具体实施方式

本文描述的示例性实施例可应用于燃料电池技术，并且可以提供用于电池堆的板构件。例如，可以提供双极板，其可以简化质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆的组装过程，提高堆叠性能并降低制造成本。

图1是一个示例性实施例中用于开放阴极电池堆的板构件的主视图。在示例性实施例中，板构件100包括两个对准部件102和104以及通道片110。在示例性实施例中，通道片110包括片材主体中的至少一个峰和一个谷，并且呈波纹片的形式。在一个实施例中，波纹板由SLS、铝、钛或其他合金的薄箔制成。也可以使用其他类型的材料。波纹片110耦合到在波纹片110的第一端或边缘112处的第一对准部件102，且耦合到在波纹片110的第二端或边缘114处的第二对准部件104。因此，波纹片110设置在第一对准部件102和第二对准部件104之间。

在示例性实施例中，每个对准部件包括主体和一个或多个对准构件(例如116)。在主体内设置有通孔。在一个实施例中，对准部件由刚性材料形成。在一个实施例中，对准部件由抗压缩力的刚性材料形成。例如，刚性材料可以是抗压缩力的刚性塑料材料。也可以使用其他类型的刚性材料，例如增强玻璃纤维、陶瓷基复合材料。

在示例性实施例中，对准部件能够使波纹片110与主体的平面对准平行，bi那个且对准构件(例如116)可以沿着穿过所述对准构件的轴线AB对准到另一个相应的对准构件(未示出)。例如，对准构件可以与另一个对准部件的对准构件对准或与堆叠在对准部件的顶面或者底面中的一者的端板对准。

图2A是另一个示例性实施例中的可拆卸地附接有隔板片的板构件的一个实施例的主视图。图2B是图2A的板构件的仰视图。图3是图2A和2B的板构件的分解图。为了便于说明，图2A和图2B中相同的标号也用于图3。

在示例性实施例中，板构件200基本上类似于图1中的板构件100.板构件200分别包括第一对准部件202、第二对准部件204、波纹片210以及隔板片220。

在示例性实施例中，第一对准部件202、第二对准部件204、波纹片210以及隔板片220彼此可拆卸地附接。

每个对准部件202、204分别包括通孔232、234。在每个通孔232、234周围设置有凹槽或凹处并且被认为是相应的密封部件236、238。隔板片220包括一对对称地设置在隔板片220的相对端孔222和224。波纹片210在波纹片210的第一端/边缘212和第二端/边缘212处分别啮合/耦合到第一对准部件202和第二对准部件204。板构件200通过将隔板片220相对于对准部件202、204定向而形成，使得对准部件202、204的通孔232、234与隔板片220的相应的孔222、224对准。

在示例性实施例中，每个密封部件236、238都被用于容纳补充的密封组件。补充的密封组件，例如垫圈，或O形环，被设置在每个密封部件236、238(例如，凹槽或凹处)中以提供密封整合。可以采用各种密封材料来形成密封部件。在一个实施例中，密封材料可包括弹性体，包括天然或合成弹性体。例如，密封材料可包括橡胶、含氟弹性体(FKM)、全氟弹性体(FFKM)、硅树脂、氟橡胶、三元乙丙橡胶、丁腈橡胶和氯丁橡胶。其他类型的弹性体也可以。

在第一对准部件202、第二对准部件204、波纹片210以及隔板片220彼此互相耦合之后，在第一对准部件202处，通过孔222、相应的密封组件(例如垫圈，O形环等)以及通孔232形成贯通开口。在第二对准部件204处，通过孔224、相应的密封组件以及通孔234形成另一个贯通开口。

在一个实施例中，密封部件便于与对准部件和隔板片的气密布置。板构件组件包括具有对准部件和波纹片的板构件、膜电极组件(MEA)和隔板片。稍后将描述MEA的细节。

通常，MEA包括相对的第一和第二表面。第一表面接触板构件，例如对准部件和波纹片。与波纹片接触的MEA第一表面是MEA的阴极侧。MEA的第二表面是阳极侧。隔板片包括相对的第一和第二表面。隔板片的第一表面包括阳极流场，隔板片的第二表面可以包括光滑表面，该表面内没有流场。隔板片的第一表面边缘密封至MEA的第二表面。

根据配置，MEA的第一表面可以是顶面或底面。例如，MEA的顶面可以接触对准部件和波纹片的底面，并且隔板片的第一表面附接到MEA的底面。或者，MEA的底面可以接触对准部件和波纹片的顶面，并且隔板片的第一表面或底面附接到MEA的顶面。在一个实施例中，隔板片的第二表面与相邻板构件组件的对准部件形成气密布置。例如，隔板片的光滑表面与相邻板构件的具有密封组件的对准部件表面接触。

随着隔板片220与第一对准部件203和第二对准部件204密封配置，通过与波纹板210的相互配合，从而形成流体流动通道。也就是说，多个关闭的槽(例如216)和打开的槽(例如218)以间隔方式形成和定位。关闭的槽216是形成在波纹片210和隔板片220之间的通道，在其两端具有开口(即，当从图2A中的X方向观察时的关闭的贯通通道)。因此，关闭的槽216能够作为冷却隔板片220、波纹片210以及组装后的组装电池堆的空气流通通道。打开的槽218在垂直于波纹片210的平面的方向上或者在垂直于隔板片件220的平面或表面是打开的或者非封闭的。因此，打开的槽218的空气可以分散在MEA的阴极侧上的扩散介质上，该MEA随后会附着在暴露打开的槽218的波纹片210的表面上。

说明性地，隔板片附接到对准部件的第一表面或顶表面，而MEA设置在对准部件的第二表面或底表面上。例如，所述隔板片是相邻板构件组件的隔板片。隔板片设置在具有密封组件的对准部件的表面上。例如，第一板构件组件的隔板片设置在第二板构件组件的具有密封组件的对准部件的表面上。密封组件有利于隔板片与对准部件之间的气密密封。

图4A是示例性实施例中的对准部件的俯视图。图4B是图A中的线X与线Y之间的对准部件的放大图。

对准部件400基本上与图1的对准部件102和104以及图2A-图3中的对准部件202和204相同。在示例性实施例中，对准部件400包括主体402，主体402是基本上矩形的片，以及一个或多个对准构件，每个对准构件设置在主体402的一端。在该示例性实施例中，提供了两个对准构件，其是基本上圆形的环。两个对准构件设置为对称地位于主体402的相对侧或端部处的两个对准环404和406。每个对准环404、406包括对准洞408、410以及对准边缘412、414；对准孔408、410基本上设置在环404、406中心。

对准洞408、410能够沿着穿过对准洞408、410的轴线对准到另一个相应的对准构件(未示出)。示出了一种穿过对准洞408进入纸张平面(X)的轴线的示例。例如，对准洞可以与另一个对准部件(例如，与对准部件400相同)对准，或与堆叠在对准部件400的顶面或底面中的任意一者的端板对准。

在示例性实施例中，对准边缘412、414基本上是直的，并垂直于主体402的纵向边缘或端接合边缘420。每个对准边缘412、414从主体402的纵向边缘420延伸/突出，并在主体的平面内延伸。通过这种布置，对准边缘412、414形成提供接合表面以接合通道片的接收座422。

对准部件400还包括设置在主体402内的通孔416.通孔416基本上设置在主体402的中心。围绕通孔416设置呈凹槽或凹处形式的密封部件418。密封部件具有高度P(未示出)并且非密封部件具有高度N(未示出)。在一实施例中，P和N之和等于对准部件的厚度T(未示出)。应当理解，可以在对准部件400的相对表面上或对准部件400的反面，围绕通孔416设置另一个类似的密封部件(未示出)。因此，在这种情况下，各自的密封部件被分别设置在对准部件的两个相对表面上。在对准部件的相对表面上具有密封部件的情况下，厚度T等于P1(对准部件第一表面的第一密封部件的高度)、P2(对准部件第二表面的第二密封部件的高度)和N，N在P1和P2之间。通孔416能够作为反应气体(例如，氢气)流动通道的一部分，以下将参照图9G更详细地描述。密封部件418用于在气密密封的组装期间容纳或者接收补充的密封组件，例如垫圈或O形环。

对准部件400可以通过包括但不限于成型、铸造、3-D印刷等方法来制造。对准部件400可以由包括但不限于金属、塑料(例如丙烯晴丁二烯苯乙烯(ABS)、聚乳酸(PLA))或复合材料等的材料制成。

图5是示例性实施例中的波纹片的主视图。波纹通道片500与图1的通道片110以及图2A至图3的波纹片相同或基本相同。

在示例性实施例中，波纹通道片500是矩形波纹片，其具有相对的端边缘(第一和第二端边缘)和相对的侧边缘(第一和第二侧边缘)。侧边缘可以在第一或纵向方向上，而端边缘可以在第二或横向方向上。第一方向和第二方向可以彼此垂直。波纹片包括沿第二方向位于端边缘之间的多个谷502。具有谷壁的谷在侧边缘上或沿侧边缘以间隔方式向上和向下形成开口。例如，在两个峰之间形成谷。每个谷的深度基本相同。谷用作波纹片流动通道。

在一个优选实施例中，通道片的端边缘与波纹通道片的谷壁齐平。例如，通道片的端边缘(谷壁)与对准部件的端接合边缘齐平。这有利地改善了MEA与对准部件的接触。

在其他实施例中，端边缘包括片接合唇509。例如，片的第一端包括第一片接合唇，而片的第二端包括第二片接合唇。在一个实施例中，通道片的接合唇被构造成放置在对准部件的顶部。例如，接合唇放置在对准部件的端接合边缘的顶部。可替代地，接合唇可以被配置为放置在对准部件的底部，例如对准部件的底部端接合边缘。在另一实施例中，一个接合唇被配置为放置在对准部件的顶部上，而另一个接合唇被配置为放置在对准部件的底部上。优选地，接合唇应该尽可能小。或者，接合唇的边缘可被配置为与对准部件的表面，例如顶面或底面，齐平。

波纹片500由金属箔的机械冲压或轧制形成，但不限于此。在示例性实施例中，金属箔的厚度为，但不限于，约0.05mm至约0.4mm。箔的材料可以是，但不限于，不锈钢、铝、钛或其他合金。波纹板500可以涂覆有耐腐蚀层，例如包括，但不限于，金、银、碳、金属氮化物、碳化物或导电聚合物的薄层。

在示例性实施例中，波纹片500的高度略大于对准部件的厚度(对准部件厚度)，例如如上所述的102、104、202、204、400。在一实施例中，对准部件的厚度略小于波纹板的高度，例如小5％至20％。例如，对准部件的厚度可以是大约1.0mm，而波纹片的高度可以是大约1.1mm。在这种情况下，波纹片比对准部件的厚度大大约10％。通过使对准部件的厚度略小于波纹片的高度(或波纹片的高度略大于对准部件的厚度)，确保组装后MEA和电池堆的每个电池的波纹片之间的良好接触，以避免高内阻。

在用于便携式燃料电池应用的一个示例性实施例中，用于形成波纹片500的片材的厚度为约0.05mm。在这个实施例中，高度504(波纹片高度)为约1.1mm。高度506(横向)为约80.0mm，且长度508(纵向)为约150.0mm。应当理解，这里描述的尺寸是为了示例性目的而提供的，并且可以根据应用而显著变化。

图6是示例性实施例中的波纹片和对准部件之间耦合的局部放大图。对准部件602与图4A中的对准部件400相同或基本相同，且波纹片604与图5的波纹片500基本相同。例如，对准部件602包括具有对准边缘或延伸部608的主体。

波纹片604的每个端部分别附接到或者邻接两个对准部件的内部纵向边缘(对照图4A中的主体402的纵向边缘420进行)。纵向边缘用作接合波纹片604的接合表面。在示例性实施例中，波纹片604插入对准部件602的两个对准延伸部或边缘之间。为了进行说明，图6中仅示出了一个对准边缘608。对准边缘形成接收座(对照图4A的接收座422)。对准部件602的一对对准边缘608之间的距离允许波纹片604紧紧地保持在一对对准边缘608之间。此外，波纹片604也可以通过在纵向边缘接触对准部件地顶表面而具有钩型布置。因此，波纹片604被紧紧地保持在这对对准部件之间以确保波纹片604位于堆叠组件的正确位置。波纹片604的高度稍大于对准部件602的厚度以确保与MEA的良好接触。

在一个实施例中，波纹片604被配置为在燃料电池组装之后由于压缩力而与对准部件的顶面或底面之一对齐或齐平。例如，波纹片的峰(顶面)或谷(底面)与对准部件的顶面或底面共面。MEA是可压缩组件，而波纹片、隔板片和对准部件不是可压缩组件。例如，波纹片与对准部件表面的共面性可能由于制作/制造容差或工艺而有差异。这可能导致波纹片与对准部件的表面不精准地对齐或齐平。

可以提供板构件组件，其中对准部件的顶面上设置有隔板片。例如，隔板片附接到MEA的底面。例如，隔板片和MEA是电池堆的相邻板构件组件的一部分。板构件组件的MEA设置在对准部件的底面上。板构件组件的隔板片附接到MEA的底面。

例如，燃料电池可包括第一和第二板构件组件。第一板件组件包括：a)位于第一波纹片端边缘处的第一对准部件，第一对准部件包括第一和第二对准部件表面；b)具有第一和第二MEA表面的第一MEA，其中第一MEA表面附接到第一对准部件的第二表面；c)第一隔板片，其第一隔板片表面附接到第一MEA的第二MEA表面。第二板构件组件包括：a)位于第二波纹片端边缘的第二对准部件，第二对准部件包括第一对准部件表面和第二对准部件表面；b)具有第一和第二MEA表面的第二MEA，其中第一MEA表面附接到第二对准部件的第二表面；c)第二隔板片，其第一隔板片表面附接到第二MEA的第二MEA表面。例如，当堆叠以组装燃料电池时，第二板组件的第二隔板片的第二表面可设置在第一板组件构件的第一对准部件的第一表面上。

在未施加任何压缩力的情况下组装之前，波纹片的底部位于MEA上并与对准部件的底面齐平。然而，波纹片的顶部略高于对准部件的顶面。例如，波纹片的顶部可能高出对准部件厚度的5-20％。如此，波纹通道片的峰设置在对准部件顶部的稍上方。

当对电池组件施加压缩力时，例如大约5–20kg/cm²(～0.5–2MPa)，波纹片由于不可压缩而被隔板片向下推动。这导致波纹片的峰或顶部与对准部件的顶面齐平或对齐。此外，波纹片被推入MEA，压缩MEA。例如，波纹通道片的谷被推入MEA中。由于只有MEA被认为是可压缩的，因此可以选择波纹片的高度以避免将MEA压缩到超出其极限，从而避免在组装过程中损坏它。

图7是示例性实施例中的隔板片的俯视图。隔板片700基本上与附图2A、2B和3中的隔板片相同。

在示例性实施例中的隔板片的俯视图。隔板片700基本上与附图2A、2B和3中的隔板片220相同。

在示例性实施例中，隔板片700包括基本上呈矩形的片体702。一对孔704、706对称地设置于片体702的相对端附近。孔704、706的位置是预先确定的，使得孔704、706对应于设置在两个对准部件处的通孔。在示例性实施例中，隔板片700由约0.05mm至0.2mm厚度的导电金属箔制成，但不限于此。或者，隔板片700可以由具有约0.3mm至1mm厚度的石墨箔或类似材料制成，但不限于此。

图10是示例性实施例中图解说明形成用于电池堆的板构件的方法的示意性流程图。在步骤1002，提供了包括用于形成流体流动通道的至少一个峰和一个谷的通道片。在步骤1004，提供了两个对准部件，每个对准部件包括主体和一个或多个对准构件；主体具有设置在主体内的通孔，并且对准构件能够沿着穿过对准构件的轴线将对准构件对准到另一个相应的对准构件。在步骤1006，通道片设置在两个对准部件之间。在步骤1008中，使用所述两个对准部件将所述通道片与每个对准部件的所述主体的平面对准平行。

下面的介绍中描述了电池堆的形成。板构件基本类似于图2A、图2B和图3中的板构件200，且被用作电池堆的双极板。

图8A是端板的主透视图。端板800包括基本上呈矩形的主体802，一对导管洞804、806，两个组装件810、812、814、816，以及两队相应的组装件洞820、822、824、826。端板800用作电池堆的基座。端板800用于，但不限于，牢固地保持一堆板构件，以形成堆叠的形状，以固定附件等。导管洞804、806形成燃料气体(例如氢)流动通道(燃料歧管)的一部分。端板800的材料可以是，但不限于，金属，塑料和复合材料。

图8B是膜电极组装件(MEA)一个实施例的主视图的一个实施例。MEA830基本上是矩形主体，在该矩形主体的相对端部具有两个贯穿孔832、834。其他形状主体的MEA也可以。MEA可以是市售的MEA，且在这种情况下，MEA830的详细结构可以从制造商处获得，例如Gore，Ballard，Johnson Matthey和Yangtze。通常，一层质子交换膜(PEM)夹在两层分散介质之间。一个催化剂层位于PEM和分散介质之间的每个界面中。因此，在典型的MEA中有五层材料。通常，根据所使用的催化剂，MEA的一侧是可以引入空气进行反应的阴极侧，另一侧是用于输入氢燃料的阳极侧。

图8C示出了MEA 830的另一个实施例的主视图。如图所示，MEA具有八角形主体，在主体的相对端具有两个通孔832、834。主体的端部包括倾斜边缘841，形成八角形主体。提供具有其他成形体的形体也可以。

图8D示出了膜电极组件(MEA)830的实施例的横截面图。在一个实施例中，MEA包括PEM层865，其夹在第一分散层861和第二分散层862之间。在PEM层865和第一分散层861之间的界面，有很薄的第一催化剂层863，而在PEM层865和第二分散层862之间的界面，有很薄的第二催化剂层864。

例如，分散层或介质是气体扩散层(GDL)。一个具有催化剂层的分散介质用作阴极，而另一个用作阳极。在一个实施例中，接触隔板片的分散介质是阳极侧，接触通道片的分散介质是阴极侧。例如，隔板片或层是导电隔板片。隔板片可由导电材料形成，例如不锈钢、钛、铝或合金。导电材料可以涂覆有耐腐蚀层，例如金、银、碳、金属氮化物或碳化物的薄层，或导电聚合物，例如金属箔或石墨箔。其他类型的导电材料和涂层也可以。隔板片配置有流场，例如平行流场、蛇形流场、叉指流场或多孔流场。其他类型的流场也可以。此外，MEA的其他配置也可以。例如，MEA可以包括其他层或层的配置。

在一个实施例中，MEA的分散层是可压缩的，而其他层是不可压缩的。在堆叠中，MEA被压缩以确保与双极板紧密接触，从而降低内比电阻。可压缩性由MEA的分散层控制。因此，分散层的性能对于堆叠密封及性能至关重要。Ballard、SGL或Toray等制造商/供应商可能会提供压缩曲线以及压缩对MEA的透气性和比电阻的影响的相关信息。这些信息有助于用户通过对MEA/电池/堆叠性能的整体分析来优化他们的堆叠组装和密封过程。因此可以确定MEA的分散层的最大压缩率以及推荐压缩率。压缩率(CR)定义为标称厚度(压缩前)减去压缩厚度(最终厚度)。例如，对于标称厚度为315μm且建议或推荐压缩厚度为230μm的分散层，推荐压缩率(CR_rec)将为85μm。例如，CR_rec是MEA最佳运行时的压缩。在堆叠组装过程中，推荐压缩率的容差约为+/-5-10％，超过该容差可能会损坏精密MEA或高内阻，从而导致性能不佳。

图9A至9G是示例性实施例中用于说明组装燃料电池堆组装件的步骤的示意图。

在图9A中，杆920、932、934、936被安装/插入在第一端板900的每个组装件洞920、922、924、926中。端板900基本上与图8A中的端板800相同。

在图9B中，对板构件940(例如图2A和2B中的200)进行组装。杆930、932、934、936穿过板构件940的对准洞942、944、946、948。板构件940的隔板片件(未示出)搁置在第一端板900上。多个打开的槽(例如图2A中的218)相对于端板900面朝上。在图9C中，MEA950的一层位于/放置在板构件940的顶部上，MEA950的阴极侧向下朝向打开的槽。因此，MEA950邻接板构件940的对准部件的顶表面。MEA950与图8B或8C中的MEA830可能基本相同。MEA950的贯通孔952、954中的每一个与由隔板片的孔(例如图7的704，706)形成的相应贯通开口、板构件940的密封组件(例如垫圈，O形环等)和板构件940的对准部件的通孔943、945对准。

如图9D和9E所示，MEA950和板构件940形成单个电池。通过重复上述步骤形成更多的单个电池，直到达到预先确定的单个电池的容量或数量。

在图9F中，在达到预先确定的容量之后，第二端板960被定位/放置。第二端板960的每个组装件洞962、964、966、968处都安装/插入有相应的杆930、932、934、936。因此，电池被设置在两个端板900和960之间。

在图9G中，通过在杆930、932、934、936上紧固螺母，例如970，以及将气体连接器(未示出)安装在第一端板900的导管洞904和906中来完成燃料电池堆的组装。

在安装完其他配件，例如，集流器、电线、风扇等，之后，组装后的电池堆972能够用作为发电机。

通过电池堆972、隔板片的相应孔(例如，图7中的704、706)、构件板的通孔943的组装，MEA的贯通孔952和导管洞904被对准并在堆叠的一端形成第一流体流动通道。类似地，在堆叠的另一端，隔板片的另一个相应孔、构件板的通孔945、MEA的贯通孔954以及导管洞906也被对准并形成第二流体流动通道。

在示例性实施例中，电池堆972形成具有每个波纹片的未封闭贯穿通道的开放式阴极组件(对照从图2A中的箭头X观察方向的通道)。每个波纹片的槽形成用于这种组装件的气流通道。

使用时，从气体连接器供应的燃料(例如氢气)通过流体流动通道输送到经组装的电池堆972。因此，燃料流入MEA，例如950，的阳极侧的(通过阳极流场)分散介质中。对于氧化剂(氧气)供应，空气通过多个打开的槽(例如图2A中的218)被引入到MEA，例如950，阴极侧的分散介质中。因此，通过MEA，例如950，内的氢气和氧气之间的电化学反应产生电力。

在堆叠组装期间，压缩力被施加到波纹片上。选择的压缩力的量应当是最佳的压缩力量。例如，在传统的堆叠组装过程中，过大的压缩力会导致波纹片的结构损坏，而压缩力不足会导致电池堆内阻高及电化学性能差。此外，电池堆的MEA通常易碎。在组装过程中使用过大的压缩力可能会压碎或部分损坏MEA中的分散介质。这又会影响反应气体(氢气和氧气)扩散到MEA中的催化剂层中，并可能危及甚至损坏燃料电池。

所描述的示例性实施例的板构件可以避免上述问题。板构件组件的对准部件能够承受压缩力，从而保护波纹片和MEA中的分散介质免受损坏，并保持低阻。因此，组装后的燃料电池可靠并且性能最佳。

图11A-11B示出了板构件组件1100的实施例的透视图和截面图。板构件组件包括与已经描述的那些相似或共同的元件。共同元件可能不会描述或详细描述。如图所示，板构件组件包括设置在第一和第二对准部件1160之间的波纹通道片1110。例如，第一对准部件设置在波纹通道片的第一端边缘，而第二对准部件设置在波纹通道片的第二端边缘。波纹通道片和对准部件形成例如板构件。

对准部件包括具有通孔的主体。例如，通孔用作流动通道。主体还包括密封部件或容器。密封部件被配置为容纳密封组件1170，例如垫圈或O形环。例如，密封部件可以是围绕通孔的凹槽或凹处。密封组件设置为装配到密封部件中。如图所示，密封部件设置为使得密封组件从对准部件的顶面装配到密封部件中。或者，密封部件可以设置为使得密封组件从对准部件的底面装配到密封部件中。

密封组件可以是，例如垫圈或O形环。如图所示，密封组件设置在密封部件内以提供气密集成。可以采用各种密封材料来形成密封组件。在一个实施例中，密封材料可包括弹性体，包括天然或合成弹性体。例如，密封材料可以包括橡胶、含氟弹性体(FKM)、全氟弹性体(FFKM)、硅树脂、氟橡胶、三元乙丙橡胶、丁腈橡胶和氯丁橡胶。其他类型的弹性体或密封材料也可以。

当密封组件设置在密封部件内时，它在对准部件的表面上方(或下方)延伸。例如，密封组件的厚度选择为使得它在装配到密封部件中时在对准部件的表面上方(或下方)延伸G_ext。例如，密封组件的总厚度G等于G_ext+P，P为密封部件的高度。在组装过程中，施加压缩力以压缩密封组件以与对准部件的表面共面。例如，密封组件的压缩高度G_com为P。在一个实施例中，选择G使得当密封组件因燃料电池堆的组装而被压缩时，它根据设计要求或规范提供气密密封而不会过度延伸到通孔中阻碍或阻止流动而对性能产生负面影响。

例如，厚度G可取决于所使用的材料。例如，当密封组件被压缩使其顶面与对准部件的表面共面时，它与上面的隔板片形成气密密封，而不会阻碍或阻止流动。通常，密封组件可能会被压缩约10–35％，具体取决于所使用的材料。例如，根据所使用的材料，G_ext约为厚度G的10–35％。在组装过程中，密封组件被压缩到对准部件的表面。

在主体的相对侧提供延伸部以形成对准边缘。例如，延伸部延伸超过波纹通道片的相对侧。主体形成波纹通道片端部的端接合边缘1166，而延伸部形成波纹通道片端部处的侧边缘的侧接合边缘1168。侧接合边缘和端接合边缘使波纹通道片的端部能够紧密地配合到对准部件。这有利于波纹通道片与对准部件的对准。

在一个实施例中，对准部件是一体或单个部件。例如，对准部件的各种组件，例如具有通孔和密封部件的主体以及延伸部，形成为一片式部件。在一个实施例中，对准部件由抗压缩力的刚性材料形成，例如刚性塑料。塑料对准部件可被模制成型。其他类型的刚性材料以及其他成型技术也可以。

主体的延伸部包括对准孔1163。在一个实施例中，通孔配置在延伸部的两个对准孔之间。对准柱用于将板组件对准在一起以形成燃料电池堆组件。对准部件使用对准柱提供板构件组件的水平对准以及与电池堆组件的板组件的垂直对准。

在一个实施例中，MEA 1130附接到对准部件1160的表面。如图所示，MEA设置在对准部件的底面上，波纹通道片位于其上。例如，MEA包括PEM层，在其相对的主表面上具有催化剂层和分散介质。与波纹片接触的MEA表面是阴极侧，而相对侧是阳极侧。在一个实施例中，MEA附接到对准部件与装配有密封组件的表面相对的表面。

隔板片1120可拆卸地附接到板构件。在一个实施例中，隔板片附接到MEA的阳极侧。隔板片包括阳极流场(例如，平行、蛇形、叉指、多孔类型的流场)和与板构件的对准部件的通孔对准的孔。在一个实施例中，隔板片可与MEA边缘密封以形成阳极气室。

在一个实施例中，对准部件的厚度T配置为略小于波纹通道片的高度H。例如，对准部件的厚度可能比波纹通道片的高度小约5-20％。波纹通道片的高度H、隔板片的厚度S和MEA的厚度M限定了板构件组件的总厚度PA。例如，厚度PA是没有施加任何压缩力的板构件组件的厚度(未压缩值)。例如，PA＝H+S+M。在一个实施例中，PA不计密封部件在对准部件表面上方的高度。在未压缩状态下，T不影响PA，因为H略大于T。

在压缩力下，MEA被压缩。例如，压缩是由于波纹片被推入MEA。在一些情况下，MEA的压缩可包括位于对准部件下方的MEA部分。在一个实施例中，MEA被压缩到标称压缩厚度M_nom以实现良好或最佳性能。在一个实施例中，M_nom可由MEA制造商定义。M_nom的值可以是特定取值或取值范围。在M_nom是一个范围的情况下，它可能取自Mmin和Mmax。任何超出该范围的值，MEA可能都不具有良好性能或功能。例如，如果过大的力导致压缩厚度低于M_min或者如果力不足导致压缩厚度高于M_max，则可能导致MEA性能不佳或不可靠。

MEA是板构件组件的压缩组件，而其他组件，例如对准部件、波纹通道片和隔板片不是。因此，板构件组件的紧固厚度可被限为表示为ΔM的MEA的厚度变化。在一个实施例中，ΔM等于M-M_nom。M_nom可以是某个范围的特定取值，例如从M_min到M_max。M_min到M_max的范围可能等于M-CR_rec+/-容差的范围(容差可能为约5–10％)。例如，M_nom可能等于M-CR_rec或M-CR_rec+/-容差。

此外，当被压缩时，波纹片被压入MEA。波纹片被压入MEA的量等于H-T。压缩量例如为ΔM。ΔM等于H–T，也就是等于M-M_nom。因此，板构件组件的压缩厚度PA_com可以定义为：

PA_com＝PA–ΔM

＝H+M+S–(H–T)

＝T+M+S

例如，燃料电池的组装过程包括确定未压缩的板构件组件的总厚度PA。在一个实施例中，PA＝H+M+S。在确定PA之后，确定ΔM。例如，ΔM＝M–M_nom，它可能等于H–T。然后通过紧固端板来压缩板构件组件，以将PA的厚度减少ΔM至PA_com。一旦达到PA_com，停止紧固。

在燃料电池包括多个用于堆叠燃料电池的板构件组件的情况下，板构件组件设置在端板之间并紧固至最终组件厚度PA_Acom，其可定义如下：

PA_Acom＝PA_com x N，其中N等于板构件组件的数量。

一旦达到PA_Acom，停止紧固。例如，压缩压力相等地施加到板构件组件的所有MEA。因此，这等于N个板构件组件的平均厚度减少量。

图12A-12B示出了在施加压缩力之前和之后的燃料电池堆1200的2个相邻板构件组件1201_1-2。参照图12A，板构件组件包括位于波纹片1210两端的对准部件1260。在示例性实施例中，板构件组件的MEA 1230附接到对准部件的底面。例如，MEA的顶面附接到对准部件的底面。隔板片1220附接到MEA的底面。例如，隔板片的顶面附接到MEA的底面。例如，相邻MEA的隔板片附接到对准部件的顶面。

对准部件具有厚度T，MEA具有厚度M，隔板片具有厚度S并且波纹片具有高度H。因此，板构件组件PA的未压缩厚度等于H+M+S。

在图12B中，施加压缩力到燃料电池堆的板构件组件。压缩力将板构件组件的波纹通道片推入MEA中。例如，相邻板构件组件的隔板片将波纹通道片推入板构件组件的MEA中。波纹通道片的高度H保持不变。在一个实施例中，压缩力导致波纹通道片的顶部与对准部件的顶面齐平。例如，下板构件组件的波纹通道片的顶面与下板构件组件的对准部件的顶面齐平。上板构件组件的波纹通道片的顶面与上板构件组件的对准部件的顶面齐平。

在一个实施例中，板构件组件的厚度PA减少ΔM至PA_com。例如，MEA被波纹通道片压缩至厚度MEA_com，其中M＝MEA_com+ΔM。在一个实施例中，H比T稍大ΔM。例如，ΔM可以等于CR_rec或CR_rec+/-容差的范围。例如，通过CR_rec或从CR_rec+/-容差，H比T稍大。这导致MEA被压缩ΔM，并且波纹通道片的顶面与对准部件的顶面齐平。压缩厚度PA_com等于T+M+S。

在示例性实施例中，燃料电池的各个部分，例如，包括对准部件的板构件组件、MEA、波纹板和隔板片的孔被很好地对准。经对准的孔在燃料电池内形成连续的圆柱形空腔，并用作内部歧管/通道。氢气可以通过该通道，并均匀地分布到相应的电池。例如，该通道可以被当作电池堆972的堆叠的一端中的第一流体流动通道来观察。从电池中清除的过量的氢气通过另一个相似的歧管排出。应当理解，燃料电池内的其他杂质也可以经由该歧管清除。例如，该歧管/通道可以作为电池堆972的堆叠的另一端处的第二流体流动通道被观察。由于对准部件的使用，示例性实施例可以解决由燃料电池堆组件中的不良对准引起的问题。燃料电池(双极板，MEA，波纹和隔板片等)内的孔的对准不良通常会导致氢气的流动障碍。燃料进入的减少降低了堆叠的性能。不良对准也可能导致氢气不均匀地分布到堆叠中地每个电池。由于用于具有较低氢气摄入量的电池的化学计量数量的减少，这也导致较低的总体性能。

当使用示例性实施例的板构件时，组装过程被简化。由于杆(来自端板)穿过板构件的各个对准洞(对准环)，确保了单个电池的对准。通过使用所描述的实施例的板构件，可以实现燃料流动通道以及所有电池的有效区域的良好/精确对准。这有利于堆叠性能，并能增加电池堆的美感。

此外，通过使用所述示例性实施例中的两个对准部件，与堆叠的长度通常与波纹片的长度相同情况下的普遍方法相比，波纹片的长度可以减小。波纹片可以用贵金属涂覆以防腐蚀，因此会相对昂贵。可以通过使用较便宜的材料，例如对准部件，来代替波纹片的一部分以此减少堆叠的成本。此外，由于为密封组件/材料设置了余地/空间，所以气体流动通道周围的密封也被简化并显著增强。

本文描述的示例性实施例可以提供开放式的阴极组装件。已有封闭式的阴极组装件的应用。封闭式的阴极组装件设置有氧化剂流动通道和外部氧化剂供应系统。相比之下，开放式阴极组装件在环境空气中工作，并且与封闭式的阴极组装件相比，开放式的阴极组装件的制造成本更低，并且制造复杂度也更低。开放式的阴极组装件也比封闭式的阴极组装件消耗更少的寄生功率。

在其他示例性实施例中，板构件可以在组装成电池堆之前与MEA集成/组装。

因此，鉴于以上描述，所描述的示例性实施例可以提供组合了波纹片和隔板片的集成双极板，并且进而提供对准引导或用于密封和对准多个双极板的措施。

在所描述的示例性实施例中，波纹片被描述呈矩形形状。然而，应该理解，示例性实施例不限于此。例如，波纹片可以是任何合适的形状，例如圆形等。

在所描述的示例性实施例中，电池堆主要被描述为燃料电池堆。然而，应当理解，示例性实施例不限于此，并且示例性实施例可以延伸到为其他合适的目的提供用于电池堆的板构件。

在所描述的示例性实施例中，板构件可以用作双极板。然而，应当理解，示例性实施例不限于此，并且示例性实施例可以延伸到为其他合适的目的提供板。

在所描述的示例性实施例中，对准构件被描述为孔。然而，应当理解，示例性实施例不限于此，并且对准构件可以是，但不限于，诸如具有从对准部件的底面突出的洞突起布置以与堆叠在对准部件的底面的另一对准部件的顶面的洞配对。

除非另有说明，本说明书中使用的术语“耦合”或“连接”旨在通过一个或多个中间装置直接连接或通过一个或多个中间装置连接。

另外，当描述一些实施例时，本揭露已公开了作为特定步骤序列的方法和/或过程。然而，除非另有要求，否则应理解为该方法或过程不应该限于所公开的特定步骤顺序。其他步骤顺序也是可能的。本文中公开的步骤的特定顺序不应被解释为不适当的限制。除非另有要求，本文中公开的方法和/或方法不应只限于按照书面顺序进行的步骤。步骤的顺序可以变化并且仍然在本揭露的范围内。

此外，在本文的描述中，每当使用时，“基本上”一词被理解为包括，但不限于，“整个的”或“完全的”等。此外，当使用时，诸如“包括”，“包含”等术语旨在表示非限制性描述性语言，因为这些词广泛地包含在这些术语之后所引用的元素/组件，以及未明确叙述的其他组件。此外，当使用时，诸如“约”，“近似”等术语通常意味着合理的变化，例如所公开值的+/-5％的公差或所公开值的4％的公差，或所公开值的3％的公差，所公开值的2％的公差，或所公开值的1％的公差。

此外，在本文的描述中，可以在一定范围内公开某些值。显示范围终点的值旨在说明优选的范围。每当描述一个范围时，都希望该范围覆盖并教导所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。也就是说，范围的终点不应该被解释未僵化的限制。例如，1％至5％的范围的描述旨在具体公开1％至2％，1％至3％，1％至4％，2％至3％等的子范围，以及个别地，在该范围内的值，例如1％，2％，3％，4％和5％。上述具体公开的意图适用于范围的任何深度/宽度。

此外，本文描述中使用的术语“洞”可以指孔，并且这些术语在说明书中可以互换使用。

任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，本实施例在所有方面被认为时说明性的而不是限制性的。