[發明專利]聚合物膜燃料電池

有效

• 申請號: 200680009625.8
• 申請日: 2006-03-21
• 公開（公告）號: CN101147288A
• 公開（公告）日: 2008-03-19
• 發明（設計）人: A·德爾菲諾;D·奧爾索默
• 申請（專利權）人: 米其林研究和技術股份公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 王英

技術領域

本發明涉及聚合物膜燃料電池。更具體地，本發明涉及安裝在每一單個電化學電池單元之間的雙極板和安裝在層疊的各個電化學電池單元兩側上的端板。

背景技術

用于燃料電池的雙極板實現兩種截然不同的功能。眾所周知，必須向電池供應燃料氣體和氧化劑氣體，即供應氫氣和空氣或純氧氣，且還必須冷卻電池，即使得諸如水等冷卻劑通過電池。雙極板的一個功能是允許輸送燃料電池工作所需的這些各種流體。此外，雙極板還實現電氣功能：即確保每一相鄰的電化學電池單元的陽極和陰極之間的電傳導。當然，通常通過串聯組裝大量的單個電化學電池單元形成燃料電池，通過串聯電連接所需數量的單個電化學電池單元得到該電池的額定電壓。

這些不同的功能，即輸送流體和導電，確定了用于生產這些雙極板的材料必須滿足的規格。所使用的材料必須具有很高的電導率。所使用的材料還必須不能被所使用的流體滲透且對于這些流體表現出非常高的化學穩定性。

此外，雙極板必須具有足夠的機械性能，以便能夠疊置大量的單個電化學電池單元和相關的雙極板，并且允許通過使用連結桿而壓縮在端板之間來固定該組件。雙極板必須具有足夠的機械性能以耐受這種壓縮。通常將石墨用作該材料，同時其提供高電導率且不與所使用的流體起化學作用。專利申請WO2005/006472公開了這種雙極板的可行實施例。可以看出，它們是通過對兩個比較剛性的石墨板和插入的由比較柔軟的石墨材料所制成的薄板進行疊置而形成的，以便允許各個層的厚度偏差。石墨板包括用于分配燃料氣體和氧化劑氣體(即氫氣和空氣或純氧氣)所需的通道的網絡，以及用于使諸如水等冷卻劑能夠流過每一雙極板的通道的網絡。

遺憾的是，涉及形成石墨雙極板的剛性部件在壓緊的過程中相對易碎，特別是在同時組裝電池的操作過程中。另外，前面所提到的由柔軟的石墨材料所制成的層在工業工藝中特別難于操作。所有這些都顯著增大了這種雙極板的生產成本。

專利US6379476提出制造如下雙極板，該雙極板由涂覆有表面鈍化膜的不銹鋼制成且具有在表面處突出的碳化物夾雜。根據該發明的文檔，所提出的產品應具有足夠低的電接觸電阻，以便由其制造雙極板。然而，雖然該解決方案相對于完全由石墨所制造的雙極板可能具有某些優勢，尤其關于機械性能方面，但是其實現起來仍然復雜且電阻率可能太高，尤其是在欲獲得燃料電池的非常高的功率密度的情況下。

專利申請WO00/05775提出制造由聚合物材料制成的雙極板，該雙極板一直到高溫都具有良好的機械強度，并且該雙極板在其中存在可能包括微量酸的水蒸氣或冷凝物的氧化氣氛下具有良好的物理化學特性，通過雙極板的電傳導由金屬圓柱體提供，其中所述金屬圓柱體穿過聚合物板并伸入到每一面中，以便穿透到位于每一聚合物板的兩側上的電極中。該公開并未解決冷卻雙極板的問題。

專利申請FR2836385描述了一種雙極板，其由用于燃料和氧化劑氣體的兩個由非金屬材料制成的分配板形成，兩個分配板彼此隔開，以便在其間布置用于循環傳熱流體的通道。設置在每個雙極板的每一側上(在非金屬氣體分配板之上)的兩個部件確保對每個電化學電池單元所產生電流的收集。每一部件都具有足夠的用于氣體通過的孔。該部件電連接到每個雙極板。由該專利申請的說明書看來顯而易見的是，電連接是一種制造起來復雜的特殊類型。在一個實施例中，電連接由將非金屬氣體分配板隔開的銅夾層提供。作為一個變形例，提出將這些電連接設置在板的外側。無論如何，這都需要復雜的部件、焊接并使得該結構笨重、體積大且制造費用高。

本發明的目的是提供一種盡可能易于制造的用于雙極板或端板的布置，其可以獲得相對于燃料電池的重量和尺寸來講非常高的功率輸出水平，換句話說，其尤其允許利用傳熱液體進行冷卻，以便在機動車輛中使用燃料電池更加容易。

發明內容

本發明提供一種分配板，其具有第一面和與所述第一面相對的第二面，將所述第一面設計為與擴散燃料電池所使用的氣體中的一種氣體的膜相接觸，所述分配板具有給定的厚度并且具有被設計為與離子交換膜相對設置的工作部分，所述分配板在所述第一面上包括凹槽，該凹槽形成用于所述氣體中的一種氣體的第一分配通道，所述第一分配通道幾乎遍布在所述第一面的整個工作部分上，其特征在于所述分配板由結構性支撐體形成，其中該結構性支撐體至少在表面上不導電且至少在表面上為化學惰性，其特征還在于所述分配板包括穿透到所述結構性支撐體中的插針，所述插針穿過所述第一面的突出部分未與所述第一通道相交，所述插針由導電的非金屬材料制成。