[發明專利]多孔材料在燃料電池堆疊的歧管中的應用

有效

• 申請號: 200710159624.8
• 申請日: 2007-11-22
• 公開（公告）號: CN101242005A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: T·W·蒂赫;J·P·奧維彥;T·A·特拉博爾德
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作公司
• 主分類號: H01M8/24
• 分類號: H01M8/24;H01M8/02;H01M8/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 溫宏艷;韋欣華

????????????????????????技術領域

[0001]本發明涉及利用設置在燃料電池歧管中的多孔材料的燃料電池堆疊(stack)，其中該多孔材料有利于來自燃料電池通道的液態水的傳輸，從而最大限度地減少了燃料電池堆疊中液態水的聚集。

????????????????????????背景技術

[0002]燃料電池電源系統將燃料和氧化劑轉化為電力。一種類型的燃料電池電源系統利用質子交換隔膜(下文中稱為“PEM”)催化促進燃料(例如氫)和氧化劑(例如空氣或氧氣)的反應以產生電力。該PEM是固態聚合物電解質，其促進質子在通常配置在燃料電池電源系統中的燃料電池的堆疊的每個獨立燃料電池中從陽極傳輸到陰極。

[0003]在燃料電池電源系統內的典型燃料電池裝置(堆疊)中，各燃料電池設置有各種反應物和冷卻液流經的通道。燃料電池板典型地設計有螺旋形流體通道。期望螺旋形流體通道有效的將反應物分布在運行中的燃料電池的有源區上，從而最大化性能和穩定性。由經過燃料電池的反應物流導致水從通道移動到該燃料電池板的出口歧管。阻力將液態水拉過通道，直到液態水經出口歧管離開該燃料電池。然而，當燃料電池在低電源輸出下操作時，氣流的速度太低而不能產生有效的阻力以傳輸液態水，并且該液態水聚集在流體通道中。

[0004]利用氣流阻力去除液態水的進一步的限制是，水沖擊各個不規則具有高或低的表面能的表面，或者在流體通道表面上鉆孔。因為阻力可能不夠強而不能有效地傳輸液態水，該鉆孔導致水聚集和匯聚，從而停止水流。這些鉆孔是那些通常設置在通道出口與燃料電池堆疊歧管相遇的位置的孔。

[0005]另外，一些電流燃料電池裝置利用具有親水性表面的板。觀察到水在材料表面形成一個薄膜，其在流體通道的出口和板的周邊聚集。該水膜可以阻礙氣流，其依次減小用于去除液態水的驅動力并且由此妨礙從燃料電池堆疊去除液態水。在具有輕度疏水性表面的燃料電池板的情況下，觀察到水形成大的液滴，其突出進燃料電池堆疊出口歧管阻礙燃料電池板的通道的出口。觀察到液滴保留在板的邊緣直到它們可以被氣剪斷續的去除。水的聚集可以導致氣流阻斷或者氣流不平衡，這對堆疊的性能有負面影響。

[0006]期望的是，開發了一種燃料電池堆疊，其具有用于從燃料電池堆疊的燃料電池氣流通道去除液態水的改善的方法，以最大限度地減小燃料電池堆疊中的液態水的聚集。

????????????????????????????發明內容

[0007]與本發明協調和合適的是，已發現了一種燃料電池堆疊，其具有用于從燃料電池堆疊的燃料電池氣流通道去除液態水的改進的方法，以最大限度地減小燃料電池堆疊中的液態水的聚集。

[0008]在一個實施方案中，燃料電池裝置包含具有多個燃料電池板的燃料電池堆疊，其中每個板包括形成于其中的至少一個開口，所述燃料電池板的開口基本上排列以形成歧管；以及設置在該歧管中的多孔材料，其中該多孔材料適合促進來自燃料電池板的水流經過多孔材料，并流出所述燃料電池堆疊。

[0009]在另一個實施方案中，燃料電池裝置包含具有多個燃料電池板的燃料電池堆疊，其中每個板包括形成于其中的至少兩個開口，所述燃料電池板的開口基本上排列以形成入口歧管和出口歧管；以及設置在該歧管中的多孔材料，其中該多孔材料適合促進來自燃料電池板的水流經過多孔材料，和通過該歧管流出所述燃料電池堆疊。

[0010]在另一個實施方案中，燃料電池裝置包含具有多個燃料電池板的燃料電池堆疊，其中每個板包括形成于其中的至少兩個開口，所述燃料電池板的開口基本上排列以形成入口歧管和出口歧管；以及設置在該歧管中的多孔材料，其中該多孔材料適合促進來自燃料電池板的水流經過多孔材料，和通過該歧管流出所述燃料電池堆疊；以及適合保持所述多孔材料的位置面對歧管的內表面的多孔載體。

????????????????????????附圖說明

[0011]當結合附圖考慮時，由以下優選實施方案的詳細說明，本發明上述的以及其它的優點對于本領域技術人員將容易地變得很明顯的，其中：

[0012]圖1是根據本發明的實施方案的在燃料電池堆疊歧管中結合進多孔材料的燃料電池堆疊的剖面圖；

[0013]圖2是本發明的燃料電池堆疊的燃料電池板的燃料電池板例示說明的頂視圖；

[0014]圖3是根據本發明另一個實施方案的在燃料電池堆疊歧管中結合進形成點(point)的多孔材料的燃料電池堆疊的剖面圖；