[發明專利]燃料電池組的集成的電流收集器和電部件板

有效

• 申請號: 200580045227.7
• 申請日: 2005-12-27
• 公開（公告）號: CN101091277A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發明（設計）人: 羅伯特·H·阿特拜塞;弗雷德里克·D·麥肯尼;約爾格·齊莫爾曼;史蒂文·D·佳貝斯;亞歷山大·莫森
• 申請（專利權）人: 百拉得動力系統公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/24;H01M8/10
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 康建忠

技術領域

本發明涉及一種電化學燃料電池組，尤其涉及電化學燃料電池組的集成的電流收集器和電部件板。

背景技術

電化學燃料電池轉換反應物，即燃料和氧化劑以產生電功率和反應產物。電化學燃料電池一般使用在兩個電極(即陰極和陽極)之間布置的電解質。在所述電解質和所述電極之間的接口布置的電催化劑通常在電極處引發期望的電化學反應。電催化劑的位置一般限定了燃料電池的電化學作用區域。

聚合物電解質薄膜(PEM，polymer?electrolyte?membrane)燃料電池一般使用薄膜電極組件(MEA，membrane?electrodeassembly)，所述薄膜電極組件包括布置在兩個電極層之間的固體聚合物電解質或者離子交換薄膜作為流體擴散層，包括多孔導電片狀材料，諸如碳化纖維紙或者碳織物。在通常的MEA中，所述電極層向通常薄和柔性的離子交換薄膜提供結構上的支撐。所述薄膜是離子導通的(通常是質子導通的)，并且也作為用于將反應物流彼此隔離的障礙物。所述薄膜的另一個功能是作為在所述兩個電極層之間的電絕緣體。一種典型的商用PEM是E.I.Du?Pont?de?Nemours?andCompany在商業名稱下銷售的磺化全氟碳薄膜。

如上所述，所述MEA還包括電催化劑，所述電催化劑通常包括布置在每個薄膜/電極層接口的層中的精細粉碎的鉑顆粒，用于引發期望的電化學反應。所述電極被電耦合以提供用于通過外部負載而在電極之間導通電子的路徑。

在燃料電池中，MEA通常被插在兩個分離板之間，所述分離板牢固地不能被反應物流體流滲透。所述板作為電流收集器，并且對電極提供支撐。為了控制反應物流體流對于電化學作用區域的分布，面向MEA的所述板表面可以具有在其中形成的露面溝道。這樣的溝道限定了一個流場區域，其一般對應于相鄰的電化學作用區域。這樣的分離板(其中形成了反應物溝道)通常被稱為流場板。

在燃料電池組中，多個燃料電池連接在一起(通常是串聯)以提高組件的整體輸出功率。在這樣的布置中，給定分離板的一側可以作為一個電池的陽極板，而所述板的另一側可以作為相鄰電池的陰極板。在這種布置中，所述板可以被稱為雙極板。所述燃料電池組通常通過連桿和端板以其組裝狀態保持在一起。一般需要壓縮機構來保證內部電池組歧管和流場周圍的密封，并且也保證所述板的表面和薄膜電極組件之間的充分電接觸，以提供構成所述電池組的燃料電池之間的電串聯。

通常，在燃料電池系統中，經由一對電流收集器或者匯流條從燃料電池組中引出電流，所述電流收集器或者匯流條通常由銅或者鍍銅形成，其中之一位于裝配的燃料電池和端板之間的燃料電池組的每一端。為了最小化功耗，當前在燃料電池系統中使用的所述匯流條通常很厚(例如對于汽車尺寸的電池組大約2毫米，但是，所述厚度預期根據燃料電池尺寸而在一定程度上不同)。但是，這導致高的通過平面和平面內的熱導率。這樣的高的通過平面的熱導率的結果是，從燃料電池組去除了熱量，并且這樣的高的平面內的熱導率的結果是，降低了匯流條附近的燃料電池內的熱梯度。這兩種結果可能導致匯流條附近的燃料電池中的運行問題，諸如溢流。

去除這些運行問題的現有手段主要涉及在燃料電池組的匯流條和端板之間并入附加加熱元件，諸如電加熱器或者電阻加熱元件(參見例如日本專利公開第8-167424，美國專利申請公開第2001/0036568號和美國專利申請公開第2004/0137295號)。也已經向燃料電池系統中并入諸如高電勢泄放電阻器和熱電絕緣層的其他附加部件。但是，這些附加部件的存在具有缺點：增加了燃料電池系統設計的復雜性，增加了燃料電池系統空間要求，增加了燃料電池系統的重量。這些是在諸如燃料電池供電的摩托車之類的移動應用中的大缺點。

因此，雖然已經在所述領域中有進步，但是在本領域中一般仍然需要改進的燃料電池系統，特別是需要簡單的、空間有效的輕重量燃料電池系統。本發明處理這些需要，并且提供另外的相關聯優點。

發明內容

簡而言之，本發明涉及一種燃料電池組的集成的電流收集器和電部件板。