[發明專利]具有改進的冷凍啟動的分隔板設計

有效

• 申請號: 201110402966.4
• 申請日: 2011-12-07
• 公開（公告）號: CN102544550A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: S.J.斯潘塞
• 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: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 原紹輝;楊楷

技術領域

本發明涉及燃料電池板組件，具體而言涉及一種雙極燃料電池板組件，所述雙極燃料電池板組件由第一單極板和第二單極板通過以下方式形成：所述第一單極板和第二單極板協作以在其間形成冷卻劑流動通道，所述冷卻劑流動通道中的一個具有設置在第一部分和第三部分之間的第二部分，所述第二部分設置成與所述雙極燃料電池板組件的反應劑出口相鄰，或者設置成與其反應劑出口和反應劑入口相鄰。

背景技術

燃料電池已經在許多應用中被用作電源。例如，已經提出將燃料電池用于電動車輛的動力設備中以替代內燃發動機。在質子交換膜（PEM）類型燃料電池中，氫氣（或者含氫的氣體）被供給到燃料電池的陽極側，且氧氣作為氧化劑被供給到陰極側。該氧氣可以是純氧（O₂）或者空氣。氧氣和氫氣可以單獨地稱為“反應劑”，或者共同被稱為“反應劑”。PEM燃料電池包括具有薄的、可傳送質子的、非導電的、固態聚合物電解質膜的膜電極組件（MEA），其中陽極催化劑在一個表面上且陰極催化劑在相反的表面上。如果擴散介質（DM）和/或者阻擋層被結合到MEA，并且可任選地與襯墊一起密封作為一個單元，那么所述單元已知為組合的電極組件（UEA）。為了形成單個燃料電池，MEA或者UEA被設置在單級板組件或者雙極板組件之間。

雙極板包括用于燃料電池堆中的相鄰燃料電池的陽極側和陰極側。圖1顯示了現有技術中已知的燃料電池板110的陽極側100。燃料電池板110由一對單極板通過例如焊接工藝或者粘接工藝聯接在一起而形成。流動通道112設置在燃料電池板110的陽極側100上，以方便使氫氣流動到每個MEA或者UEA的陽極側100。流動通道設置在燃料電池板110的陰極側中，以方便使氧氣流動到MEA或者UEA的陰極側。燃料電池板110由例如經過涂覆或者處理的不銹鋼之類的導電材料制造，使得燃料電池板110可以傳導由燃料電池所產生的電。此外，形成雙極燃料電池板110的單極板在其間限定冷卻劑流動通道（未示出），以方便冷卻流體流經其中，從而在使用期間控制燃料電池板110的溫度。流經冷卻劑流動通道的冷卻流體可以在低于冷凍條件的啟動過程期間暖熱燃料電池板110。冷卻劑流動通道典型地平行于形成在電池的活性區域內的燃料電池板110的陽極側100和陰極側上的流動通道112。

燃料電池板110包括入口孔118和出口孔120，以方便氫氣通過燃料電池板110的流動。燃料電池板110也包括入口孔116和出口孔114，以方便氧氣通過燃料電池板110的流動。燃料電池板110也包括冷卻劑入口124和冷卻劑出口122，以方便冷卻劑在形成燃料電池板110的單級板之間的流動。如圖1的燃料電池板110那樣，多個單獨的燃料電池板典型地被捆束在一起以形成燃料電池堆。每個燃料電池板110的入口孔116、118、124協作，以分別形成氧氣入口集管、氫氣入口集管和冷卻劑入口集管，且每個燃料電池板110的出口孔114、120、122協作，以分別形成氧氣出口集管、氫氣出口集管和冷卻劑出口集管。形成在入口孔118和冷卻劑出口122之間的焊接接縫126以及形成在出口孔120和冷卻劑入口124之間的焊接接縫128各自在入口孔118和冷卻劑流動通道之間以及在出口孔120和冷卻劑流動通道之間形成流體密封。在燃料電池板110的單極板之間可以形成額外的焊接接縫（未示出），以產生密封的冷卻劑區段，從而減少反應劑和/或者冷卻劑流失到環境中的損耗。

在使用中，使冷卻劑流經冷卻劑集管，并且進入到燃料電池堆的每個燃料電池板110的冷卻劑入口124中。使該冷卻劑流經形成在單極板之間的冷卻劑流動通道。冷卻劑的壓力足以讓冷卻劑流入平行于流動通道112的每個冷卻劑流動通道中。用箭頭130總體上顯示了冷卻劑的流動。

所述堆的燃料電池板110通常電串聯布置。所述堆之內的每個電池都可以包括UEA，每個UEA提供了電壓增量。所述堆之內的一組相鄰電池被稱為簇。堆之內的多個電池的典型布置在共同所有的美國專利No.?5,763,113中示出并進行了說明，此處通過引用將其全部內容并入。