[發明專利]具有減少的冷卻劑體積和不對稱的熱排除的雙極板

有效

• 申請號: 201110031229.8
• 申請日: 2011-01-28
• 公開（公告）號: CN102142562A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: J.P.奧維簡;S.G.格貝爾
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M8/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 崔幼平;譚祐祥

相關案件的聲明

本申請涉及2009年9月28日提交的、名稱為“Fuel?Cell?With?Anode?And?Cathode?Plate?Temperature?Difference”、序號為12/567,842的美國申請，通過引用將上述申請并入本文。

技術領域

本發明總體涉及燃料電池，更具體地涉及在燃料電池中使用的雙極板。

背景技術

通常稱為燃料電池的電化學轉化電池通過處理第一反應物和第二反應物例如通過氫和氧的氧化和還原來產生電能。通過舉例而非限制方式，典型的聚合物電解質燃料電池包括位于一對催化劑層之間的聚合物膜（例如，質子交換膜），其中，一對氣體擴散介質層在催化劑層外。陰極板和陽極板位于與氣體擴散介質層相鄰的最外側，前述組件被緊密地壓縮，從而形成電池單元。

由單個電池單元提供的電壓對于有用的應用而言通常太小。因此，多個電池通常以“堆”的形式布置并連續地連接，從而提高電化學轉化組件或燃料電池的電輸出。燃料電池堆通常在相鄰的MEA之間使用雙極板。

在傳統的燃料電池的操作中，陽極側上的跨平面（through-plane）水蒸氣濃度梯度導致過度的凝結。凈水通量通常不到達陰極側。然而，與陽極相比，陰極能夠更好地處理液態水。另外，為了獲得最佳的冷啟動性能，希望減少雙極板內的冷卻劑體積。

因此，需要一種具有改善的水管理的燃料電池。

發明內容

本發明滿足這一需要。本發明的一方面是一種雙極板組件。在一個實施例中，雙極板組件具有第一側和第二側。第一子板具有在第一側上開放的反應物通道和與反應物通道相鄰的槽脊區域。第二子板具有在第二側上開放的反應物通道和與第二子板中的反應物通道相鄰的槽脊區域。第一子板中的槽脊區域填充有具有低導熱率的材料，第二子板中的槽脊區域在使用期間填充有冷卻劑。

在另一實施例中，第一側具有反應物通道和與反應物通道相鄰的冷卻劑通道。冷卻劑通道的至少一個壁由具有低導熱率的材料制成。第二側具有反應物通道，并且沒有冷卻劑通道。在第一側上的冷卻劑通道在使用期間填充有冷卻劑。

本發明的另一方面是一種制造雙極板組件的方法。在一個實施例中，該方法包括：提供第一子板，第一子板具有在第一側上開放的反應物通道和與第一子板中的反應物通道相鄰的槽脊區域；提供第二子板，第二子板具有在第二側上開放的反應物通道和與第二子板中的反應物通道相鄰的槽脊區域；使用具有低導熱率的材料填充第一子板中的槽脊區域；以及將第一子板密封為與第二子板相鄰。

本發明的另一方面涉及一種使用雙極板組件的燃料電池。在一個實施例中，燃料電池包括：彼此由距離隔開的至少兩個膜電極組件，每個膜電極組件具有陽極側和陰極側；位于膜電極組件中其中一個的陽極側和膜電極組件中另一個的陰極側之間的至少一個雙極板組件，雙極板組件具有：第一子板，第一子板具有對所述一對膜電極組件中的一個膜電極組件的陽極側開放的反應物通道和與第一子板中的反應物通道相鄰的槽脊區域；第二子板，第二子板具有對膜電極組件中另一個的陰極側開放的反應物通道和與第二子板中的反應物通道相鄰的槽脊區域；其中，第一子板中的槽脊區域或第二子板中的槽脊區域填充有具有低導熱率的材料，并且其中，第一子板或第二子板中的另一個的槽脊區域填充有冷卻劑。

本發明還提供如下方案：

1、一種具有第一側和第二側的雙極板組件，所述雙極板組件包括：

第一子板，所述第一子板具有在所述第一側上開放的反應物通道和與所述反應物通道相鄰的槽脊區域；

第二子板，所述第二子板具有在所述第二側上開放的反應物通道和與所述第二子板中的所述反應物通道相鄰的槽脊區域；并且

其中，所述第一子板中的所述槽脊區域填充有具有低導熱率的材料，并且其中，所述第二子板中的所述槽脊區域在使用期間填充有冷卻劑。

2、根據方案1所述的雙極板組件，其中，具有低導熱率的所述材料為聚合物、泡沫、氣體或它們的組合。

3、根據方案1所述的雙極板組件，其中，具有低導熱率的所述材料為閉孔氨基甲酸乙酯泡沫或閉孔聚苯乙烯泡沫。

4、根據方案1所述的雙極板組件，還包括：在所述第一子板和所述第二子板之間密封的第三子板。

5、根據方案4所述的雙極板組件，其中，所述第三子板由傳導材料制成。

6、根據方案4所述的雙極板組件，其中，具有低導熱率的所述材料為聚合物、泡沫、氣體或它們的組合。

7、根據方案4所述的雙極板組件，其中，具有低導熱率的所述材料為氣體，并且其中，所述氣體為空氣、氮、氦、氬、二氧化碳或它們的組合。