[發(fā)明專利]燃料電池板內的雙通道臺階

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110367767.4
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102468497A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設計）人: J.A.羅克;G.W.弗利;S.J.斯潘塞
• 申請（專利權）人: 通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 崔幼平;楊楷

技術領域

本公開內容涉及燃料電池，并且更具體地涉及燃料電池的板。

背景技術

針對電動車輛和各種其他應用，已經提出燃料電池作為干凈、有效且對于環(huán)境負責的電源。各個燃料電池能夠串聯(lián)堆疊在一起以便為各種應用形成燃料電池電堆。燃料電池電堆能夠供應足以給車輛提供動力的電量。具體而言，燃料電池電堆已經被認為是現(xiàn)代機動車輛中所用的傳統(tǒng)內燃發(fā)動機的潛在替代方案。

一種燃料電池類型是聚合物電解質膜（PEM）燃料電池。PEM燃料電池包括三個基礎部件：電解質膜；以及包括陰極和陽極的一對電極。電解質膜被夾在電極之間以便形成膜-電極組件（MEA）。MEA通常被置于例如碳纖維紙的多孔擴散介質之間，這有助于反應物的傳遞，例如氫向陽極以及氧向陰極的傳遞。

在電化學燃料電池反應中，氫在陽極中被催化氧化從而產生自由質子和電子。質子穿過電解質到達陰極。來自陽極的電子不能穿過電解質膜，而是作為電流通過電負載（例如電動馬達）被引導到陰極。質子在陰極內與氧和電子反應從而生成水。

電解質膜通常由離聚物層形成。燃料電池的電極一般由磨細的催化劑形成。催化劑可以是針對燃料電池的電化學反應催化地支持氫或甲醇的氧化以及氧的還原中的至少一種反應的任意電催化劑。催化劑通常是貴金屬，例如鉑或其它鉑族金屬。催化劑一般被置于例如炭黑顆粒的碳支撐物上并且分布在離聚物中。

電解質膜、電極、擴散介質和用于分離反應物流體的子墊片（subgasket）通常被置于一對燃料電池板之間。這對燃料電池板構成陽極板和陰極板。每個燃料電池板均可具有在其內形成的在活性區(qū)域內的多個通道以用于反應物和冷卻劑向燃料電池的分配。每個燃料電池板還可以具有在供給區(qū)域內的帶端口和通道的集管以便將反應物和冷卻劑傳遞到燃料電池的活性區(qū)域。電解質膜、電極和擴散介質通常被置于活性區(qū)域內。子墊片通常聯(lián)接于電解質膜并被置于一對燃料電池板之間的供給區(qū)域內。

燃料電池板通常通過使得板材金屬成形的常規(guī)工藝來形成，例如沖壓、機加工、模制或通過光刻掩膜光刻。在雙極燃料電池板組件的情況下，燃料電池板組件通常由一對單極板形成，這對單極板之后被連結在一起以形成雙極燃料電池板組件。示例性雙極板被公開于Newman等人的美國專利申請序列號11/752,993中，其全部公開內容并入本文以供參考。

公知的是在燃料電池電堆中出現(xiàn)壓縮應力。壓縮應力通常出現(xiàn)于沿燃料電池板的在其間放置了電解質膜、電極、擴散介質和子墊片的部位。具體而言，壓縮應力公知地會出現(xiàn)于擴散介質和子墊片的邊緣處。過去通過使用非常薄的子墊片和較軟的擴散介質來減輕邊緣應力的嘗試會造成燃料電池電堆的退化的性能。

存在對于如下燃料電池板組件設計的長期需求，該燃料電池板組件設計理想地控制在一對燃料電池板之間的擴散介質和子墊片的邊緣處的壓縮應力。

發(fā)明內容

根據(jù)本公開內容，令人驚訝地發(fā)現(xiàn)了一種燃料電池板組件設計，其理想地控制了在一對燃料電池板組件之間的擴散介質和子墊片的邊緣處的壓縮應力。

在一種實施例中，燃料電池板組件包括具有供給區(qū)域和活性區(qū)域的第一板。多個流動通道被形成在第一板內并且連接供給區(qū)域和活性區(qū)域。第一板還包括在供給區(qū)域內橫于流動通道定向的第一臺階和在活性區(qū)域內橫于流動通道定向的第二臺階。

在另一實施例中，燃料電池包括第一燃料電池板組件和第二燃料電池板組件。第一燃料電池板組件和第二燃料電池板組件中的每一個均具有供給區(qū)域和活性區(qū)域，多個流動通道形成在其內并且連接供給區(qū)域和活性區(qū)域。第一燃料電池板組件和第二燃料電池板組件中的每一個還包括在供給區(qū)域內橫于流動通道定向的第一臺階和在活性區(qū)域內橫于流動通道定向的第二臺階。膜電極組件被夾在一對擴散介質層之間。膜電極組件和擴散介質被置于第一板和第二板的活性區(qū)域之間。子墊片聯(lián)接于膜電極組件并且被置于第一板和第二板的供給區(qū)域之間。

在另一實施例中，燃料電池電堆包括被設置在電堆中的多個燃料電池。

本發(fā)明還提供了以下技術方案。

方案1.?一種燃料電池板組件，包括：

第一板，其具有供給區(qū)域和活性區(qū)域，多個流動通道被形成在所述第一板內以連接所述供給區(qū)域和所述活性區(qū)域，所述第一板還包括在所述供給區(qū)域內橫于所述流動通道定向的第一臺階和在所述活性區(qū)域內橫于所述流動通道定向的第二臺階，所述第二臺階僅形成在所述第一板的所述流動通道內。