電測(cè)量以確 定斷路故障、短路故障和/或電池電阻故障，來(lái)測(cè)試所述燃料電池(IIO、600);(t)通過(guò)對(duì)所述燃料電池(IIO、 600)應(yīng)用"嗅聞法"或化學(xué)檢測(cè)測(cè) 試以用于檢測(cè)由燃料電池制造工藝殘留的不期望物質(zhì)的痕量，來(lái)測(cè)試 所述燃料電池(IIO、 600);(u)測(cè)試所述燃料電池(110、600)以測(cè)試包括在所述燃料電池(110、 600)內(nèi)的電極室之間的泄漏，所述測(cè)試還包括堵住所述電極室的電極的 出口、將反應(yīng)物供應(yīng)到所述電極室、以及監(jiān)測(cè)由所述燃料電池產(chǎn)生的 輸出電勢(shì)的步驟；(v)通過(guò)在過(guò)量壓力下施加嗅聞氣體和/或探漏氣體，例如所述氣 體優(yōu)選為含5%氫氣的氮?dú)?，并通過(guò)使用氣體感測(cè)設(shè)備檢測(cè)所述嗅聞氣 體和/或探漏氣體從所述燃料電池到所述燃料電池周圍的任何泄漏，來(lái) 測(cè)試所述燃料電池的泄漏；O)響應(yīng)于通過(guò)燃料電池部件、半燃料電池或完整燃料電池的液 體和/或氣體的流來(lái)測(cè)試發(fā)生在所述燃料電池部件、所述半燃料電池或所述完整燃料電池中的壓力下降；以及(x)響應(yīng)于通過(guò)燃料電池部件、半燃料電池或完整燃料電池的液體和/或氣體的流來(lái)測(cè)試所述燃料電池部件、所述半燃料電池或所述完整 燃料電池的流特征。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備(300)，其中所述測(cè)試裝置(320) 可操作以(y)在過(guò)量壓力下將探漏氣體施加到每個(gè)所述燃料電池(IIO、 600);以及(z)使用一個(gè)或多個(gè)探漏氣體探針圍繞每個(gè)所述燃料電池(IIO、 600)的外周進(jìn)行空間采樣，以檢査所述探漏氣體從所述燃料電池(IIO、 600)的局部泄漏。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備(300)，其中所述測(cè)試裝置(300)可操作以(aa)使用圍繞每個(gè)燃料電池(IIO、 600)的周邊區(qū)域和/或在所述燃 料電池(IIO、 600)中形成的孔口和/孔處的一個(gè)或多個(gè)光輻射束，光學(xué)探 測(cè)所述燃料電池(IIO、 600);以及/或者(bb)使用(倫琴)X-射線執(zhí)行包括在每個(gè)燃料電池(llO、 600)中的所 述層和/或構(gòu)成部件的成像，以檢測(cè)在制造期間所述層和/或構(gòu)成部件中 發(fā)生的故障或缺陷。
22. 根據(jù)權(quán)利要求14至21中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備(300)，其中所 述設(shè)備(300)包括同步裝置，所述同步裝置用于在操作中使材料和/或構(gòu) 成部件從所述多個(gè)巻(R1、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7)的輸送相互同步， 以確保在所述燃料電池(110、600)中所述層和/或構(gòu)成部件的相互精確的 對(duì)齊。
23. 根據(jù)權(quán)利要求14至22中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備(300)，其中所 述設(shè)備(300)包括工具，所述工具可在所述材料和/或構(gòu)成部件中形成 孔、通道和腔，從而為所述燃料電池(IIO、 600)提供一個(gè)或多個(gè)路徑， 當(dāng)所述燃料電池(IIO、 600)在操作中時(shí)，所述一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物可流過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)路徑。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備(300)，其中用于形成所述孔、通 道和腔的所述工具被設(shè)置成使所述燃料電池(IIO、 600)能夠被組裝到相 應(yīng)的燃料電池堆(350)中，每個(gè)所述堆(350)易于由一個(gè)或多個(gè)端板(610) 終止，電連接件(630)和流體連接件(640)設(shè)置在所述端板(610)處。
25. —種可基本上連續(xù)制造燃料電池(IIO、 600)的設(shè)備(300)，所述 燃料電池(IIO、 600)可從所述燃料電池(110、 600)中的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng) 物的反應(yīng)產(chǎn)生電力，并且其中每個(gè)所述燃料電池(IIO、 600)包括以堆疊 的構(gòu)造組裝和/或?qū)盈B到一起的多個(gè)構(gòu)成部件(420、 430、 460、 480、 540、 570、 598)，所述設(shè)備(300)包括(a) 組裝區(qū)(310)，所述組裝區(qū)(310)包括安裝裝置，所述安裝裝 置用于接納用于制造所述燃料電池(110、600)或所述燃料電池(110、600) 的部件的材料和/或預(yù)制構(gòu)成部件的多個(gè)巻(Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7);以及一個(gè)或多個(gè)組裝裝置(410、 440、 450、 470、 490、 520、 550、 580、 593)，所述一個(gè)或多個(gè)組裝裝置可以基本上連續(xù)的方式漸進(jìn)地組 裝和/或?qū)盈B來(lái)自所述多個(gè)巻(Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7)的所述 材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件，以制造一連串的所述燃料電池(IIO、 600) 或一連串的所述燃料電池的部件；(b) 測(cè)試區(qū)(320)，所述測(cè)試區(qū)(320)用于將測(cè)試程序應(yīng)用到所述一 連串的所述燃料電池(IIO、 600)或所述燃料電池(110、 600)的部件，以 識(shí)別一個(gè)或多個(gè)功能良好的燃料電池(IIO、 600)或所述一個(gè)或多個(gè)功能 良好的燃料電池(IIO、 600)的部件；(c) 分離區(qū)(330)，所述分離區(qū)(330)可將所述一個(gè)或多個(gè)功能良好 的燃料電池(IIO、 600)相互分離成單獨(dú)的燃料電池(110、 600)、所述燃 料電池的部件或這種燃料電池(IIO、 600)的群(350);以及(d) 堆疊區(qū)(340),所述堆疊區(qū)(340)用于將所述功能良好的燃料電 池(IIO、 600)或這種功能良好的燃料電池(110、 600)的所述群(350)相互 組裝成這種燃料電池(IIO、 600)的堆(350)，以制造這種燃料電池(IIO、600)的組。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備(300)，在所述組裝區(qū)(310)中的組 裝從為每個(gè)燃料電池(IIO、 600)提供結(jié)構(gòu)剛度的大致中間層(132、 420)開始。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備(300)，其中所述設(shè)備(300)包括一 個(gè)或多個(gè)預(yù)備臺(tái)，所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)備臺(tái)可接收來(lái)自所述巻(R1、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7)的材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件，以用于在被組裝 和/或?qū)盈B以形成所述一連串的所述燃料電池(l 10、 600)之前和/或同時(shí)進(jìn)行預(yù)備工藝。
28. —種可基本上連續(xù)制造燃料電池(IIO、 600)的設(shè)備(300)，所述 燃料電池(IIO、 600)可從所述燃料電池(110、 600)中的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng) 物的反應(yīng)產(chǎn)生電力，并且其中每個(gè)所述燃料電池(HO、 600)包括以堆疊 的構(gòu)造組裝和/或?qū)盈B到一起的多個(gè)構(gòu)成部件(420、 430、 460、 480、 540、 570、 598),所述設(shè)備(300)包括(a) 安裝裝置，所述安裝裝置用于接納用于制造所述燃料電池 (110、 600)或所述燃料電池(110、 600)的部件的材料和/或預(yù)制構(gòu)成部件 的多個(gè)巻(R1、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7);(b) 一個(gè)或多個(gè)組裝裝置(410、 440、 450、 470、 490、 520、 550、 580、 593)，所述一個(gè)或多個(gè)組裝裝置可以基本上連續(xù)的方式漸進(jìn)地組 裝和/或?qū)盈B來(lái)自所述多個(gè)巻(Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7)的材料 層和/或預(yù)制構(gòu)成部件，以制造一連串的所述燃料電池(IIO、 600)或一連 串的所述燃料電池(IIO、 600)的部件；以及(c) 分離裝置(330)，所述分離裝置(330)可將一個(gè)或多個(gè)功能良好 的燃料電池(IIO、 600)相互分離成單獨(dú)的燃料電池(110、 600)、所述燃 料電池的部件或這種燃料電池(IIO、 600)的群(350)，用于隨后使用。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備(300)，其中所述一個(gè)或多個(gè)組裝裝置(410、 440、 450、 470、 490、 520、 550、 580、 593)的組裝從為每 個(gè)燃料電池(110、 600)提供結(jié)構(gòu)剛度的大致中心層(132、 420)開始。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的設(shè)備(300),其中所述中心層(132、420) 是所述燃料電池(IIO、 600)中的每一個(gè)的大致剛性結(jié)構(gòu)層，或是所述燃 料電池(600)中的每一個(gè)的中心腔。
31. —種制造燃料電池(IIO、 600)的方法，其中每個(gè)燃料電池(IIO、 600)包括以堆疊的構(gòu)造組裝和/或?qū)盈B到一起并形成至少一個(gè)冷卻腔 (120、 135、 132、 130、 150、 140; 420、 430、 480、 460; 530)和至少 一個(gè)產(chǎn)生電的基本燃料電池(160、 170、 180、 190、 200、 210、 220)的 多個(gè)構(gòu)成部件(120、 135、 132、 130、 150; 160、 170、 180、 190、 200、 210、 220; 420、 430、 460、 480、 540、 570、 598)，所述方法包括以下步驟(a) 漸進(jìn)地組裝和/或?qū)盈B材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件，以制造一連 串的所述燃料電池(IIO、 600)或所述燃料電池的部件；以及(b) 以層(400)作為起始來(lái)開始所述組裝和/或?qū)盈B工藝，所述層 (400)在所述工藝中進(jìn)行處理以形成所述冷卻腔(120、 135、 132、 130、150、 140; 420、 430、 480、 460; 530)的部件(132、 420)。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中在開始所述基本燃料電池 (160、 170、 180、 190、 200、 210、 220)的制造之前完成或至少基本上 完成所述冷卻腔(120、 135、 132、 130、 150、 140; 420、 430、 480、 460; 530)的制造。
33. 根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的方法，其中以所述燃料電池(110、 600)的組裝層形成所述冷卻腔(120、 135、 132、 130、 150; 420、 430、 480、 460; 530)的層被布置在所述基本燃料電池(160、 170、 180、 l卯、 200、 210、 220)的層之間的夾層結(jié)構(gòu)的這種方式，在所述組裝和/或?qū)?疊工藝期間順序地提供所述燃料電池(IIO、 600)的各種層(120、 135、`1`32、 130、 150; 160、 170、 180、 190、 200、 210、 220)。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中以所述燃料電池(110、 600) 的組裝層形成所述冷卻腔(120、 135、 132、 130、 150; 420、 430、 480、 460; 530)的層的群和所述基本燃料電池(160、 170、 180、 l卯、200、 210、 220)的層的群被布置成彼此相鄰的夾層結(jié)構(gòu)的這種方式，在所述 組裝和/或?qū)盈B工藝期間順序地提供所述燃料電池(110、 600)的各種層 (120、 135、 132、 130、 150; 160、 170、 180、 190、 200、 210、 220)。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，基本燃料電池包括膜(190)、陰 電極層(180)、和陽(yáng)電極層(200)，其中所述膜(190)的組件、或者所述膜 (190)與至少一個(gè)所述電極層(180、 200)的組件、或者所述電極層(180、 200)中的一個(gè)的組件是為在所述組裝和/或?qū)盈B工藝中的組件提供的最 后的層或最后的層組合。
36. —種使用根據(jù)權(quán)利要求1至13中的任一項(xiàng)所述的方法制造的 燃料電池(IIO、 600)。
37. —種由根據(jù)權(quán)利要求14至30中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備制造的 燃料電池(IIO、 600)。
全文摘要
說(shuō)明了一種基本上連續(xù)制造燃料電池(600)的設(shè)備(300)和方法。每個(gè)電池(600)從所述電池中的反應(yīng)物的反應(yīng)產(chǎn)生電力。每個(gè)電池(600)包括以堆疊的構(gòu)造組裝和/或?qū)盈B到一起的構(gòu)成部件(420、430、460、480、540、570、598)。設(shè)備(300)包括(a)組裝區(qū)(310)，所述組裝區(qū)用于接收用于制造電池(600)的材料和/或預(yù)制構(gòu)成部件的卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)，并且組裝裝置(410、440、450、470、490、520、550、580、593)用于從起始層(400)開始將來(lái)自卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)的材料層和/或預(yù)制構(gòu)成部件漸進(jìn)地組裝和/或?qū)盈B到起始層(400)以制造燃料電池；(b)測(cè)試區(qū)(320)，所述測(cè)試區(qū)用于將測(cè)試程序應(yīng)用到電池(600)以識(shí)別其功能良好的電池(600)或其部件；(c)分離區(qū)(330)，所述分離區(qū)用于將功能良好的電池(600)相互分離成單獨(dú)的燃料電池(600)、所述燃料電池的部件或這種燃料電池(600)的群(350)；以及(d)堆疊區(qū)(340)，所述堆疊區(qū)用于將功能良好的燃料電池(600)或這種功能良好的電池(600)的群(350)相互地組裝成這種燃料電池(600)的堆(350)以制造燃料電池組。
文檔編號(hào)B32B37/00GK101536234SQ200680056265
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2006年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月31日
發(fā)明者伯耶·呂格西爾韋特森, 拉爾斯·約翰森, 馬丁·貝里格倫 申請(qǐng)人:瑞典電池公司