[發明專利]單板PEM燃料電池

無效

• 申請號: 200580051077.0
• 申請日: 2005-07-15
• 公開（公告）號: CN101238604A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: C·A·賴澤;R·J·巴利埃特
• 申請（專利權）人: UTC電力公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 廖凌玲

技術領域

本發明涉及一種聚合電解質、質子交換膜PEM燃料電池，其具有一個單隔離板，該板包括燃料反應氣體通道和氧化劑反應氣體通道，并且在板的相同邊上的一些反應氣體通道之間布置水芯吸材料。

背景技術

在一種已知的PEM燃料電池中，反應物流場通道是在隔離的板中(通常稱為“水傳輸板”)，其同樣在與反應氣流通道相對的一個或兩個板的表面上具有水通道。這種多孔且親水的板允許產生的水從陰極移到水通道，同時允許水從水通道移到陽極以保證均勻的潮濕度。燃料電池的冷卻通常是通過水通道里的水來完成的，水在燃料電池堆外循環到一熱交換器，其是選擇性的通過以維持一定的水溫。也可以使用稍冷的板。

當燃料電池電源設備在電動車輛中使用的時候，在達到水冰點以下的溫度環境中其將不會起作用。外部的水管、水泵和受液器會因為冰形成后的膨脹而損壞，或者需要用很多的手段去排干和再儲存水，維持溫度在冰點以上，或者保護設備不會被凍壞。

在車輛中，空間和重量都受到高度關注。外部水管理器件，如水泵和受液器，會增加車輛的重量并占用空間。

在2005年4月15日申請的待審PCT專利申請序列(No.US05/13040)中公開了最近的改造，使用蒸發冷卻把陰極的水蒸發到陰極氣流中，并在空氣排放冷凝；冷凝物通過微小水通道，或者里面的芯，或者水傳輸板之間返回到電池中。然而，在兩極間提供微小水通道(或者陰極和陽極之間等效的多孔芯吸材料)，即使只需幾個的需要，也要生產兩個板，這是因為在它們中的至少一個的兩側具有通道，為保持物理完整性需要特定的最小厚度。

發明內容

本發明的目的包括燃料電池的提供：其需要最小的空間；其比以前技術的水傳輸板便宜；雖然比以前成對的水傳輸板更薄但強度更高；和改進燃料電池和燃料電池電源設備的提供。雖然在說明書中描述的是多孔板技術，但這種方法可以適用于實心隔離板。

根據本發明，燃料電池具有單個多孔、至少實質親水的板，該板包括燃料反應氣體流場和氧化劑反應物氣體流場，每N(N是一到若干之間的一個整數)個氧化物和/或燃料反應氣體流場通道之間有芯吸條帶把陰極產生的水運走，且通過同一個多孔板在燃料和空氣入口增濕，以確保電池在整個頂部平面有相同的水合作用。

本發明非常適合用在蒸發冷卻類型的燃料電池電源設備上，產生的水蒸發到氧化劑反應物氣流中，在氧化劑排放冷凝，冷凝物返回到含有空氣流通道和燃料流通道的多孔板中的芯吸條帶處。

本發明對于要求更冷板的任何實施例來說同樣是有效的，更冷的板通常裝配在每兩到四個燃料電池之間，比如當使用長壽命的冷卻劑(如：乙二醇)的時候。當使用冷卻液板的情況時，燃料電池堆會變得非常長；本發明的使用可以顯著降低燃料電池的尺寸，因此可以減少整個堆疊體的長度。

本發明可以使用親水的且有相對高的平面水滲透性的材料制成的芯。這種材料可以是石墨纖維紙，或者可以是其他的一些通常被用作燃料電池擴散媒介的材料，正如需要對其進行親水的一般處理。

在下面具體實施例的詳細描述和相關附圖的說明中，本發明的其它的目的，特征和優點將會變得更加的顯而易見。

附圖說明

圖1是具有本發明電池內芯吸條帶的一對燃料電池的局部透視圖。

圖2是在內部給其提供了電池內芯吸條帶的圖1燃料電池的透視圖。

圖3是使用了圖2中的燃料電池和芯吸的燃料電池電源設備的經簡化、形式化并部分剝離后的透視示意圖。

圖4是具有與氧化劑和燃料通道相鄰的電池內芯吸條帶的一對燃料電池的局部透視圖。

圖5和圖6是在氧化劑流動通道中具有電池內芯吸條帶的一對燃料電池的局部透視圖。

圖7是具有被芯吸條帶空間隔離而形成氧化劑流動通道的一對燃料電池的局部透視圖。

具體實施方式

參照圖1，一對燃料電池8、9，每個都包括形成氧化劑反應氣體流場通道12-15的多個垂直凹槽11，在通道13-14之間的槽中、在導電、多孔、隔離板17中布置電池內芯吸條帶16，其優選是基本親水的。在這個實施例中，每個板17均有水平的燃料反應氣體流場通道19。

在這個實施例中，每個燃料電池8、9也包括組合電極組件20，這個組件包括聚合電解質質子交換膜(PEM)21、具有氣體擴散層(GDL)的陰極22和具有GDL的陽極23，在PEM與每個GDL之間有催化劑。如圖2箭頭所示，在這個實施例中，空氣會向上流過通道12-15；通常在一半的通道19中燃料會從右往左流(或相反)而在另一半的通道中(圖中未顯示)中燃料會從左往右流(或相反)。