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CN101536234A - 制造燃料电池的方法 - Google Patents

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CN101536234A
CN101536234A CN200680056265A CN200680056265A CN101536234A CN 101536234 A CN101536234 A CN 101536234A CN 200680056265 A CN200680056265 A CN 200680056265A CN 200680056265 A CN200680056265 A CN 200680056265A CN 101536234 A CN101536234 A CN 101536234A
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拉尔斯·约翰森
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SWEDEN BATTARY AB
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Abstract

说明了一种基本上连续制造燃料电池(600)的设备(300)和方法。每个电池(600)从所述电池中的反应物的反应产生电力。每个电池(600)包括以堆叠的构造组装和/或层叠到一起的构成部件(420、430、460、480、540、570、598)。设备(300)包括：(a)组装区(310)，所述组装区用于接收用于制造电池(600)的材料和/或预制构成部件的卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)，并且组装装置(410、440、450、470、490、520、550、580、593)用于从起始层(400)开始将来自卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)的材料层和/或预制构成部件渐进地组装和/或层叠到起始层(400)以制造燃料电池；(b)测试区(320)，所述测试区用于将测试程序应用到电池(600)以识别其功能良好的电池(600)或其部件；(c)分离区(330)，所述分离区用于将功能良好的电池(600)相互分离成单独的燃料电池(600)、所述燃料电池的部件或这种燃料电池(600)的群(350)；以及(d)堆叠区(340)，所述堆叠区用于将功能良好的燃料电池(600)或这种功能良好的电池(600)的群(350)相互地组装成这种燃料电池(600)的堆(350)以制造燃料电池组。

Description

制造燃料电池的方法
技术领域
本发明涉及制造燃料电池的方法。而且，本发明涉及根据该方法制造的燃料电池。此外，本发明还涉及例如以堆叠的构造彼此联接在一起的这种电池的构造。另外，本发明还涉及可操作以实施该方法的设备。
背景技术
燃料电池是可操作以接收易于被氧化的燃料反应物以及氧化剂反应物，并使用氧化反应物氧化燃料反应物以直接产生可用电力的装置；燃料反应物例如是碳氢化合物和/或氢。而且，燃料电池引人注目之处在于例如与包括易于磨损和产生噪音的旋转部件和/或往复部件的同时代内燃机相比，它没有复杂的移动部件。此外，燃料电池潜在地能够被构造以提供用于运行传输系统、应急电源等的充足电力。
总体概括，在现代将几个燃料电池以各种构造连接到一起以提供燃料电池组，该燃料电池组可操作以提供例如10伏的高输出电位。在图1中总体使用10表示燃料电池的示意性示例。燃料电池10包括电解质20。电解质20设置有至少一个阳电极30和至少一个阴电极40，使得该至少一个阳电极30与至少一个阴电极40在空间隔离和电隔离。可选地，电解质20实施为具有第一主表面50和第二主表面60的基本上平坦的面板；然而，电解质20的可替代实施方式是可行的。可选地，一个或多个冷却单元70与电解质20相对紧密接近地包括在燃料电池10中，并可操作以在使用中维持燃料电池10处于最佳温度；一个或多个冷却单元70有利地设置有流体冷却剂，该流体冷却剂流经冷却单元70以用于将热能从冷却单元带走；这种流体可以是液体或气体。然而，在燃料电池技术的背景中，术语“流体”通常用于指定液体。
当燃料电池10处于运行中时，第一反应物80被引导以流动到至少一个阳电极30的活性区域上；而且，第二反应物90被引导以流动到至少一个阴电极40的活性区域上。在电解质20的附近的第一反应物80和第二反应物90之间发生的第一反应物80被氧化而第二反应物90被还原的氧化反应可操作以产生正电荷和负电荷。正电荷和负电荷具有彼此不同的穿过电解质20的扩散速率，从而使得在至少一个阳电极30和至少一个阴电极40之间要产生电位差V。理想地，当燃料电池10实施为PEM型燃料电池时，仅质子穿过电解质传输；“PEM”是质子交换膜的缩写。然后，在这种PEM型燃料电池中，与质子互补的电子可用于在外电路中流动。
电位差V使外电流I能够由在运行中连接在至少一个阳电极30和至少一个阴电极40之间的负载L获得。例如由于增加的电荷阻力和/或离子传输通过阻力，使得电解质20在使用期间易于变得效用减小，并且电极30、40的区域易于变得逐渐缺乏活性。而且，燃料电池10易于在例如80℃至200℃范围内的高温度下运行，由于其密封件的老化和其构成部件的腐蚀，这加速了燃料电池10的退化。在运行期间燃料电池性能的这种退化表示在给定使用时段之后燃料电池需要更换或修复，这就需要与从氧化过程产生机械动力和/或电动力的可替代方法相比燃料电池制造成本有足够竞争性的。可替代方法包括例如内燃机；可选地，内燃机机械地联接至用于发电的发电机。
因此，在燃料电池产生电力的有效性完全削弱之前，燃料电池具有的运行寿命有限。鉴于这种有限的运行寿命，所期望的是尽可能高效率且经济地制造这种燃料电池，使得它们能够提供一种与能够从例如碳氢化合物和/或氢氧化的燃料氧化产生可用动力的其它装置相比在商业上有竞争性的解决方案。
从公布的PCT专利申请no.WO2004/027910已知通过将构成部件堆叠在一起来制造燃料电池。部件被设计为使得当组装到一起时，它们协作以提供通道。在操作中通过该通道引导反应物的流以经过电极的活性表面。而且，可选地，通过其它的通道将冷却流体的流引导至可操作以去除来自燃料电池的热能的冷却单元。部件实施为能够在制造期间被精确地处理并需要在制造上述燃料电池时被相互对齐和覆盖的平面部件。部件的这种处理是至少部分地串行组装过程，该过程是费时的并因此代表制造的昂贵方式。而且，当更多这种部件逐渐地组装到一起而形成堆叠构造时，存在逐渐更多的用在堆叠构造中的有效投入。此外，随着堆叠构造包括更多部件，增加了部件中的一个或多个被不正确地相互定位或部件中的至少一个是有缺陷的风险。拆卸堆叠构造以替换在其中有缺陷的部件在商业上通常是令人讨厌的，并因此能够产生昂贵的浪费。
连续生产燃料电池的方法、以及可操作以实施这种方法的设备是已知的。例如，在公布的美国专利申请no.US2004241525中，描述了用于以卷良好形式自动地制造多层燃料电池组件和子组件的工艺和设备。该公布的美国专利声称，用于由幅材(web)或卷的形式中展开的部件生产燃料电池的传统组装方法通常包括以批量操作切割若干个这种幅材部件。然后，使用机械的和真空的工具来操纵幅材部件，以在燃料电池制造期间相互定位幅材部件。
例如，在该公布的美国专利中描述的方法适于连续制造多层幅材，所述幅材用于与一对流场板或衬垫层一起使用并位于一对流场板之间或衬垫层之间。该方法包括第一步骤：将包括结合材料的第一幅材切割以在第一幅材中产生间隔开的第一窗口；第一窗口包括沿着第一窗口的周边设置的结合位置。类似地，该方法包括第二步骤：将包括结合材料的第二幅材切割以在第二幅材中产生间隔开的第二窗口；第二窗口包括沿着第二窗口的周边设置的结合位置。该方法的第三步骤涉及提供包括燃料电池膜的膜幅材，所述燃料电池膜具有分别设置在膜幅材的第一表面和第二表面上的活性区域。在该方法的第四步骤中，将第一结合材料幅材的第一表面层叠到膜幅材的第一表面，使得第一膜幅材的第一活性区域定位在第一窗口内。该方法包括第五步骤：将第二结合材料幅材的第一表面层叠到膜幅材的第二表面，使得膜幅材的第二表面的活性区域定位在第二窗口内。最后，该方法包括第六步骤：将从包括流体输送层材料的第四幅材和第五幅材切割的流体输送层材料部分层叠到膜幅材的相应第一表面和第二表面的活性区域，使得每个流体输送层部分接触相应的第一窗口和第二窗口的结合位置。可选地，在该方法中实施的至少一些层叠工艺包括可旋转层叠工艺。而且，可选地，流体输送层材料的第四幅材和第五幅材中的一个包括阳极催化剂，而流体输送层材料幅材的第四幅材和第五幅材中的另一个包括阴极催化剂。此外，该方法可选地采用在线模制工艺，其中在燃料电池幅材进行工艺处理期间、之前或之后模制流场板。可选地，结合材料是作为在无遮蔽的膜上的窗口图案暴露的结合剂或粘合剂。此外，使用该方法制造的燃料电池幅材易于由模制站进一步进行工艺处理，以装入一对燃料电池组件之间的燃料电池幅材的单个燃料电池组件。进一步，该方法可选地实施为采用模制站以将流场板模制成连续幅材，该连续幅材具有活动铰链、载体带、或设置在相邻板之间的其它诸如锥形孔的互锁布置和插头布置。可选地，在这种模制中采用的模制材料易于执行流场板的集合管周围的衬垫的功能。
在前述公布的美国专利中描述的方法已经与特定的技术问题相关联。第一个问题是当将第一预制幅材和第二预制幅材被结合到膜幅材时，膜幅材易于被重压。而且，由于引入了可能对制造产量有潜在限制的特定模制操作，所以该方法不是用于燃料电池制造的完全连续的工艺。而且，该方法基本上没有反馈来应对在制造多层幅材期间发生的可能的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的制造燃料电池的方法，该方法能够减少制造成本并提高燃料电池的可靠性和性能。
根据本发明的第一方面，提供一种如在所附权利要求1中所述的制造燃料电池的方法。
提供一种基本上连续制造燃料电池的方法，所述燃料电池可操作以从所述燃料电池中的一个或多个反应物的反应产生电力，其中每个燃料电池包括以堆叠的构造组装和/或层叠到一起的多个构成部件，所述方法包括以下步骤：
(a)提供用于制造燃料电池的材料和/或预制构成部件的多个卷；
(b)以基本上连续的方式，渐进地组装和/或层叠来自多个卷的材料层和/或预制构成部件，以制造一连串的燃料电池或所述燃料电池的部件；以及
(c)将测试程序应用到所述一连串的燃料电池或所述燃料电池的部件，以识别一个或多个功能良好的燃料电池或所述一个或多个功能良好的燃料电池的部件；以及
(d)将一个或多个功能良好的燃料电池相互分离成单独的燃料电池、所述燃料电池的部件或这种燃料电池的群用于随后使用。
本发明有利之处在于所述方法能够减少制造成本并提高燃料电池的可靠性和性能。
优选地，在所述方法的步骤(b)中，组装从为每个燃料电池提供结构刚度的大致中心层开始。
优选地，在所述方法中，中心层是燃料电池中的每一个的大致刚性结构层，或是燃料电池中的每一个的中心腔。从燃料电池的中心层或中心腔构建所述燃料电池能够产生的燃料电池更坚固并且在使用期间当经受其中发生的温度和/或压力差时更能够维持其尺寸稳定性，即空间和机械稳定性。因此，该方法考虑：
(1)响应于燃料电池内的反应物的反应而发生的温度梯度；
(2)与燃料电池的设计相关联的热导性；
(3)根据在燃料电池内采用的流场构造而在燃料电池内发生的压力梯度；
(4)燃料电池外部的燃料和氧化剂供应系统。
优选地，所述方法的步骤(b)包括在材料层和/或预制构成部件被组装和/或层叠以形成所述一连串的燃料电池之前和/或同时，将材料层和/或预制构成部件供应到一个或多个预备工艺。当实施所述方法时高效地执行所述一个或多个预备工艺，使得能够在卷中潜在地使用更多标准的材料，例如能够利用标准的片金属带或金属幅材，所述片金属带或金属幅材随后由一个或多个预备工艺采用以使其适于燃料电池制造。
在所述方法中更优选地，一个或多个预备工艺包括以下工艺中的一个或多个工艺：
(e)将衬垫或密封件结合或模制到一个或多个材料层和/或预制构成部件；
(f)机械地加工一个或多个材料层和/或构成部件以使所述材料层和/或构成部件成形和/或使所述材料层和/或构成部件变平；
(g)在一个或多个材料层和/或构成部件中切割一个或多个孔口或孔；
(h)处理一个或多个层和/或构成部件的切割边缘，以使所述切割边缘钝化而不被反应物中的一个或多个腐蚀或不与反应物中的一个或多个进行化学反应；
(i)将涂层添加到一个或多个层和/或构成部件，以激活和/或钝化所述层和/或构成部件；
(j)切割或以其它方式释放一个或多个层和/或部件，以将所述层和/或部件从所述层和/或部件的各自的卷释放；
(k)研磨和/或抛光一个或多个材料层和/或预制构成部件的表面；
(l)电抛光一个或多个材料层和/或预制构成部件，以提高所述材料层和/或预制构成部件的腐蚀保护性和/或为所述材料层和/或预制构成部件提供可操作以表现较低接触电阻的平滑表面；
(m)清洁一个或多个材料层和/或预制构成部件，以从材料层和/或预制构成部件去除污物；以及
(n)将焊接操作应用到一个或多个材料层和/或预制构成部件。
可选地，焊接操作涉及用于将各种金属板焊接到一起的激光焊接，以减少对例如腈和/或硅树脂密封衬垫的衬垫的需要。这种激光焊接易于在燃料电池内形成反应物流场构造，以提高其电力输出能力和/或提供减小的反应物通过其的流阻。
优选地，所述方法的步骤(c)包括至少一个测试操作，该测试操作包括以下测试操作中的一个或多个：
(o)通过在过量压力下将流体施加到燃料电池以压力测试燃料电池并识别所述燃料电池中的任何泄漏的发生，来测试燃料电池；
(p)通过称量燃料电池以确定所述燃料电池的重量是否在给定范围内、或在给定的阈值重量之上和/或之下，来测试燃料电池；
(q)通过测量燃料电池的一个或多个物理尺寸以确定燃料电池是否已经分别被正确地组装到一起，来测试燃料电池；
(r)通过光学探测燃料电池以确保燃料电池的层和/或构成部件已经被正确地相互对齐，来测试燃料电池；
(s)通过在燃料电池上执行一个或多个电测量以确定断路故障、短路故障和/或电池电阻故障，来测试燃料电池；
(t)通过对燃料电池应用“嗅闻法”或化学检测测试以用于检测由燃料电池制造工艺残留的不期望物质的痕量，来测试燃料电池；
(u)测试燃料电池以测试包括在燃料电池内的电极室之间的泄漏，所述测试还包括堵住(plug)电极室的电极的出口、将反应物供应到电极室、以及监测由燃料电池产生的输出电势的步骤；
(v)通过在过量压力下施加嗅闻气体和/或探漏气体，例如所述气体优选为含5％氢气的氮气，并通过使用气体感测设备检测嗅闻气体和/或探漏气体从燃料电池到所述燃料电池周围的任何泄漏，来测试燃料电池的泄漏；
(w)响应于通过燃料电池部件、半燃料电池或完整燃料电池的液体和/或气体的流来测试发生在所述燃料电池部件、所述半燃料电池或所述完整燃料电池中中的压力下降；以及
(x)响应于通过燃料电池部件、半燃料电池或完整燃料电池的液体和/或气体的流来测试所述燃料电池部件、所述半燃料电池或所述完整燃料电池的流特征。
在步骤(v)中，易于使用干燥的、潮湿的、饱和的和过饱和的嗅闻和/或探漏气体来执行这种泄漏测试。而且，可选地，还利用有利地在100℃以下的加热的气体执行这种泄漏测试。此外，从入口流经燃料电池到出口的嗅闻和/或探漏气体的温度和湿度测量也易于用于测试目的。通过执行这种泄漏测试，可行的是确认燃料电池部件是否相互正确地放置、所有部件是否存在、部件的几何尺寸是否正确、燃料电池部件和燃料电池是否具有来自于其的正确的热损失度、以及部件是否由适当的材料制造等。从而，提供了部件失效指示。
在步骤(x)中，通过将优选地包括惰性气体或空气的测试气体施加到燃料电池部件、半燃料电池或完整燃料电池的入口，其出口流将具有关于其流场型式特征的不同特征；对于每个燃料电池部件、半燃料电池或完整燃料电池来说，此特征易于被知道。有利地，作为流量的函数和/或通过以各种重复的频率施加流脉冲来测试此特征。而且，这种测试易于使用干燥、潮湿、饱和、以及过饱和的气体来执行，例如可选地当燃料电池的温度被改变以确定在入口和出口流截面中和在双极板的流场中的水浓缩度时，执行这种测试。在入口和出口流处的气体温度和湿度易于被测量并用作部件失效指示。这种测量易于提供关于部件、半燃料电池、或完整燃料电池的重要信息。通过执行这些测试，可行的是确认部件是否正确地相互放置、所有部件是否被包括、部件或燃料电池的尺寸是否正确、以及在燃料电池的活性区域上的流分布是否正确等。再次，这种特征测试易于被用作部件失效指示。
在步骤(o)中，有利地，每个燃料电池被测试以识别例如在制造在燃料电池内的膜中和/或在制造在燃料电池内的反应物流分配装置中阳电极和阴电极之间的泄漏；可选地通过借助于第一气体将相对小的且可变的第一过量压力施加到每个燃料电池的第一电极反应物腔中、并且借助于第二气体将相对小的且可变的第二过量压力施加到每个燃料电池的第二电极反应物腔中、然后检测由于第一气体和第二气体的一个或多个泄漏而混合的发生，来执行这种测试。有利地，第一气体和第二气体分别是氢气和氮气。而且，第一过量压力和第二过量压力可选地相互不同。
能使用氦气、或氢气稀释在氮气中的混合物来实施上述嗅闻气体。更优选地，使用基本上5％的氢气稀释在氮气中的混合物。
在组装到相应的燃料电池堆(stack)中之前测试单个的燃料电池使得有故障或可疑的燃料电池被识别并丢弃，从而它们不被组装到相应的堆叠中；由于燃料电池堆中结合有故障的燃料电池而对燃料电池堆进行的拆卸和修复既昂贵又费时，还可能在制造中产生浪费；本发明能够避开这种不必要的浪费和费用。
更优选地，所述方法的步骤(o)或步骤(v)包括以下步骤：
(y)在过量压力下将探漏气体施加到每个燃料电池；以及
(z)使用一个或多个探漏气体探针围绕每个燃料电池的外周进行空间采样，以检查探漏气体从所述燃料电池的局部泄漏。
这种探漏气体测试的有益之处在于，它提供关于当实施该方法时所利用的连续层叠和组装工艺的可靠性的反馈。
更优选地，所述方法的步骤(r)包括以下步骤中的一个或多个步骤：
(aa)使用围绕每个燃料电池的周边区域和/或在燃料电池中形成的孔口和/孔处的一个或多个光辐射束光学探测燃料电池；以及
(bb)使用(伦琴)X-射线执行包括在每个燃料电池中的层和/或构成部件的成像，以检测在制造期间层和/或构成部件中发生的故障或缺陷。
这种光学和/或X-射线检查能够识别可能不可靠或可疑的燃料电池，以避免它们被组装到燃料电池堆中，从而改进了这种堆叠的操作可靠性。
优选地，所述方法包括以下步骤：使材料和/或构成部件从多个卷的输送相互同步，以确保在燃料电池中所述材料和/或构成部件的相互精确的对齐。使材料和/或构成部件的输送同步的有利之处在于，改进在燃料电池中层的相互对齐使得形成在燃料电池中的各种孔、通道和腔提供对一个或多个反应物的低流阻，并使得在燃料电池的周缘处一个或多个反应物的泄漏的风险也降低。
优选地，所述方法包括以下步骤：在材料和/或构成部件中形成孔、通道和腔，从而为燃料电池提供一个或多个路径，当燃料电池在操作中时，一个或多个反应物可操作以流过所述一个或多个路径。
更优选地，在所述方法中，形成孔、通道和腔的步骤使所述燃料电池能够被组装到相应的燃料电池堆中，每个堆叠易于由一个或多个端板终止，电连接件和流体连接件设置在所述端板处。
根据本发明的第二方面，提供一种如在所附权利要求12中所述的方法。
提供一种基本上连续制造燃料电池的方法，所述燃料电池可操作以从所述燃料电池中的一个或多个反应物的反应产生电力，其中每个燃料电池包括以堆叠的构造组装和/或层叠到一起的多个构成部件，所述方法包括以下步骤：
(a)提供用于制造燃料电池的材料和/或预制构成部件的多个卷；
(b)以基本上连续的方式，渐进地组装和/或层叠来自所述多个卷的材料层和/或预制构成部件，以制造一连串的所述燃料电池或燃料电池的部件；以及
(c)将一个或多个功能良好的燃料电池相互分离成单独的燃料电池、所述燃料电池的部件或这种燃料电池的群用于随后使用。
可选地，在所述方法的步骤(b)中，组装从为每个燃料电池提供结构刚度的大致中心层开始，所述中心层是燃料电池中的每一个的大致刚性中心结构层，或是燃料电池中的每一个的中心腔。
根据本发明的第三方面，提供一种如在所附权利要求14中所述的设备。
提供一种可操作以基本上连续制造燃料电池的设备，所述燃料电池可操作以从所述燃料电池中的一个或多个反应物的反应产生电力，并且其中每个燃料电池包括以堆叠的构造组装和/或层叠到一起的多个构成部件，所述设备包括：
(a)安装装置，所述安装装置用于接收用于制造燃料电池的材料和/或预制构成部件的多个卷；
(b)一个或多个组装装置，所述一个或多个组装装置可操作以便以基本上连续的方式渐进地组装和/或层叠来自多个卷的材料层和/或预制构成部件，以制造一连串的燃料电池或一连串的所述燃料电池的部件；
(c)测试装置，所述测试装置可操作以将测试程序应用到所述一连串的燃料电池或所述燃料电池的部件，以识别一个或多个功能良好的燃料电池或所述一个或多个功能良好的燃料电池的部件；以及
(d)分离装置，所述分离装置可操作以将一个或多个功能良好的燃料电池相互分离成单独的燃料电池、所述燃料电池的部件或这种燃料电池的群用于随后使用。
优选地，在所述设备中，在一个或多个组装装置中的组装从为每个燃料电池提供结构刚度的大致中心层开始。
优选地，所述设备可操作以制造所述一连串的燃料电池，使得所述中心层是燃料电池中的每一个的大致刚性结构层，或是燃料电池中的每一个的中心腔。
优选地，所述设备包括一个或多个预备台，所述一个或多个预备台可操作以接收来自所述卷的材料层和/或预制构成部件，以用于在被组装和/或层叠以形成所述一连串的燃料电池之前和/或同时进行预备工艺。
更优选地，在所述设备中，一个或多个预备台包括以下预备台中的一个或多个：
(e)用于将衬垫或密封件结合或模制到一个或多个材料层和/或预制构成部件的预备台；
(f)用于机械地加工一个或多个材料层和/或构成部件以使所述材料层和/或构成部件成形和/或使所述材料层和/或构成部件变平的预备台；
(g)用于在一个或多个材料层和/或构成部件中切割一个或多个孔口或孔的预备台；
(h)用于处理一个或多个层和/或构成部件的切割边缘以使所述切割边缘钝化从而不被反应物中的一个或多个腐蚀或不与反应物中的一个或多个进行化学反应的预备台；
(i)用于将涂层添加到一个或多个层和/或构成部件以激活和/或钝化所述层和/或构成部件的预备台；
(j)用于切割或以其它方式释放一个或多个层和/或部件以将所述层和/或部件从所述层和/或部件的各自的卷释放的预备台；
(k)用于研磨和/或抛光一个或多个材料层和/或预制构成部件的表面的预备台；
(l)用于电抛光一个或多个材料层和/或预制构成部件以提高所述材料层和/或预制构成部件的腐蚀保护性和/或为所述材料层和/或预制构成部件提供可操作以表现较低接触电阻的平滑表面的预备台；
(m)用于清洁一个或多个材料层和/或预制构成部件以从所述材料层和/或预制构成部件去除污物的预备台；以及
(n)用于将焊接操作应用到一个或多个材料层和/或预制构成部件的预备台。
可选地，焊接操作包括用于将各种钢板焊接到一起的激光焊接以用于减少对衬垫例如腈和/或硅树脂密封衬垫的需要。这种激光焊接易于在燃料电池内形成反应物流场构造，以用于提高其电力输出能力和/或提供减小的反应物通过其的流阻。
优选地，在所述设备中，测试装置可操作以通过以下测试中的一个或多个来测试燃料电池的操作：
(o)通过在过量压力下将流体施加到燃料电池以压力测试燃料电池并识别所述燃料电池中的任何泄漏的发生，来测试燃料电池；
(p)通过称量燃料电池以确定所述燃料电池的重量是否在给定范围内、或在给定的阈值重量之上和/或之下，来测试燃料电池；
(q)通过测量燃料电池的一个或多个物理尺寸以确定燃料电池是否已经分别被正确地组装到一起，来测试燃料电池；
(r)通过光学探测燃料电池以确保燃料电池的层和/或构成部件已经被正确地相互对齐，来测试燃料电池；
(s)通过在燃料电池上执行一个或多个电测量以确定断路故障、短路故障和/或电池电阻故障，来测试燃料电池；
(t)通过对燃料电池应用“嗅闻法”或化学检测测试以用于检测由燃料电池制造残留的不期望物质的痕量，来测试燃料电池；
(u)测试燃料电池以测试包括在燃料电池内的电极室之间的泄漏，所述测试还包括堵住电极室的电极的出口、将反应物供应到电极室、以及监测由燃料电池产生的输出电势的步骤；
(v)通过在过量压力下施加嗅闻气体和/或探漏气体，例如所述气体优选为含5％氢气的氮气，并通过使用气体感测设备检测嗅闻气体和/或探漏气体从燃料电池到所述燃料电池周围的任何泄漏，来测试燃料电池的泄漏；
(w)响应于通过燃料电池部件、半燃料电池或完整燃料电池的液体和/或气体的流来测试发生在所述燃料电池部件、所述半燃料电池或所述完整燃料电池中的压力下降；以及
(x)响应于通过燃料电池部件、半燃料电池或完整燃料电池的液体和/或气体的流来测试所述燃料电池部件、所述半燃料电池或所述完整燃料电池的流特征。
在步骤(t)和(v)中，有利地，能采用诸如氦气、或氢气稀释在氮气中的混合物的嗅闻气体；优选地，采用基本上5％的氢气稀释在氮气中的混合物。
在步骤(o)中，有利地，每个燃料电池被测试以识别例如在制造在燃料电池内的膜中和/或在制造在燃料电池内的反应物流分配装置中的阳电极和阴电极之间的泄漏；可选地通过借助于第一气体将相对小的且可变的第一过量压力施加到每个燃料电池的第一电极反应物腔中、并且借助于第二气体将相对小的且可变的第二过量压力施加到每个燃料电池的第二电极反应物腔中、然后检测由于第一气体和第二气体的一个或多个泄漏而混合的发生，来执行这种测试。有利地，第一气体和第二气体分别是氢气和氮气。而且，第一过量压力和第二过量压力可选地相互不同。
更优选地，在所述设备中，测试装置可操作以：
(y)在过量压力下将探漏气体施加到每个燃料电池；以及
(z)使用一个或多个探漏气体探针围绕每个燃料电池的外周进行空间采样，以检查探漏气体从所述燃料电池的局部泄漏。
更优选地，在所述设备中，测试装置可操作以：
(aa)使用围绕每个燃料电池的周边区域和/或在燃料电池中形成的孔口和/孔处的一个或多个光辐射束光学探测燃料电池；以及/或者
(bb)使用(伦琴)X-射线执行包括在每个燃料电池中的层和/或构成部件的成像，以检测在制造期间所述层和/或构成部件中发生的故障或缺陷。
优选地，所述设备包括同步装置，所述同步装置用于在操作中使材料和/或构成部件从多个卷的输送相互同步，以确保在燃料电池中所述材料和/或构成部件相互精确的对齐。
优选地，所述设备包括工具，所述工具可操作以在材料和/或构成部件中形成孔、通道和腔，从而为燃料电池提供一个或多个路径，当燃料电池在操作中时，一个或多个反应物可操作以流过所述一个或多个路径。
更优选地，在所述设备中，用于形成孔、通道和腔的工具被设置成使燃料电池能够被组装到相应的燃料电池堆中，每个堆叠易于由一个或多个端板终止，电连接件和流体连接件设置在所述端板处。
根据本发明的第四方面，提供一种如在所附权利要求22中所述的设备。
提供一种可操作以基本上连续制造燃料电池的设备，所述燃料电池可操作以从所述燃料电池中的一个或多个反应物的反应产生电力，并且其中每个燃料电池包括以堆叠的构造组装和/或层叠到一起的多个构成部件，所述设备包括：
(a)组装区，所述组装区包括：安装装置，所述安装装置用于接收用于制造燃料电池的材料和/或预制构成部件的多个卷；以及一个或多个组装装置，所述一个或多个组装装置可操作以便以基本上连续的方式渐进地组装和/或层叠来自多个卷的材料层和/或预制构成部件，以制造一连串的燃料电池或一连串的所述燃料电池的部件；
(b)测试区，所述测试区用于将测试程序应用到所述一连串的燃料电池或一连串的所述燃料电池的部件，以识别一个或多个功能良好的燃料电池或所述一个或多个功能良好的燃料电池的部件；
(c)分离区，所述分离区可操作以将一个或多个功能良好的燃料电池或所述一个或多个功能良好的燃料电池的部件相互分离成单独的燃料电池、所述燃料电池的部件或这种燃料电池的群；以及
(d)堆叠区，所述堆叠区用于将功能良好的燃料电池、所述功能良好的燃料电池的群的部件或这种功能良好的燃料电池的群相互组装成这种燃料电池的堆，以制造这种燃料电池的组。
优选地，在所述设备中，组装从为每个燃料电池提供结构刚度的大致中心层开始。
优选地，所述设备可操作以制造一连串的燃料电池，使得中心层是燃料电池中的每一个的大致刚性结构层，或是燃料电池中的每一个的中心腔。
根据本发明的第五方面，提供一种如所附权利要求28中所述的设备。
提供一种可操作以基本上连续制造燃料电池的设备，所述燃料电池可操作以从所述燃料电池中的一个或多个反应物的反应产生电力，并且其中每个燃料电池包括以堆叠的构造组装和/或层叠到一起的多个构成部件，所述设备包括：
(a)安装装置，所述安装装置用于接收用于制造燃料电池或所述燃料电池的部件的材料和/或预制构成部件的多个卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)；
(b)一个或多个组装装置，所述一个或多个组装装置可操作以便以基本上连续的方式渐进地组装和/或层叠来自多个卷的材料层和/或预制构成部件，以制造一连串的所述燃料电池或所述燃料电池的部件；
(c)分离装置，所述分离装置可操作以将一个或多个功能良好的燃料电池分离成单独的燃料电池、所述燃料电池的部件或这种燃料电池的群用于随后使用。
优选地，在所述设备中，一个或多个组装装置可操作以从为每个燃料电池提供结构刚度的大致中心层开始。
更优选地，所述中心层是燃料电池中的每一个的大致刚性结构层，或是燃料电池中的每一个的中心腔。
根据本发明的第六方面，提供一种制造燃料电池的方法，其中每个燃料电池包括以堆叠的构造组装和/或层叠到一起并形成至少一个冷却腔和至少一个产生电的基本燃料电池的多个构成部件，所述方法包括以下步骤：
(a)渐进地组装和/或层叠材料层和/或预制构成部件，以制造一连串的所述燃料电池或所述燃料电池的部件；以及
(b)以在形成冷却腔的部件的所述工艺中进行工艺处理的层开始所述组装和/或层叠工艺。
优选地，在所述方法中，在开始基本燃料电池的制造之前完成或至少基本上完成冷却腔的制造。
优选地，在所述方法中，以燃料电池的组装层形成冷却腔的层被布置在基本燃料电池的层之间的夹层结构的这种方式，在所述组装和/或层叠工艺期间顺序地提供燃料电池的各种层。
优选地，在所述方法中，以燃料电池的组装层形成冷却腔的层的群和基本燃料电池的层的群被布置成彼此相邻的夹层结构的这种方式，在所述组装和/或层叠工艺期间顺序地提供燃料电池的各种层。
优选地，在所述方法中，制造一种包括膜、阴电极层、和阳电极层的基本燃料电池，其中膜的组件、或者膜与电极层中的至少一个的组件、或者电极层中的一个的组件是为在所述组装和/或层叠工艺中的组件提供的最后的层或最后的层组合。
根据本发明的第七方面，提供一种使用根据本发明的第一方面或第二方面的方法制造的燃料电池。
根据本发明的第八方面，提供一种由根据本发明的第三方面、第四方面或第五方面的设备制造的燃料电池。
将认识到，在不偏离由所附权利要求限定的本发明范围的情况下，本发明的特征易于以任意组合的形式组合。
附图说明
现在将参照附图仅借助于实例来描述本发明的实施例，在附图中：
图1是已知燃料电池的示意图；
图2a是根据本发明的方法制造的燃料电池的横截面图；
图2b是实现在图2a的燃料电池内可选地采用的流体密封件的功能的方式的横截面图；
图3a是根据本发明的可操作以制造燃料电池的设备的示意图；
图3b是图3a的设备的可替代实施方式的示意图；
图4a是包括在带中的材料层的示意横截面图，在操作时该带通过图3a的设备连续输送；
图4b是包括在带中的材料层的示意横截面图，在操作时该带通过图3b的设备连续输送；以及
图5是形成燃料电池组的组装的燃料电池堆的示意横截面图。
在附图中，采用带下划线的附图标记表示带下划线的附图标记位于其上的物体或带下划线的附图标记与其相邻的物体。无下划线的附图标记涉及由将无下划线的附图标记连接到物体的线识别的物体。当附图标记是无下划线的并且伴随有相关的箭头时，该无下划线附图标记用于识别箭头指向的总体物体。
具体实施方式
总体概括，本发明涉及：
(a)制造燃料电池的方法；
(b)使用这种方法制造的燃料电池；以及
(c)用于在实施这种制造燃料电池的方法中使用的设备。
如将在之后将详细描述的，下文中所述方法易于制造通常可能比迄今使用如前述的当前的至少部分连续制造工艺制造的燃料电池更可靠的燃料电池。而且，之后描述的用于实施下述方法的设备易于以更连续的方式运行，从而提高制造产量并因此减少燃料电池制造成本。通过基本上从燃料电池的中心向外构造燃料电池以使应力相互平衡来实现这种增加的可靠性；然而，根据本发明，由不是燃料电池的中心结构层的层形成的燃料电池构造也是可行的。此外，通过使用基本上完全地基于卷的制造方法来提高产量，在该制造方法中，在连续基础上引入测试；该测试是有益的，这是因为在有缺陷的燃料电池被组装成燃料电池堆之前，它们能够被识别，从而回避拆卸或丢弃具有重要附加值装置的完成的燃料电池堆的需要。
现在将描述本发明的实施例。首先，参照图2a，其中示出了根据本发明的方法制造的燃料电池堆的一部分的横截面。燃料电池堆总体通过100来表示，并包括多个单独的燃料电池110，在图2a中完全地示出包括冷却腔的所述多个单独的燃料电池中的一个以及相邻燃料电池的一部分。单独的燃料电池110包括第一结构板120，与密封衬垫130、135相关联的填充材料板132施加到该第一结构板120上，留出由金属冷却网格填充的空隙。第二结构板150邻接于冷却网格140和密封衬垫130上；可选地，第一结构板120和第二结构板150在构造上基本上类似，例如由具有在大约50μm至大约250μm范围内的厚度的不锈钢或铝片制造。由冷却网格140填充的前述空隙可被操作以形成燃料电池110的冷却单元；从而冷却网格140可被操作以占据燃料电池110的冷却腔。
第一气体网170位于结构板150的离开前述空隙的主面上，并且邻接于由190表示的质子交换膜上的第一网格180沉积于该第一气体网170上；阴电极层包括在第一网格180和质子交换膜190之间。第一网格180例如由纺织石墨织物、石墨/碳纸、气体扩散材料、陶瓷材料、导电陶瓷材料、多微孔材料、相互结合纤维的集合中的至少一种制造；有益地，第一网格180被实施为在操作中导电；网格180易于以纺织或无纺的形式实施，例如网格180能够是交错纺织形式的，或作为随意定向纤维的压缩块。虽然在替换例中可以使用能够通过其选择性地运输电荷的载体的其它材料，但是交换膜190优选由氟化质子/离子导电塑料材料制造。衬垫密封件160确保包括第一气体网170和第一网格180的第一燃料电池腔是流体密封的，以用于在操作中接收第一反应物的流。
第二网格200和之后的第二气体网210按顺序包括在膜190的离开第一燃料电池腔的主面上；阳电极层包括在质子交换膜190和第二网格200之间。有利地，第二网格200例如利用纺织石墨织物以与第一网格180基本上类似的方式实施。第二气体网210布置成邻接于相邻燃料电池的结构板230的相邻面上：结构板230可选地是前述结构板120的重复。而且，第二网格200和第二气体网210限定第二燃料电池腔，第二燃料电池腔设置有用于确保第二腔流体密封的衬垫密封件220，以用于在操作期间接收第二反应物的流。
燃料电池110易于被组建成这种电池的并联和/或串联的组合，以实现更大的输出电势和/或更大的电流供应能力。可选地，衬垫密封件160、220能由硅树脂、固化热粘合剂或热固性粘合剂制造；然而，密封件160、220的其它实施方式也是可行的。更有利地，衬垫密封件160、220各包括如在图2b中表示的两部分构造，其中密封件由250来表示并包括相对较硬的间隔部260和相对较有弹力或弹性的流体密封部270a。因为当制造燃料电池110时相邻的表面被朝着彼此相互压缩，所以弹性密封部270a逐渐变形为如270b、270c所示的，从而提供可靠的流体密封，同时由于较硬的间隔部260而提供相邻表面之间的限定的间隔。在使用中当压力施加到图2b中所示的密封件上时，该密封件逐渐变形直到较硬的间隔部260限定最终获得的间隔距离“d”。可选地，网170、210中的一个或多个易于被制造成具有与结构板120、150类似的面积，并利用衬垫密封材料围绕其周缘灌注，从而能够同时用作网和密封件。
其次，现在将说明用于实施本发明方法的设备。还将描述这种设备的操作模式。
参照图3a，用于制造燃料电池的设备总体通过300来表示。设备300包括连续的基于卷的燃料电池组装区310、燃料电池测试站320、分离站330和用于把单个的燃料电池或燃料电池群组装到一起以提供单独的燃料电池堆350的堆叠站340。燃料电池堆350还被方便地称为燃料电池组。可选地，燃料电池堆包括以串联方式电联接以在操作时提供更大的输出电势的多个燃料电池。然而，燃料电池的其它串联-并联构造也是可能的。虽然设备300被示出为具有具体的区和站，但是将认识到的是，区和站310、320、330、340中的一个或多个能够被有效地分配到设备300内的若干个空间位置，或者能够被同时实施；例如，如果需要，与测试站310相关联的测试程序也能够被局部地实施在组装区310、分离站320、或堆叠站340中的至少一个中，或者实施在站330、340之间。
总体概括，在燃料电池组装区310中，在由R1至R7表示的卷中提供用于制造燃料电池的材料层。可选地，所述层中的特定层被以各种形式预先形成图案，如将在之后进一步描述的。材料被以自动方式从卷R1至R7连续提供，从而连续的组装燃料电池流被从组装区310传送到测试站320，在测试站320处执行各种测试以校验自动组装燃料电池的操作完整性。在测试站320处被发现有缺陷的燃料电池被标记或以其它方式记录，使得它们不被组装在燃料电池堆350中，从而避免制造无功能的或具有受损功能的燃料电池堆350，并因此提高生产成品率。可选地，有缺陷的燃料电池被收集，然后在补充设备300的辅助生产设备中修复。
前述卷R1至R7是如此设置的：
(a)卷R1包括片材料，该片材料可选地为导电的并且在燃料电池中可操作以用作填充材料，例如用作填充材料板132；可选地，来自卷R1的材料具有形成在其中的孔，其周围提供连接在沿着组装区310顺序制造的相邻燃料电池之间的联接突片，当所组装的燃料电池相互地彼此分离时，这些突片易于被切断；
(b)卷R2包括密封衬垫材料，该密封衬垫材料在燃料电池中可操作以用作气体和/或流体衬垫，例如衬垫密封件130、135；
(c)卷R3包括在燃料电池中可操作以用作冷却网例如用作金属冷却网格140的材料；
(d)卷R4包括在燃料电池中可操作以用作结构板例如用作结构板120、150的材料；
(e)卷R5包括在燃料电池中可操作以用作气体网例如用作气体网170、210的材料；然而，应该注意的是，在图中由上卷R5供应的气体网170将形成第一燃料电池的部件，由下卷R5同时供应的气体网210将形成与第一燃料电池相邻的第二燃料电池的部件；
(f)卷R6包括在燃料电池中可操作以用作衬垫密封件和/或填充物例如用作衬垫密封件160、220的材料；然而，应该注意的是，在图中由上卷R6供应的衬垫密封件160将形成第一燃料电池的部件，由下卷R6同时供应的衬垫密封件220将形成与第一燃料电池相邻的第二燃料电池的部件；
(g)卷R7包括在燃料电池中可操作以用作离子输送膜或电极例如用作膜190以及其相关联的网180、200和电极的材料。
根据图3a的设备被布置成从填充材料板132开始组装并从该填充材料板132沿两个层的方向延伸：132至135至120和132至130至150，以及作为提供冷却网格140的单个步骤延伸至140。由于在组装程序中的此步骤，核心燃料电池170、160、180、190、200、210、220被从刚性层结构120、135、132、130、150底部对称地组装到顶部上。然而，以此方式分开，即第一燃料电池的下部170、160、180、190被组装到刚性层结构120、135、132、130、150的顶部上，而第二燃料电池的没有敏感的膜-网格结构180、190、200的上部210、220被组装在刚性层结构120、135、132、130、150的下方。通过堆叠两个这种层结构将形成加上冷却腔的完整的燃料电池和第二半燃料电池。可替代地，如在图3b中所示，仅从冷却腔层结构120、135、132、130、150、140的顶部上的一侧组装完整燃料电池层结构170、160、180、190、200、210、220。
由于膜190是相对脆弱的部件，所以卷R7从组装区310朝着出口地被包括，从而在组装区310的前阶段中膜190不经受破环的风险。在燃料电池110的特定实施方式中，膜190对制造电池110的成本来说是非常重要的贡献部分，并因此在组装区310中手动或者自动处理它时，有利地需要相当小心。以基本上连续的方式进行的膜190的机器人处理是有益于在设备300中使用的。
来自卷R1至R7的片材料逐渐结合到一起，从而构造成基本上相对于从由卷R1提供的材料得到的填充板例如填充板132的对称；由于填充板是机械上刚性的，将机械上坚固且尺寸上稳定的燃料电池从组装区310提供到测试站320。
设备300与燃料电池制造的较早已知方法的区别在于，将构成燃料电池的部件的板、网和网格从卷在基本上连续或完全连续的基础上供应；相比而言，燃料电池制造的当前方法包括单独压出构成部件，例如板、网和填料，以及然后以基本上不连续的方式将构成部件相互单独地组装在一起。
除了图3a还参照图4a，设备300可操作以在卷R1处开始通过经一对辊410连续供应金属卷片带400来准备填充板，以将片带400适当地形成为形成的金属片带420。例如，这种成形能包括冲压或切削孔以限定一连串的燃料电池的填充板，其中，中心板经由前述中描述的可切断的突片相互联接。因此，金属片带420包括在前描述的燃料电池110的前述结构填充板132。
然后，利用辊440将从卷R2连续提供的衬垫材料430结合到形成的金属片带420上以形成第一多层带450。可选地，衬垫材料430在从辊R2分配时能够被预形成或切割以在其中包括用于引导流体流动的通道和中心断流区域。可选地，在经受辊440的作用之前，衬垫材料430能够在连续的基础上被模制或以其它方式形成。因此，衬垫材料430被操纵以提供前述衬垫密封件130、135。
之后，经由辊470将例如由不锈钢或铝制造并按尺寸适当地形成的冷却网材料460从卷R3连续添加到第一多层带450，例如以形成在图2a中示出的前述冷却网格140；基本上同时地，经由辊490将板材料480从第一卷R4连续添加到第一多层带450的向下面向的表面，例如以形成在图2a中示出的前述的结构板120。通过辊470、490连续添加冷却网460和结构材料480的作用，第一多层带450形成为在图3a中由500表示的第二多层带。接下来，包括的金属片材料510从第二卷R4连续提供并经由辊520添加到第二多层带500的向上面向的表面，以形成第三多层带530；因此，产生燃料电池110的前面提到的冷却单元。
然后，气体网材料540从卷R5提供并经由辊550连续添加到第三多层带530的向上面向和向下面向的表面，以连续形成第四多层带560；因此，分别地提供前述第一气体网170和第二气体网210。
之后，经由辊580将电池衬垫材料570从卷R6连续提供到第四多层带560的向上面向和向下面向的表面，以连续产生第五多层带590；因此，包括了如在图2a中示出的前述衬垫密封件160、220。
此外，经由辊593将前述膜190以及其相关联的第一网格180和第二网格200从卷R7添加到第五多层带590，以产生在图4a中由598表示的包括膜190的第六多层带595。由于这种膜190是相对薄的，例如厚度在大约10μm至大约100μm的范围内，所以它是相对脆弱的并因此不需要较早地引入以确保在制造期间提高的燃料电池成品率。
第六多层带595有效地包括如所示出的传递到测试站320的一连串的自动和连续组装的燃料电池。
在图3a中，从卷R1至R7连续提供的材料示出为被适当地直接供应以形成带400、420、450、500、530、560、590、595。在实际中，还方便地称为预备台的各种处理区(在图3a和3b中未示出)包括在卷R1至R7和带400、420、450、500、530、560、590、595之间。这些处理区可操作以执行各种功能，诸如以下功能中的一种或多种：添加结合剂、勾画衬垫密封件、冲孔、使用机械切割刀刃切割孔、激光切割孔、切断连接突片以释放用于组装的电池600的单独预准备部件。可选地，处理区能包括测试功能以确保各种功能已被正确地执行，并因此避免有缺陷的部件被组装到燃料电池中。
可选地，处理区包括一个或多个预备台，所述预备台包括以下预备台中的一个或多个：
(i)用于将衬垫或密封件结合或模制到一个或多个材料层和/或预制构成部件的预备台；
(ii)用于机械地加工一个或多个材料层和/或构成部件以使所述材料层和/或构成部件成形和/或使所述材料层和/或构成部件变平的预备台；
(iii)用于在一个或多个材料层和/或构成部件中切割一个或多个孔口或孔的预备台；
(iv)用于处理一个或多个层和/或构成部件的切割边缘以使所述切割边缘钝化而不被反应物的一个或多个腐蚀或不与所述反应物的一个或多个进行化学反应的预备台；
(v)用于将涂层添加到一个或多个层和/或构成部件以激活和/或钝化所述层和/或构成部件的预备台；
(vi)用于切割或以其它方式释放一个或多个层和/或部件以将所述层和/或部件从所述层和/或部件的各自的卷释放的预备台；
(vii)用于研磨和/或抛光一个或多个材料层和/或预制构成部件的表面的预备台；
(viii)用于电抛光一个或多个材料层和/或预制构成部件以提高所述材料层和/或预制构成部件的腐蚀保护性和/或为所述材料层和/或预制构成部件提供可操作以表现较低接触电阻的平滑表面的预备台；
(ix)用于清洁一个或多个材料层和/或预制构成部件以从所述材料层和/或预制构成部件去除污物的预备台；以及
(x)用于将焊接操作应用到一个或多个材料层和/或预制构成部件的预备台。
可选地，焊接操作包括用于将各种钢板焊接到一起的激光焊接以用于减少对衬垫例如腈和/或硅树脂密封衬垫的需要。这种激光焊接易于在燃料电池内形成反应物流场构造，以用于提高其电力输出能力和/或提供减小的反应物通过其的流阻。
在图4a中，通过组装区310连续运送在带420、450、500、530、560、590、595中包括的包括在燃料电池中的各种层。通过辊410、440、470、490、520、550、580、593的作用将各种层结合到一起。如将在之后说明的，各种层中的多数包括空间功能部件，例如孔、模制的衬垫和密封件、用于提供在操作中反应物能流动通过的通道的压出区域。衬垫和密封件可操作以提供可靠的密封，从而防止在操作中例如在车辆和手提式电源中时反应物从堆叠350泄漏出。
测试站320可操作以在包括在第六多层带595中的燃料电池被组装以形成燃料电池堆350之前测试该燃料电池。特别重要的是，冷却网140、460，气体网材料170、210、540，以及包括在燃料电池中的任何其它网层被正确地定位和加压，从而在操作中例如操作时在以提高的温度运行时和/或经受压力差时是尺寸稳定的。虽然燃料电池的特定设计被构造成在大约-40℃至大约200℃范围内的温度下操作，但是堆叠350中的每个燃料电池可操作以在大约100℃以下的额定工作温度时功能良好。然而，应该正视的是，在操作期间燃料电池堆350还受在其中存在的压力梯度的影响。因此，测试站320执行以下测试中的一个或多个以建立燃料电池质量和完整性：
(a)实施用于泄漏检测的使用探漏气体的压力测试；增压装置被联接到形成在燃料电池中的入口和出口端口以在测试期间向燃料电池内施加过量压力，这种过量压力包括诸如氦气的探漏气体的应用；气体探针以自动的方式围绕燃料电池的外周移动以检查任何诸如氦气的探漏气体的局部泄漏；因此，识别了在各种层中的衬垫和模制密封件的泄漏；
(b)执行重量测试，其中燃料电池被称量以确保正确量的材料已经用于制造燃料电池，例如模制密封件已经正确地形成以及过量模制衬垫材料没有过多地渗透到用以制造燃料电池的各种网和织网材料中；
(c)实施一个或多个厚度测量，以确保燃料电池被正确地组装到一起，例如从卷R1至R7供应的带、网和织网材料没有扭曲或弯曲，所述扭曲或弯曲可能对燃料电池的性能有害；
(d)执行轮廓测试，以确保形成燃料电池的各种层已经正确地相互对齐；有利地，使用例如软X-射线的(伦琴)X-射线沿与围绕燃料电池的周边的激光辐射和/或各种层的平面基本上垂直的方向执行这种轮廓测试；这种轮廓测试在与燃料电池的主面平行地实施时还能够提供厚度测试；以及
(e)执行燃料电池的电连接端子之间的电阻测试，以检查任何内在的短路或断路，当被组装到堆叠350中时所述短路或断路不利地影响燃料电池性能。
优选地，测试站320通过以下步骤中的一个或多个步骤可操作地测试燃料电池操作：
(f)通过在过量压力下将流体施加到燃料电池以压力测试燃料电池并识别该燃料电池中的任何泄漏的发生，来测试燃料电池；
(g)通过称量燃料电池以确定该燃料电池的重量是否在给定范围内、或在给定的阈值重量之上和/或之下，来测试燃料电池；
(h)通过测量燃料电池的一个或多个物理尺寸以确定燃料电池是否已经分别被正确地组装到一起，来测试燃料电池；
(i)通过光学探测燃料电池以确保该燃料电池的层和/或构成部件已经被正确地相互对齐，来测试燃料电池；
(j)通过在燃料电池上执行一个或多个电测量以确定断路故障、短路故障和/或电池电阻故障，来测试燃料电池；
(k)通过对燃料电池应用“嗅闻法”或化学检测测试以用于检测由燃料电池制造残留的不期望物质的痕量，来测试燃料电池；
(l)测试燃料电池以测试包括在燃料电池内的电极室之间的泄漏，所述测试还包括堵住电极室的电极的出口、将反应物供应到电极室、以及监测由燃料电池产生的输出电势的步骤；
(m)通过在过量压力下施加嗅闻气体和/或探漏气体，例如所述气体优选为含5％氢气的氮气，并通过使用气体感测设备检测所述嗅闻气体和/或探漏气体从燃料电池到该燃料电池周围的任何泄漏，来测试燃料电池的泄漏；
(n)响应于通过燃料电池部件、半燃料电池或完整燃料电池的液体和/或气体的流来测试发生在所述燃料电池部件、所述半燃料电池或所述完整燃料电池中的压力下降；以及
(o)响应于通过燃料电池部件、半燃料电池或完整燃料电池的液体和/或气体的流来测试所述燃料电池部件、所述半燃料电池或所述完整燃料电池的流特征。
在步骤(k)和(m)中，有利地能采用诸如氦气、或氢气稀释在氮气中的混合物的嗅闻气体；优选地，采用基本上5％的氢气稀释在氮气中的混合物。有利地，在预备台中，每个燃料电池被测试以识别例如在制造在燃料电池内的膜中和/或在制造在燃料电池内的反应物流分配装置中的阳电极和阴电极之间的泄漏；可选地通过借助于第一气体将相对小的且可变的第一过量压力施加到每个电池的第一电极反应物腔中、并且借助于第二气体将相对小的且可变的第二过量压力施加到每个燃料电池的第二电极反应物腔中、然后检测由于第一气体和第二气体的一个或多个泄漏而混合的发生，来执行这种测试。有利地，第一气体和第二气体分别是氢气和氮气。而且，第一过量压力和第二过量压力可选地相互不同。
在测试站320中，发现有缺陷的燃料电池110有利地与发现完好的和功能良好的燃料电池110相互分开。
如之前说明的，可选地在设备300内能较早地实施测试站320的特定功能，例如以在制造期间在要之后添加的不被模糊地观察到的其它层的阶段处较早地预测试部件或测试燃料电池110。例如，优选地如在图3中所示在设备中而不是在测试站320处较早地执行使用照相机和光学成像用于检查冷却网和衬垫密封件对齐的检查。而且，有利地，在分离站330之后还执行特定测试功能。
在分离站330中，所组装的燃料电池通过切割操作或类似工艺相互分离。有利地，在分离站330处例如通过使用磁性夹钳或可替代移除机构移除通过在测试站320处较早的测试标记为有缺陷的燃料电池。然后，分离的完好燃料电池110被传送到堆叠站340，燃料电池110在该堆叠站340处被自动地且连续组装以形成如在图5中所示的燃料电池堆350，其中由600来表示单个的燃料电池。可选地，组装的堆叠350经受进一步的最终检查和测试以确保在堆叠期间和在实施燃料电池之间的电连接和反应物通道时没有引入缺陷；例如，理想的是检查膜190是完好的且没有刺孔，并且检查密封衬垫130、135、160、220是流体或液体不能通过其渗透的。如在图5中所示，燃料电池堆350在堆叠350的端部区域设置有端板610并包括添加以将每个堆叠350结合在一起细长螺栓620或相似类型的紧固件；可替代地，燃料电池600被堆叠在例如塑料材料模制容器的容器中，一个或多个端板添加到该容器上；更优选地，这种容器具有燃料电池的弹力卡扣配合保持力，以避免采用螺栓将燃料电池600的堆叠结合在一起的需要。可选地，一个或多个端板是弹簧夹等，弹力接合到这种塑料材料模制容器中，从而避免在燃料电池堆组装期间使用螺钉的需要，因此减小了生产时间和需要被相互组装的构成部件的数目。
有利地，这种端板610包括用于当操作时将电力从堆叠350引出的电连接件630、以及用于将反应物和冷却剂的流联接到堆叠350并且用于将反应副产物和冷却剂从堆叠350移除的流体和/或气体联接连接件640、650、660。可选地，细长螺栓620包括在端板610的角部处，并且相应的孔形成在燃料电池600的各种层中以用于容纳螺栓620；因此，每个燃料电池600的中央区域可用于提供用于提供到形成堆叠350的燃料电池600的反应物的反应区域。
由于设备300以连续的方式起作用，所以燃料电池600和该燃料电池600的相关的堆叠350易于重复生产并统一制造质量，因此确保高的产品质量。而且，测试站320提供进一步的检查，由燃料电池600提供高质量和可靠的性能。
分离站330优选包括旋转切割轮或往复切割刀刃。这些切割轮和切割刀刃被布置成在燃料电池600被分离时不对其加压以避免扭曲结合在燃料电池600中的网和网格。在设备300中，从卷R1至R7提供的材料在被适当地添加到带420、450、500、530、560、590、595之前可选地例如通过冲压或切割操作而预先形成图案。而且，密封衬垫和间隔层可选地以逐步连续的方式模制到从卷R1至R7提供的材料上；例如，硅树脂密封材料能够在借助于辊470、550结合到带450、530上之前被模制到从卷R3、R5提供的网和织网材料上。在燃料电池600内采用的密封件可选地具有小于大约1mm、例如在大约0.1mm至大约0.8mm的范围内的厚度。
在组装区310中，在卷R1至R7和带420、450、500、530、560、590、595之间的区域包括应用到从卷R1至R7中的一个或多个的引出的材料的各种形式的表面处理。这种处理能够包括化学激活表面和/或抵抗在操作中的腐蚀和/或钝化表面的表面处理。可选地，以易于避免金属颗粒尺寸改变的速度执行切入材料的孔或穿孔，金属颗粒尺寸的改变将导致能发生提高的腐蚀的位置。优选地，使用相对大直径的切割刀具或线性往复刀具以相对于材料平面的垂线的浅角进行在材料中的切割。如果可能，优选地，已经实施切割之处的暴露的边缘例如切入上述网或织网材料的孔被局部化学处理、保护和/或以其它方式钝化，从而减少腐蚀的发生。
燃料电池600可选地关于带400基本上对称地构建，该带400被构造成填充材料板，例如在图2a中所示的填充材料板132。随后的制造步骤被布置成构造上述冷却单元或腔。这种形式的构造在减小在每个燃料电池600中并因此在相应的燃料电池堆350中引起的机械应力方面是有利的，从而提高了操作可靠性。
虽然如在图3a中所示形成燃料电池600的各种层被示出为在带595中，但是将认识到形成燃料电池600的层被形成图案或以其它方式形成以提供两个反应物腔、一个电极区域和一个冷却腔。两个反应物腔包括在电极区域的两侧处。冷却腔位于阳极侧或阴极侧或者位于电极两侧。然而，从机械的观点来看，冷却腔有利地例如基本上在燃料电池600的中央。卷R1至R7中的一个或多个可选地包括燃料电池600的预准备构成部件；例如，卷R1至R7中的一个或多个可包括以下中至少一个：
(a)保持在载体上的预制备构成部件；
(b)由不完全连接件保持在一起的预制备构成部件，当构成部件在
组装区310中被添加到它们各自的带中时所述不完全连接件
则被切断。
可选地，除了在制造燃料电池600中采用的网部件的可操作以暴露于例如诸如甲烷、丙烷、氢气、空气或氧气的气体的反应物的活性区域外，所述网部件预填充有密封材料；这种制造方式易于提供如在图2b中示出的密封件，其中增加的压缩力最先使更具弹性的部件例如注射硅树脂、或者覆盖和/或结合的硅树脂或类似片变形，以提供流体和/或液体密封，使得由压缩力导致的此变形最终由更具刚性的网材料在尺寸上抵抗。密封材料可选地注射或喷射到这种网和织网材料部件中。可选地，使用热熔性粘合剂、模制、喷射等来实施密封件和衬垫；例如，这种密封件和衬垫可以在辊的表面上制备，然后从那里传输到形成燃料电池600的层；以在图2b中所示的方式有利地实施这种密封件。
接下来参照燃料电池600的基本构造，可选地，电池600例如被制造成具有基本类似于在公布的PCT申请no.WO2004/027910中描述的燃料电池的形式，在所述PCT申请中各种层被堆叠在一起以形成具有形成或切入其中的孔、通道和腔以形成流体通道、腔和空腔的迷宫的燃料电池。
可选地，在组装区310中，诸如网部件的特定构成部件的机器人处理可选地与基本上连续的生产工艺联合地使用。例如，膜190是可能的脆弱部件，但是这种脆弱性取决于其制造方式；可选地，有利的是使用机器人等处理将膜190以例如利用光学反馈以确保精确定位和覆盖的精密的方式来组装到合适的位置中。可选地，这种机器人处理能够在有效的连续操作中实施。
在图3a中，设备300示出为包括在测试站320之前的组装区310。将认识到这种区和站能够被至少部分地合并，使得在组装区310内实施测试站320的至少一部分。例如，有利地，在试图添加膜190和其相关联的网格和电极之前，在带590上执行测试以检查有缺陷的燃料电池制品，该膜190相对于在制造燃料电池110中采用的其它部件的成本而言通常是昂贵的部件；在有缺陷的燃料电池在带590中被识别的情况中，设备300有利地可操作以制止将膜190施加到其上，并且有缺陷的燃料电池被允许传送到分离站330；有缺陷的燃料电池在分离站330处丢弃，或者被修复以随后重新引入组装区310。
虽然在前面参照图2a、3a、4a描述了制造燃料电池100的方法，但是将认识到，组装区310可选地以可替代的构造实施。例如，组装区310的卷R1至R7易于被如在图3b中示出地那样设置；为了简化没有示出与卷R1至R7相关联的各种辊。通过采用如在图3b中所示的组装区310，以如图4b中示出的顺序组装燃料电池110，其中包括由420、430、460、480表示的——在图2a中由120、135、132、150、160、140表示的——冷却腔的带530后面有：
(a)带710，在图2a中由170表示的网540已经从第一卷R5添加到该带710；
(b)带720，在图2a中由160表示的电池衬垫材料570已经从卷R6添加到该带720；
(c)带730，与在图2a中的膜190和网格180、200类似的包括网格、电极和离子输送膜的组件598已经从卷R7添加到该带730；
(d)带740，在图2a中由210表示的网540已经从第二卷R5添加到该带740；
(e)带750，在图2a中由220表示的电池衬垫材料570已经从卷R6添加到该带750。
包括在带750中的燃料电池110的区别之处在于，该燃料电池没有如在图4a中示出那样关于冷却单元对称地构建。而在图4b中应力不是如以在图4a中所示的方式平衡，图4b示出了燃料电池110的制造，从而为了进行燃料电池测试和质量控制的目的，燃料电池110在测试站320中容易地由临时顶板覆盖。而且，如根据图4b制造的燃料电池110的有利之处在于，该燃料电池能够利用其坚固的结构板480处理，而如根据图4a制造的燃料电池110使其膜组件598暴露于可能的损坏，直到被组装到堆叠350中。
在不偏离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，对在前面描述的本发明实施例进行变形是可能的。
用来描述和主张本发明的表述诸如“包含”、“包括”、“结合”、“由...构成”、“具有”、“是”用来以非排他的方式解释，即也允许没有明确描述的物体、部件或元件存在。单数的引用也解释为涉及复数。
包括在所附权利要求中的括号内的数字用来辅助权利要求的理解，不应该认为以任何方式限定由这些权利要求所述的主题。

Claims (37)

1.一种基本上连续制造燃料电池(110、600)的方法，所述燃料电池(110、600)可从所述燃料电池(110、600)中的一个或多个反应物的反应产生电力，其中每个燃料电池(110、600)包括以堆叠的构造组装和/或层叠到一起的多个构成部件(420、430、460、480、540、570、598)，所述方法包括以下步骤：
(a)提供用于制造所述燃料电池(110、600)的材料和/或预制构成部件的多个卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)；
(b)以基本上连续的方式，渐进地组装和/或层叠来自所述多个卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)的材料层和/或预制构成部件，以制造一连串的所述燃料电池(110、600)或所述燃料电池的部件；
(c)将测试程序(320)应用到所述一连串的所述燃料电池(110、600)或所述燃料电池的部件，以识别一个或多个功能良好的燃料电池(110、600)或所述一个或多个功能良好的燃料电池(110、600)的部件；以及
(d)将所述一个或多个功能良好的燃料电池(110、600)相互分离成单独的燃料电池(110、600)、所述燃料电池的部件或这种燃料电池的群(350)，用于随后使用。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(b)中，组装从为每个燃料电池(110、600)提供结构刚度的大致中心层(132、420)开始。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述中心层(132、420)是所述燃料电池(110、600)中的每一个的大致刚性结构层，或是所述燃料电池(110、600)中的每一个的中心腔。
4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)包括在材料层和/或预制构成部件被组装和/或层叠以形成所述一连串的燃料电池(110、600)之前和/或同时，将所述材料层和/或预制构成部件供应到一个或多个预备工艺。
5.根据权利要求4所述的方法，所述一个或多个预备工艺包括以下工艺中的一个或多个：
(e)将衬垫或密封件结合或模制到一个或多个所述材料层和/或预制构成部件；
(f)机械地加工一个或多个所述材料层和/或构成部件以使所述材料层和/或构成部件成形和/或使所述材料层和/或构成部件变平；
(g)在一个或多个所述材料层和/或构成部件中切割一个或多个孔口或孔；
(h)处理一个或多个所述层和/或构成部件的切割边缘，以使所述切割边缘钝化而不被反应物中的一个或多个腐蚀或不与所述反应物中的一个或多个发生化学反应；
(i)将涂层添加到一个或多个所述层和/或构成部件，以激活和/或钝化所述层和/或构成部件；
(j)切割或以其它方式释放一个或多个所述层和/或部件，以将所述层和/或部件从所述层和/或部件的相应的卷释放；
(k)研磨和/或抛光一个或多个所述材料层和/或预制构成部件的表面；
(l)电抛光一个或多个所述材料层和/或预制构成部件，以提高所述材料层和/或预制构成部件的腐蚀保护性和/或为所述材料层和/或预制构成部件提供可操作以表现较低接触电阻的平滑表面；
(m)清洁一个或多个所述材料层和/或预制构成部件，以从所述材料层和/或预制构成部件去除污物；以及
(n)将焊接操作应用到一个或多个所述材料层和/或预制构成部件。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中步骤(c)包括至少一个测试操作，该测试操作包括以下测试操作中的一个或多个：
(o)通过在过量压力下将流体施加到所述燃料电池(110、600)以压力测试所述燃料电池(110、600)并识别所述燃料电池(110、600)中的任何泄漏的发生，来测试所述燃料电池(110、600)；
(p)通过称量所述燃料电池(110、600)以确定所述燃料电池(110、600)的重量是否在给定范围内、或在给定的阈值重量之上和/或之下，来测试所述燃料电池(110、600)；
(q)通过测量所述燃料电池(110、600)的一个或多个物理尺寸以确定所述燃料电池(110、600)是否已经分别被正确地组装到一起，来测试所述燃料电池(110、600)；
(r)通过光学探测所述燃料电池(110、600)以确保所述燃料电池(110、600)的层和/或构成部件已经被正确地相互对齐，来测试所述燃料电池(110、600)；
(s)通过在所述燃料电池(110、600)上执行一个或多个电测量以确定断路故障、短路故障和/或电池电阻故障，来测试所述燃料电池(110、600)；
(t)通过对所述燃料电池(110、600)应用“嗅闻法”或化学检测测试以用于检测由燃料电池制造工艺残留的不期望物质的痕量，来测试所述燃料电池(110、600)；以及
(u)测试所述燃料电池(110、600)以测试包括在所述燃料电池(110、600)内的电极室之间的泄漏，所述测试还包括堵住所述电极室的电极的出口、将反应物供应到所述电极室、以及监测由所述燃料电池产生的输出电势的步骤；
(v)通过在过量压力下施加嗅闻气体和/或探漏气体，例如所述气体优选为含5％氢气的氮气，并通过使用气体感测设备检测所述嗅闻气体和/或探漏气体从所述燃料电池到所述燃料电池周围的任何泄漏，来测试所述燃料电池的泄漏；
(w)响应于通过燃料电池部件、半燃料电池或完整燃料电池的液体和/或气体的流来测试发生在所述燃料电池部件、所述半燃料电池或所述完整燃料电池中的压力下降；以及
(x)响应于通过燃料电池部件、半燃料电池或完整燃料电池的液体和/或气体的流来测试所述燃料电池部件、所述半燃料电池或所述完整燃料电池的流特征。
7.根据权利要求6所述的方法，其中步骤(o)或步骤(v)包括以下步骤：
(y)在过量压力下将探漏气体施加到每个所述燃料电池(110、600)；以及
(z)使用一个或多个探漏气体探针围绕每个所述燃料电池(110、600)的外周进行空间采样，以检查所述探漏气体从所述燃料电池(110、600)的局部泄漏。
8.根据权利要求6所述的方法，其中步骤(r)包括以下步骤中的一个或多个：
(aa)使用围绕每个燃料电池(110、600)的周边区域和/或在所述燃料电池(110、600)中形成的孔口和/孔处的一个或多个光辐射束，光学探测所述燃料电池(110、600)；以及
(bb)使用(伦琴)X-射线执行包括在每个燃料电池(110、600)中的所述层和/或构成部件的成像，以检测在制造期间所述层和/或构成部件中发生的故障或缺陷。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤：使材料和/或构成部件从所述多个卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)的输送相互同步，以确保在所述燃料电池(110、600)中所述材料和/或构成部件的相互精确的对齐。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤：在所述材料和/或构成部件中形成孔、通道和腔，从而为所述燃料电池(110、600)提供一个或多个路径，当所述燃料电池(110、600)在操作中时，所述一个或多个反应物可流过所述一个或多个路径。
11.根据权利要求10所述的方法，其中形成所述孔、通道和腔的所述步骤使所述燃料电池(110、600)能够被组装到相应的燃料电池堆(350)中，每个所述堆(350)易于由一个或多个端板(610)终止，电连接件(630)和流体和/或气体连接件(640、650、660)设置在所述端板(610)处。
12.一种基本上连续制造燃料电池(110、600)的方法，所述燃料电池(110、600)可从所述燃料电池(110、600)中的一个或多个反应物的反应产生电力，其中每个燃料电池(110、600)包括以堆叠的构造组装和/或层叠到一起的多个构成部件(420、430、460、480、540、570、598)，所述方法包括以下步骤：
(a)提供用于制造所述燃料电池(110、600)或所述燃料电池(110、600)的部件的材料和/或预制构成部件的多个卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)；
(b)以基本上连续的方式，渐进地组装和/或层叠来自所述多个卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)的材料层和/或预制构成部件，以制造一连串的所述燃料电池(110、600)或所述燃料电池(110、600)的部件；以及
(c)将所述一个或多个功能良好的燃料电池(110、600)相互分离成单独的燃料电池(110、600)、所述燃料电池的部件或这种燃料电池的群(350)，用于随后使用。
13.根据权利要求12所述的方法，其中在步骤(b)中，组装从为每个所述燃料电池(110、600)提供结构刚度的大致中心层(132、420)开始，所述中心层(132、420)是所述燃料电池(110、600)中的每一个的大致刚性结构层，或是所述燃料电池(110、600)中的每一个的中心腔。
14.一种可基本上连续制造燃料电池(110、600)的设备(300)，所述燃料电池(110、600)可从所述燃料电池(110、600)中的一个或多个反应物的反应产生电力，并且其中每个所述燃料电池(110、600)包括以堆叠的构造组装和/或层叠到一起的多个构成部件(420、430、460、480、540、570、598)，所述设备(300)包括：
(a)安装装置，所述安装装置用于接纳用于制造所述燃料电池(110、600)或所述燃料电池(110、600)的部件的材料和/或预制构成部件的多个卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)；
(b)一个或多个组装装置(410、440、470、490、520、550、580、593)，所述一个或多个组装装置(410、440、470、490、520、550、580、593)可以基本上连续的方式渐进地组装和/或层叠来自所述多个卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)的材料层和/或预制构成部件，以制造一连串的所述燃料电池(110、600)或一连串的所述燃料电池(110、600)的部件；
(c)测试装置(320)，所述测试装置(320)可将测试程序应用到所述一连串的所述燃料电池(110、600)或所述燃料电池(110、600)的部件，以识别一个或多个功能良好的燃料电池(110、600)或所述一个或多个功能良好的燃料电池(110、600)的部件；以及
(d)分离装置(330)，所述分离装置(330)可将所述一个或多个功能良好的燃料电池(110、600)相互分离成单独的燃料电池(110、600)、所述燃料电池的部件或这种燃料电池(110、600)的群(350)，用于随后使用。
15.根据权利要求14所述的设备(300)，其中所述设备(300)可从为每个燃料电池(110、600)提供结构刚度的大致中心层(132、420)开始。
16.根据权利要求15所述的设备(300)，其中所述设备(300)可制造所述一连串的燃料电池(110、600)，使得所述中心层(132、420)是所述燃料电池(110、600)中的每一个的大致刚性结构层，或是所述燃料电池(110、600)中的每一个的中心腔。
17.根据权利要求14所述的设备(300)，其中所述设备(300)包括一个或多个预备台，所述一个或多个预备台可接收来自所述卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)的材料层和/或预制构成部件，以用于在被组装和/或层叠以形成所述一连串的所述燃料电池(110、600)之前和/或同时进行预备工艺。
18.根据权利要求17所述的设备(300)，其中所述一个或多个预备台包括以下预备台中的一个或多个：
(e)用于将衬垫或密封件结合或模制到一个或多个所述材料层和/或预制构成部件的预备台；
(f)用于机械地加工一个或多个所述材料层和/或构成部件以使所述材料层和/或构成部件成形和/或使所述材料层和/或构成部件变平的预备台；
(g)用于在一个或多个所述材料层和/或构成部件中切割一个或多个孔口或孔的预备台；
(h)用于处理一个或多个所述层和/或构成部件的切割边缘以使所述切割边缘钝化而不被所述反应物中的一个或多个腐蚀或不与所述反应物中的一个或多个进行化学反应的预备台；
(i)用于将涂层添加到一个或多个所述层和/或构成部件以激活和/或钝化所述层和/或构成部件的预备台；
(j)用于切割或以其它方式释放一个或多个所述层和/或部件以将所述层和/或部件从所述层和/或部件的相应的卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)释放的预备台；
(k)用于研磨和/或抛光一个或多个所述材料层和/或预制构成部件的表面的预备台；
(l)用于电抛光一个或多个所述材料层和/或预制构成部件以提高所述材料层和/或预制构成部件的腐蚀保护性和/或为所述材料层和/或预制构成部件提供可表现较低接触电阻的平滑表面的预备台；
(m)用于清洁一个或多个所述材料层和/或预制构成部件以从所述材料层和/或预制构成部件去除污物的预备台；以及
(n)用于将焊接操作应用到一个或多个所述材料层和/或预制构成部件的预备台。
19.根据权利要求14至18所述的设备(300)，其中所述测试装置(320)可通过以下测试中的一个或多个来测试所述燃料电池(110、600)的操作：
(o)通过在过量压力下将流体施加到所述燃料电池(110、600)以压力测试所述燃料电池(110、600)并识别所述燃料电池(110、600)中的任何泄漏的发生，来测试所述燃料电池(110、600)；
(p)通过称量所述燃料电池(110、600)以确定所述燃料电池(110、600)的重量是否在给定范围内、或在给定的阈值重量之上和/或之下，来测试所述燃料电池(110、600)；
(q)通过测量所述燃料电池(110、600)的一个或多个物理尺寸以确定所述燃料电池(110、600)是否已经分别被正确地组装到一起，来测试所述燃料电池(110、600)；
(r)通过光学探测所述燃料电池(110、600)以确保所述燃料电池(110、600)的层和/或构成部件已经被正确地相互对齐，来测试所述燃料电池(110、600)；
(s)通过在所述燃料电池(110、600)上执行一个或多个电测量以确定断路故障、短路故障和/或电池电阻故障，来测试所述燃料电池(110、600)；
(t)通过对所述燃料电池(110、600)应用“嗅闻法”或化学检测测试以用于检测由燃料电池制造工艺残留的不期望物质的痕量，来测试所述燃料电池(110、600)；
(u)测试所述燃料电池(110、600)以测试包括在所述燃料电池(110、600)内的电极室之间的泄漏，所述测试还包括堵住所述电极室的电极的出口、将反应物供应到所述电极室、以及监测由所述燃料电池产生的输出电势的步骤；
(v)通过在过量压力下施加嗅闻气体和/或探漏气体，例如所述气体优选为含5％氢气的氮气，并通过使用气体感测设备检测所述嗅闻气体和/或探漏气体从所述燃料电池到所述燃料电池周围的任何泄漏，来测试所述燃料电池的泄漏；
(w)响应于通过燃料电池部件、半燃料电池或完整燃料电池的液体和/或气体的流来测试发生在所述燃料电池部件、所述半燃料电池或所述完整燃料电池中的压力下降；以及
(x)响应于通过燃料电池部件、半燃料电池或完整燃料电池的液体和/或气体的流来测试所述燃料电池部件、所述半燃料电池或所述完整燃料电池的流特征。
20.根据权利要求19所述的设备(300)，其中所述测试装置(320)可操作以：
(y)在过量压力下将探漏气体施加到每个所述燃料电池(110、600)；以及
(z)使用一个或多个探漏气体探针围绕每个所述燃料电池(110、600)的外周进行空间采样，以检查所述探漏气体从所述燃料电池(110、600)的局部泄漏。
21.根据权利要求19所述的设备(300)，其中所述测试装置(300)可操作以：
(aa)使用围绕每个燃料电池(110、600)的周边区域和/或在所述燃料电池(110、600)中形成的孔口和/孔处的一个或多个光辐射束，光学探测所述燃料电池(110、600)；以及/或者
(bb)使用(伦琴)X-射线执行包括在每个燃料电池(110、600)中的所述层和/或构成部件的成像，以检测在制造期间所述层和/或构成部件中发生的故障或缺陷。
22.根据权利要求14至21中的任一项所述的设备(300)，其中所述设备(300)包括同步装置，所述同步装置用于在操作中使材料和/或构成部件从所述多个卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)的输送相互同步，以确保在所述燃料电池(110、600)中所述层和/或构成部件的相互精确的对齐。
23.根据权利要求14至22中的任一项所述的设备(300)，其中所述设备(300)包括工具，所述工具可在所述材料和/或构成部件中形成孔、通道和腔，从而为所述燃料电池(110、600)提供一个或多个路径，当所述燃料电池(110、600)在操作中时，所述一个或多个反应物可流过所述一个或多个路径。
24.根据权利要求23所述的设备(300)，其中用于形成所述孔、通道和腔的所述工具被设置成使所述燃料电池(110、600)能够被组装到相应的燃料电池堆(350)中，每个所述堆(350)易于由一个或多个端板(610)终止，电连接件(630)和流体连接件(640)设置在所述端板(610)处。
25.一种可基本上连续制造燃料电池(110、600)的设备(300)，所述燃料电池(110、600)可从所述燃料电池(110、600)中的一个或多个反应物的反应产生电力，并且其中每个所述燃料电池(110、600)包括以堆叠的构造组装和/或层叠到一起的多个构成部件(420、430、460、480、540、570、598)，所述设备(300)包括：
(a)组装区(310)，所述组装区(310)包括：安装装置，所述安装装置用于接纳用于制造所述燃料电池(110、600)或所述燃料电池(110、600)的部件的材料和/或预制构成部件的多个卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)；以及一个或多个组装装置(410、440、450、470、490、520、550、580、593)，所述一个或多个组装装置可以基本上连续的方式渐进地组装和/或层叠来自所述多个卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)的所述材料层和/或预制构成部件，以制造一连串的所述燃料电池(110、600)或一连串的所述燃料电池的部件；
(b)测试区(320)，所述测试区(320)用于将测试程序应用到所述一连串的所述燃料电池(110、600)或所述燃料电池(110、600)的部件，以识别一个或多个功能良好的燃料电池(110、600)或所述一个或多个功能良好的燃料电池(110、600)的部件；
(c)分离区(330)，所述分离区(330)可将所述一个或多个功能良好的燃料电池(110、600)相互分离成单独的燃料电池(110、600)、所述燃料电池的部件或这种燃料电池(110、600)的群(350)；以及
(d)堆叠区(340)，所述堆叠区(340)用于将所述功能良好的燃料电池(110、600)或这种功能良好的燃料电池(110、600)的所述群(350)相互组装成这种燃料电池(110、600)的堆(350)，以制造这种燃料电池(110、600)的组。
26.根据权利要求25所述的设备(300)，在所述组装区(310)中的组装从为每个燃料电池(110、600)提供结构刚度的大致中间层(132、420)开始。
27.根据权利要求26所述的设备(300)，其中所述设备(300)包括一个或多个预备台，所述一个或多个预备台可接收来自所述卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)的材料层和/或预制构成部件，以用于在被组装和/或层叠以形成所述一连串的所述燃料电池(110、600)之前和/或同时进行预备工艺。
28.一种可基本上连续制造燃料电池(110、600)的设备(300)，所述燃料电池(110、600)可从所述燃料电池(110、600)中的一个或多个反应物的反应产生电力，并且其中每个所述燃料电池(110、600)包括以堆叠的构造组装和/或层叠到一起的多个构成部件(420、430、460、480、540、570、598)，所述设备(300)包括：
(a)安装装置，所述安装装置用于接纳用于制造所述燃料电池(110、600)或所述燃料电池(110、600)的部件的材料和/或预制构成部件的多个卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)；
(b)一个或多个组装装置(410、440、450、470、490、520、550、580、593)，所述一个或多个组装装置可以基本上连续的方式渐进地组装和/或层叠来自所述多个卷(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)的材料层和/或预制构成部件，以制造一连串的所述燃料电池(110、600)或一连串的所述燃料电池(110、600)的部件；以及
(c)分离装置(330)，所述分离装置(330)可将一个或多个功能良好的燃料电池(110、600)相互分离成单独的燃料电池(110、600)、所述燃料电池的部件或这种燃料电池(110、600)的群(350)，用于随后使用。
29.根据权利要求28所述的设备(300)，其中所述一个或多个组装装置(410、440、450、470、490、520、550、580、593)的组装从为每个燃料电池(110、600)提供结构刚度的大致中心层(132、420)开始。
30.根据权利要求29所述的设备(300)，其中所述中心层(132、420)是所述燃料电池(110、600)中的每一个的大致刚性结构层，或是所述燃料电池(600)中的每一个的中心腔。
31.一种制造燃料电池(110、600)的方法，其中每个燃料电池(110、600)包括以堆叠的构造组装和/或层叠到一起并形成至少一个冷却腔(120、135、132、130、150、140；420、430、480、460；530)和至少一个产生电的基本燃料电池(160、170、180、190、200、210、220)的多个构成部件(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骤：
(a)渐进地组装和/或层叠材料层和/或预制构成部件，以制造一连串的所述燃料电池(110、600)或所述燃料电池的部件；以及
(b)以层(400)作为起始来开始所述组装和/或层叠工艺，所述层(400)在所述工艺中进行处理以形成所述冷却腔(120、135、132、130、150、140；420、430、480、460；530)的部件(132、420)。
32.根据权利要求31所述的方法，其中在开始所述基本燃料电池(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却腔(120、135、132、130、150、140；420、430、480、460；530)的制造。
33.根据权利要求31或32所述的方法，其中以所述燃料电池(110、600)的组装层形成所述冷却腔(120、135、132、130、150；420、430、480、460；530)的层被布置在所述基本燃料电池(160、170、180、190、200、210、220)的层之间的夹层结构的这种方式，在所述组装和/或层叠工艺期间顺序地提供所述燃料电池(110、600)的各种层(120、135、132、130、150；160、170、180、190、200、210、220)。
34.根据权利要求32所述的方法，其中以所述燃料电池(110、600)的组装层形成所述冷却腔(120、135、132、130、150；420、430、480、460；530)的层的群和所述基本燃料电池(160、170、180、190、200、210、220)的层的群被布置成彼此相邻的夹层结构的这种方式，在所述组装和/或层叠工艺期间顺序地提供所述燃料电池(110、600)的各种层(120、135、132、130、150；160、170、180、190、200、210、220)。
35.根据权利要求34所述的方法，基本燃料电池包括膜(190)、阴电极层(180)、和阳电极层(200)，其中所述膜(190)的组件、或者所述膜(190)与至少一个所述电极层(180、200)的组件、或者所述电极层(180、200)中的一个的组件是为在所述组装和/或层叠工艺中的组件提供的最后的层或最后的层组合。
36.一种使用根据权利要求1至13中的任一项所述的方法制造的燃料电池(110、600)。
37.一种由根据权利要求14至30中的任一项所述的设备制造的燃料电池(110、600)。
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