[發(fā)明專利]帶有偏移特征的雙極板

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580037996.2
• 申請日: 2005-09-02
• 公開（公告）號: CN101069312A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M·伯伊特爾;D·J·達加
• 申請（專利權(quán)）人: 通用汽車公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 溫大鵬;楊松齡

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及PEM燃料電池，特別是涉及結(jié)合了用于增強水管理的交錯排列特征(features)的PEM燃料電池雙極板。

背景技術(shù)

燃料電池包括三個部件，即：陰極、陽極和被夾在陰極與陽極之間且僅通過質(zhì)子的電解質(zhì)。每一個電極的一側(cè)上典型地涂覆有催化劑。在運行過程中，陽極上面的催化劑將氫分解成電子和質(zhì)子。電子作為電流自陽極通過電力負載(例如驅(qū)動馬達)隨后被分配至陰極，而質(zhì)子自陽極通過電解質(zhì)遷移至陰極。陽極上面的催化劑使質(zhì)子與從電力負載(例如驅(qū)動馬達)返回的電子和空氣中的氧相結(jié)合從而形成水。單個燃料電池可以串聯(lián)疊置在一起，從而產(chǎn)生更大量的電力(即電壓)。

在聚合物電解質(zhì)膜(PEM)燃料電池中，聚合物電極膜在陰極與陽極之間用作電解質(zhì)。當前在燃料電池應(yīng)用中所使用的聚合物電極膜需要具有一定的濕度以利于進行質(zhì)子的傳導。因此，通過濕度-水管理保持膜中具有適當?shù)臐穸葘τ谌剂想姵剡M行正常(或最優(yōu)化)工作和延長燃料電池的耐久性(壽命)而言是所希望的。

為了防止被供應(yīng)至所述電極的氫氣和氧氣發(fā)生泄漏并且為了防止所述氣體發(fā)生混合，在電極周邊布置氣體密封材料和墊圈，而將聚合物電解質(zhì)膜夾在其間。密封材料和墊圈與電極和聚合物電解質(zhì)膜一起被組裝形成單個部件，從而形成膜電極組件(MEA)。在膜電極組件的外側(cè)設(shè)置了用于機械緊固膜電極組件并且串聯(lián)電連接相鄰的膜電極組件的導電隔板。隔板被設(shè)置與膜電極組件相接觸的部分上設(shè)有用于將氫或氧燃料氣體供應(yīng)至電極表面且除去生成的水的氣體通路。

由于在燃料電池工作過程中會產(chǎn)生大量的作為電化學反應(yīng)副產(chǎn)物的水，因此在汽車燃料電池中存在液體水是典型的。另外，燃料電池膜中的水產(chǎn)生飽和可能是由于溫度、相對濕度、運行和關(guān)閉狀態(tài)發(fā)生快速變化而導致產(chǎn)生的。膜的過度水化可能會導致產(chǎn)生溢流、膜發(fā)生過度膨脹且在燃料電池堆中形成差壓梯度。

電池性能受到形成液體水或離子交換膜的水化作用的影響。水管理和反應(yīng)物分布主要影響燃料電池的性能和耐久性。由于水管理較差而導致形成的電池劣化和傳質(zhì)損失依然是汽車和其它一些應(yīng)用中的關(guān)注點。所述膜長時間暴露于液體水中還可導致產(chǎn)生不可逆的材料降解。水管理策略如壓降(例如氣體流速和/或膜兩端的壓降)、溫度梯度和逆流運行已得到實施并且已被發(fā)現(xiàn)，特別是在大電流密度條件下，在一些程度上改進了傳質(zhì)。然而，良好的水管理對于燃料電池堆的最佳性能和耐久性而言依然是所需要的。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，本發(fā)明提供一種用于燃料電池中的雙極板。所述雙極板包括位于所述極板上面且端部交錯排列的多條通道。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，本發(fā)明提供一種用于燃料電池中的雙極板。所述雙極板包括位于所述極板上面且端部交錯排列的多條流道。

根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，本發(fā)明提供一種用于燃料電池中的雙極板。所述雙極板包括陽極板。所述雙極板進一步包括陰極板。陽極板和陰極板中的一塊極板的一部分分別懸于陽極板和陰極板中的另一塊極板的一部分之上。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種燃料電池，所述燃料電池包括：包含至少兩條在所述極板表面上形成的通道的燃料電池雙極板，其中所述通道包括端部部分，其中所述端部部分相對于彼此交錯進行布置。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種燃料電池，所述燃料電池包括：(1)包含至少兩條在所述極板表面上形成的通道的燃料電池雙極板，其中所述通道包括端部部分，其中所述通道的所述端部部分相對于彼此交錯進行布置；和(2)至少兩條在所述極板的所述表面上形成的流道，其中所述流道包括端部部分，其中所述流道的所述端部部分相對于彼此交錯進行布置。

根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供一種燃料電池，所述燃料電池包括：(1)包含至少兩條在所述極板表面上形成的通道的燃料電池雙極板，其中所述通道包括端部部分，其中所述通道的所述端部部分相對于彼此交錯進行布置；(2)至少兩條在所述極板的所述表面上形成的流道，其中所述流道包括端部部分，其中所述流道的所述端部部分相對于彼此交錯進行布置；(3)陽極部分；和(4)陰極部分，其中所述陽極部分或所述陰極部分中的任一個的一部分懸于所述陽極部分或所述陰極部分中的任一個的另一部分之上。

從下文提供的詳細描述中將易于理解本發(fā)明的其它可應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)該理解，盡管通過詳細描述和特定實例示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但它們僅旨在用于說明的目的且不旨在限制本發(fā)明的范圍。

附圖說明

通過詳細描述和附圖將更充分地理解本發(fā)明，其中：