用於燃料電池的單位電池注射模具的製作方法

2023-05-05 01:44:09 3

本公開總體上涉及一種用於燃料電池的單位電池注射模具。更具體地，本公開涉及這樣一種用於燃料電池的單位電池注射模具，即，該注射模具能夠在使對插入件的損壞最小化的同時形成框架，氣體擴散層(GDL)和膜電極組件(MEA)結合至該插入件中。

背景技術：

通常，燃料電池是從氫和氧的化學反應(作為水的電解反應的逆反應)產生電力的系統。燃料電池被視為高效且清潔的能源，並且其使用正在逐漸增加。

具體地，聚合物電解質膜燃料電池(PEMFC)在相對低的溫度下可操作，並且具有快速啟動和響應的特性，並且因此，正在積極進行將其用於車輛的移動電源的開發。

這種PEMFC堆通過堆疊期望數量的單位電池而形成。單位電池中的每一個可包括：膜電極組件(MEA)，該膜電極組件包括正極、負極以及介於正極與負極之間的聚合物電解質膜；氣體擴散層(GDL)；金屬製成的隔離物，被稱為雙極板；以及墊圈。

由於氫-氧反應燃料電池的單個單位電池可以在100℃或以下的操作溫度下產生高達約1.2伏特，所以通過串聯地堆疊多個單位電池來構造單個燃料電池使得可產生用於駕駛車輛所需的電流的量。

圖1是示出通過結合MEA和GDL而製造的相關技術的燃料電池的單位電池的視圖，並且圖2是示出相關技術的用於燃料電池的單位電池注射模具的視圖。

如圖1和圖2所示，在相關技術中，開發了通過在注射模具中使用聚合樹脂30結合MEA和GDL而製造每個均具有聚合物框架20的單位電池的過程。

在此，相關技術的注射模具可包括：上模101，該上模具有突起301；以及下模201，該下模具有面對上模101的突起301的突起301。上模101和下模201的相對突起301防止聚合樹脂30滲入插入件10中，MEA和GDL結合在該插入件中。

由於突起301由與上模101和下模201相同的金屬材料形成，所以即使在注射壓力過大的情況下，上述突起301也可有效防止聚合樹脂30滲入插入件10中。然而，由於插入件10由相比金屬材料相對更柔軟且更光滑的材料形成，所以插入件10可被由金屬材料形成的突起301損壞(例如，斷裂或切開)。這增大了產品的缺陷率，這是成問題的。

前文內容僅旨在幫助對本公開的背景的理解，而並非旨在表示本公開落入本領域技術人員已知的相關技術的範圍內。

技術實現要素：

因此，本公開牢記相關技術中出現的上述問題，並且本公開旨在提出這樣一種用於燃料電池的單位電池注射模具，即，該注射模具能夠防止聚合樹脂滲入插入件中，同時防止對插入件的損壞，膜電極組件(MEA)和氣體擴散層(GDL)結合在該插入件中。

另外提出這樣一種用於燃料電池的單位電池注射模具，即，該注射模具能夠使對插入件的損壞最小化，由此改進燃料電池堆的可售性和耐用性，在該燃料電池堆中，生產的單位電池彼此堆疊。

為了實現以上目的，根據本公開的一個方面，提供了一種用於製造燃料電池的單位電池的單位電池注射模具，在該單位電池注射模具中，形成有通過將聚合樹脂注射到插入件上而形成的單位電池的整體框架，膜電極組件和氣體擴散層結合在該插入件中。該單位電池注射模具包括：上模；下模，該下模與上模接合以在下模與上模之間限定一內部空間，該內部空間包括其中容納有插入件的注射區域以及其中注射有聚合樹脂以形成框架的插入區域；以及彈性突起，該彈性突起由彈性材料形成，該彈性突起布置在上模和下模上以彼此面對，其中，彈性突起夾緊插入件以將內部空間劃分為插入區域和注射區域以防止聚合樹脂進入插入區域。

彈性突起可包括：上彈性突起，該上彈性突起固定至上模以定位在插入區域與注射區域之間；以及下彈性突起，該下彈性突起固定至下模以面對上彈性突起。

上彈性突起和下彈性突起可被構造為使得其間的距離在從注射區域向插入區域的方向上逐漸減小。

上彈性突起和下彈性突起中的每一個在其接觸抵靠插入件的表面上可具有凹凸結構。

單位電池注射模具可進一步包括：一對保護墊，該一對保護墊附接至上彈性突起的接觸抵靠插入件的表面以及下彈性突起的接觸抵靠插入件的表面。

上彈性突起和下彈性突起可由耐熱性高於保護墊的耐熱性且導熱性低於保護墊的導熱性的橡膠材料形成。

上彈性突起、下彈性突起和保護墊可由橡膠材料形成，其中，上彈性突起和下彈性突起的橡膠材料具有比保護墊的橡膠材料高的硬度。

上模和下模可進一步包括介於插入區域與注射區域之間的上突起和下突起，上突起面對下突起。上彈性突起可附接至上模以包圍上突起，並且下彈性突起可附接至下模以包圍下突起。

彈性突起中的上彈性突起和下彈性突起可具有不同的形狀。

插入區域的厚度可大於插入件的厚度，使得上模和下模都不接觸抵靠插入件。

根據本公開的實施方式，突起由彈性材料形成。由此能夠使在燃料電池的單位電池的注射成型過程中對插入件的損壞最小化，由此使單位電池產品中的缺陷最小化。

此外，能夠使插入件與上模或下模的接觸最小化，由此防止插入件被上模或下模的熱損壞。

因此，能夠改進通過彼此堆疊單位電池而製造的燃料電池堆的可售性和耐用性，該單位電池使用根據本公開的實施方式的用於燃料電池的單位電池注射模具製造。

附圖說明

從以下結合附圖進行的詳細描述，將更明確地理解本公開的以上和其他目標、特徵和優點，其中：

圖1是示出通過結合MEA和GDL製造的相關技術的燃料電池的單位電池的視圖；

圖2是示出相關技術的用於燃料電池的單位電池注射模具的視圖；

圖3是示出根據本公開的第一實施方式的用於燃料電池的單位電池注射模具的視圖；

圖4是示出根據本公開的第二實施方式的用於燃料電池的單位電池注射模具的視圖；

圖5是示出根據本公開的第三實施方式的用於燃料電池的單位電池注射模具的視圖；

圖6是示出根據本公開的第四實施方式的用於燃料電池的單位電池注射模具的視圖；

圖7是示出根據本公開的第五實施方式的用於燃料電池的單位電池注射模具的視圖；以及

圖8是示出根據本公開的第六實施方式的用於燃料電池的單位電池注射模具的視圖。

具體實施方式

本文中使用的術語僅用於描述具體方面(或實施方式)的目的，並且並非旨在限制本公開。除非上下文另有明確表示，否則如本文中使用的單數形式旨在也包括複數形式。另外應理解的是，當在本文中使用時，術語「包括(comprise)」及其派生詞指明了所闡述的特徵、範圍、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或附加有一個或多個其他特徵、範圍、整體、步驟、操作、元件、部件和/或它們的組群。

除非另有限定，否則本文中使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與由本公開所屬領域的普通技術人員所通常理解的相同的含義。另外將理解的是，除非本文中清楚地如此限定，否則本文中使用的術語應被解釋為具有與它們在本說明書的上下文和相關領域中的含義一致的含義，並且將不被解釋為理想化或過度形式化的意義。

在下文中將參考附圖描述根據本公開的用於燃料電池的單位電池注射模具的實施方式。

圖3是示出根據本公開的第一實施方式的用於燃料電池的單位電池注射模具的視圖，圖4是示出根據本公開的第二實施方式的用於燃料電池的單位電池注射模具的視圖，圖5是示出根據本公開的第三實施方式的用於燃料電池的單位電池注射模具的視圖，以及圖6是示出根據本公開的第四實施方式的用於燃料電池的單位電池注射模具的視圖。

如圖3至圖6所示，根據本公開的一實施方式的用於燃料電池的單位電池注射模具是用於製造燃料電池的單位電池的注射模具，由此可通過將聚合樹脂30注射到插入件10的周圍而形成整體框架20，膜電極組件(MEA)和氣體擴散層(GDL)結合在該插入件中。注射模具可包括：上模100；下模200；以及彈性突起300，該彈性突起形成在上模100和下模200上，使得上模100上的突起300面對下模200上的突起300。

上模100和下模200可由金屬材料形成，並且可在其間限定一內部空間，該內部空間由其中裝配有插入件10的插入區域以及其中注射有聚合樹脂30以形成框架20的注射區域組成。

由上模100和下模200限定的內部空間中的插入區域可形成得比插入件10厚。

因此，插入件10可定位在距離上模100的內壁和下模200的內壁的一小距離處，以防止插入件10接觸抵靠上模100或下模200，該上模或下模可能是熱的。這可使對插入件10的熱傳遞最小化，由此防止插入件10被上模100或下模200的熱損壞。

根據本公開的一實施方式的突起300可能夠在將通過上模100和下模200的接合限定的內部空間劃分為插入區域和注射區域的同時夾緊插入件10，由此防止聚合樹脂30由於聚合樹脂注射過程中的注射壓力而進入插入區域。

此外，根據本公開的一實施方式的突起300可由彈性材料形成。突起300可能夠可靠地夾緊插入件10(該插入件可由相對柔軟且光滑的材料形成)，並且可能夠防止插入件10損壞(例如，斷裂或切開)，由此使燃料電池的單位電池產品中的缺陷最小化。

如圖3所示，根據本公開的第一實施方式的彈性突起300可包括與上模100接合的上彈性突起310以及與下模200接合的下彈性突起320，使得上彈性突起310和下彈性突起320定位在插入區域與注射區域之間。上彈性突起310與下彈性突起320之間的距離可在從注射區域向插入區域的方向上逐漸減小。

這種布置和/或過程可更有效地防止聚合樹脂30在聚合樹脂30的注射過程中進入插入區域，由此改進燃料電池的單位電池產品的質量。此外，可改進通過堆疊單位電池而製造的燃料電池的質量。

根據本公開的一實施方式的上彈性突起310和下彈性突起320中的每一個可形成為在接觸抵靠插入件10的表面(即，接觸表面)上具有凹凸結構，該凹凸表面具有形成在其上的多個凹入部分和凸出部分。此外，多個夾緊突起可在從注射區域到插入區域的方向上以一傾斜度布置在凹凸表面上。

由此可更有效地防止聚合樹脂30在聚合樹脂30的注射過程中進入插入區域，同時更有效地夾緊插入件10，使得插入件10不被推向一側或向一側傾斜。

如圖4所示，根據本公開的第二實施方式的用於燃料電池的單位電池注射模具可進一步包括一對保護墊400，該一對保護墊附接至上彈性突起310和下彈性突起320。

在本文中，保護墊400、上彈性突起310和下彈性突起320全都可由彈性橡膠材料形成，以使當插入件10被夾緊時對插入件10的損壞最小化。

根據本公開的第二實施方式的保護墊400可由比上彈性突起310或下彈性突起320具有更高硬度的材料形成。這是因為，當保護墊400(該保護墊在直接接觸抵靠插入件10的同時夾緊插入件10)由比上彈性突起310和下彈性突起320更光滑的材料形成時，對插入件10的損壞可最小化。

此外，上彈性突起310和下彈性突起320可由耐熱性高於保護墊400的耐熱性且導熱性低於保護墊400的導熱性的材料形成。由於上彈性突起310和下彈性突起320直接接觸抵靠保持在高溫下的上模100和下模200，所以具有這些特性的上彈性突起310和下彈性突起320可使對保護墊400的熱傳遞最小化並使由上模100和下模200的熱造成的保護墊400的變形最小化，由此使保護墊400的變形以及對保護墊的損壞最小化，並且此外，防止插入件10被熱損壞。

如圖5所示，根據本公開的第三實施方式的上模100和下模200可被構造為使得在插入區域與注射區域之間形成有一對凹槽，上彈性突起310和下彈性突起320可固定地放置在該一對溝槽中。在該構造中，由橡膠材料形成的上彈性突起310和下彈性突起320可容納在凹槽中。此外，如圖6所示，根據本公開的第四實施方式的上模100和下模200可被構造為使得上突起110與下突起120在插入區域與注射區域之間向彼此突出。在該構造中，由橡膠材料形成的上彈性突起310可附接至上模100以包圍上突起110，並且由橡膠材料形成的下彈性突起320可附接至下模200以包圍下突起120。

由此，可通過在有效地防止聚合樹脂30在其注射過程中進入插入區域的同時使對插入件10的損壞最小化來夾緊插入件10。

彈性突起的特徵可在於：上彈性突起的形狀不同於下彈性突起的形狀。

圖7是示出根據本公開的第五實施方式的用於燃料電池的單位電池注射模具的視圖，以及圖8是示出根據本公開的第六實施方式的用於燃料電池的單位電池注射模具的視圖。

如圖7和圖8所示，在根據本公開的第五實施方式和第六實施方式的用於燃料電池的單位電池注射模具中，可使用具有不同形狀的上彈性突起310和下彈性突起320的組合。

例如，可採用這樣的組合即，其中，彈性突起300的上彈性突起310和下彈性突起320中的一個具有六邊形形狀(其中，多個凹入部分和多個凸出部分形成在其接觸表面(即，凹凸表面)上)，並且彈性突起300的上彈性突起310和下彈性突起320中的另一個具有圓柱形形狀。

此外，可採用這樣的組合，即，其中，上彈性突起310和下彈性突起320中的一個傾斜，並且上彈性突起310和下彈性突起320中的另一個平行於模具。

儘管已出於說明目的描述了本公開的示例性實施方式，但本領域技術人員將理解的是，在不背離如所附權利要求中公開的本公開的範圍和精神的情況下，各種修改、添加和替換都是可行的。

因此，應理解的是，前述實施方式在所有方面中都是示例性的而非限制性的。本公開的範圍由所附權利要求而不是由實施方式的前述描述表示。應理解的是，從權利要求的限定得到的所有修改和變更以及其範圍和等同物都屬於本公開的範圍。