[發明專利]帶有用于防止出口水滯留的部件的雙極板

有效

• 申請號: 200910179508.1
• 申請日: 2009-09-30
• 公開（公告）號: CN101714640A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: J·P·奧維簡;J·A·羅克;S·J·斯潘塞;T·A·特拉波德
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M4/86;H01M8/04;H01M8/10;H01M8/24
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 范曉斌;譚祐祥

技術領域

本發明涉及燃料電池，且更具體地涉及具有防止在雙極 板入口和出口處滯留液體的部件的燃料電池板。 背景技術

燃料電池功率系統將燃料和氧化劑轉換以產生電。一種 燃料電池功率系統采用質子交換膜(下文稱為PEM)以催化利于燃料 (如氫)和氧化劑(如空氣或氧)的反應以產生電。水是電化學反應 的副產物。在燃料電池功率系統中通常配置的燃料電池堆的每個獨立 燃料電池中，PEM是利于將質子從陽極傳輸給陰極的固體聚合物電解 質。

在典型的燃料電池堆中，獨立燃料電池具有帶有通道的 燃料電池板，各種反應物和冷卻流體流經所述通道。燃料電池板可以 是例如單極的。雙極板可以通過組合多個單極板形成。水從通道移動 到出口集管并通過由燃料電池板形成的溝道區域，這是由通過燃料電 池組件的反應物流引起的。邊界層剪切力和反應物壓力有助于將水輸 送通過通道和溝道區域，直到水通過出口集管離開燃料電池。

膜電極組件(MEA)設置在連續的板之間以利于電化學 反應。MEA包括陽極、陰極、以及設置在陽極和陰極之間的電解質膜。 多孔擴散介質(DM)設置在MEA的兩側上，從而利于輸送反應物(通 常是氫和來自于空氣的氧)，以便于燃料電池電化學反應。

水不能被允許積聚在燃料電池的溝道區域內，因為會引 起燃料電池的不良性能。水積聚使得反應物流在獨立燃料電池板中和 燃料電池堆內分布不均。此外，在操作之后剩留在燃料電池中的水在 低于冰凍溫度時可能固化，從而在燃料電池需要重新啟動時產生困難。 從燃料電池有效地去除水的現有技術方案已經導致增加的制造成本和 使用附加的部件。

多種技術已經用于從燃料電池的溝道區域去除水。這些 技術包括增壓沖洗、重力流和蒸發。在關閉時增壓氣體沖洗可用于從 燃料電池的溝道區域有效地去除水。不利的是，該沖洗增加了燃料電 池堆所需停機時間且浪費燃料。恰當地設置燃料電池堆可允許重力從 溝道區域去除水。水的重力去除可能限于具有至少一定直徑的溝道。 管道的毛細作用力和借助于熟知的Concus-Finn條件的角落潤濕防止 水的重力去除。通過蒸發的水去除也是不充分的技術。蒸發可能需要 昂貴的加熱器且可能導致電解質膜的不希望干燥。干燥的燃料電池堆 會阻止質子傳導和迅速啟動。

使用水傳輸結構和表面涂層也是允許燃料電池板的溝道 區域將水輸送給燃料電池堆的集管區域的兩種方法。

水傳輸結構，通常是親水或疏水泡沫的形式，可包含在 雙極板內。水傳輸結構可設置在燃料電池的活性區域和出口集管之間。 水傳輸結構通過毛細作用改進了液體水從燃料電池的去除。雖然有益 于燃料電池的操作和重新啟動時間，但是將水傳輸結構增加到燃料電 池堆增加了形成雙極板所需要的部件的數量。在部件增加時，燃料電 池堆的制造和組裝成本也隨之增加。

表面涂層也可用于利于從燃料電池去除水。親水或疏水 表面涂層可用于增加或減少雙極板的表面接觸角，從而有助于反應物 邊界層剪切力和壓力從燃料電池內去除水的能力。疏水表面涂層也可 以用于防止形成水膜。涂層前體可通過噴射、浸漬或刷涂來涂覆到雙 極板且通過二次操作形成疏水或親水表面涂層?？蛇x地，涂層可以直 接地涂覆。雖然沒有水傳輸結構復雜和昂貴，但是表面涂層也增加了 雙極板的制造成本。

仍需要利于將水輸送通過燃料電池的溝道區域的成本有 效的燃料電池板，所述燃料電池板是便宜的，使得所需部件的數量最 小化且簡化板的制造。 發明內容

如本發明當前提供的，令人驚奇地發現了一種利于將水 輸送通過燃料電池板的溝道區域的成本有效的燃料電池板，所述燃料 電池板使得所需部件的數量最小化且簡化板的制造。

在一個實施例中，一種燃料電池板，包括：第一板，所 述第一板具有入口孔；和第二板，所述第二板鄰接所述第一板且在第 一板和第二板之間形成管道，所述管道與燃料電池板的入口孔和出口 孔流體連通，所述管道具有在第一板和第二板之間形成的連續縫部， 以利于將水輸送給出口孔。