[發(fā)明專利]燃料電池堆

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310136981.8
• 申請日: 2013-04-19
• 公開（公告）號: CN103915634B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設計）人: 權赫律;金賢裕
• 申請（專利權）人: 現(xiàn)代自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/0276;H01M8/0267;H01M8/2465;H01M8/24;H01M8/2485
• 代理公司: 北京尚誠知識產(chǎn)權代理有限公司11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發(fā)明涉及一種燃料電池堆，本發(fā)明更具體涉及一種利用隔板的 燃料電池堆，在該隔板中兩個或多個反應區(qū)域以絕緣方式連接，以將 輸出電壓保持在高水平，且在燃料電池堆的相同輸出情況下將輸出電 流保持在低水平，并提高燃料電池堆的生產(chǎn)力，因此降低制造成本。

背景技術

現(xiàn)參考圖6和7對燃料電池堆的單元電池的結構進行描述。膜電 解質(zhì)組件（MEA）位于單元電池的中央。膜電解質(zhì)組件包括能夠輸送 氫離子（質(zhì)子）的聚合物電解質(zhì)膜11，和諸如陰極12和陽極13的催 化劑層，該催化劑層覆蓋在電解質(zhì)膜11的兩側，使得氫和氧互相反應。

此外，氣體擴散層（GDL）16和墊圈18依次堆疊在每個陰極12 和陽極13的外側，隔板20堆疊在氣體擴散層16的外側，在隔板20 中形成有流場，以供應和排出燃料（氫）和氧化劑（空氣），并排出 反應所產(chǎn)生的水，用于支撐和固定上述組件的端板30連接至最外端。

因此，在燃料電池堆的陽極13，發(fā)生氫的氧化反應以產(chǎn)生氫離子 （質(zhì)子）和電子，且產(chǎn)生的氫離子和電子通過電解質(zhì)膜10和隔板20 傳送到陰極12。在陰極12，從陽極13傳送的氫離子和電子與含氧空 氣發(fā)生反應以產(chǎn)生水。同時，電子的流動產(chǎn)生電能，并通過連接于端 板30的集電器提供給需要電能的負載。

同時，如圖6和7所示，隔板20包括反應區(qū)域23，其包括，與氣 體擴散層16直接接觸的平臺（flat land）21；和每個位于平臺21之間 并用作諸如氫和空氣（氧）等燃料的通路的通道22；以及歧管，這些 歧管被配置成通孔的形式，用于供應和排出氫、空氣、冷卻劑等，且 設置在反應區(qū)域23的兩端。

在此，歧管包括：空氣供應歧管24、冷卻劑供應歧管25以及氫供 應歧管26，這些歧管平行地形成在反應區(qū)域23的一端，以及空氣排出 歧管27、冷卻劑排出歧管28和氫排出歧管29，這些歧管平行地形成 在反應區(qū)域23的另一端。

作為參考，在圖6所示的燃料電池堆中，其中具有反應區(qū)域為2A 的隔板的數(shù)量為n，而在圖7所示的燃料電池堆中，其中反應區(qū)域為A 的數(shù)量為2n，兩個燃料電池堆的整個反應區(qū)域是相同的，表示燃料電 池堆的輸出是相同的，但是燃料電池堆的輸出電壓和電流是不同的。 因此應用以下等式1：

燃料電池堆輸出=反應區(qū)域(cm²)×電流密度(A/cm²)×電池單元數(shù) 量×電池單元平均電壓(V_電池單元)。【等式1】

在圖6的右側示出的傳統(tǒng)隔板20具有較大的反應區(qū)域，并被組裝 在單模塊設計的燃料電池堆中。由于反應區(qū)域（與電流成比例）較大 且電池單元數(shù)量（與電壓成比例）較小，因此電壓相對較低且電流相 對較高。

由于具有這些特征，因此使燃料電池堆易于組裝，減小燃料電池 堆的尺寸，并可以降低其相關的生產(chǎn)成本。然而，因為電壓相對較低， 因此通常使用高電流，因而導致驅(qū)動單元（例如，驅(qū)動電動機、逆變 器等）效率降低，并因此帶來冷卻問題，并且在相同輸出的情況下， 驅(qū)動單元的重量和體積增大，這也存在相當大的問題。

在圖7右部示出的傳統(tǒng)隔板20具有其中反應區(qū)域減小至圖6所示 反應區(qū)域的一半的結構，并被組裝到雙模塊型的燃料電池堆中，在該 雙模塊型中，兩個單獨的模塊上下布置。因此，可以將燃料電池堆的 輸出電壓保持在高水平（其為使用圖6所示隔板的燃料電池堆的兩倍）， 將輸出電流保持在低水平（其為使用圖6所示隔板的燃料電池堆的 1/2），并提高驅(qū)動單元（例如，驅(qū)動電動機、逆變器等）的效率。然 而，隨著堆疊的電池單元數(shù)量的增加，制造步驟和零部件數(shù)量的增加， 制造成本也增大了。

為降低生產(chǎn)成本并簡化制造工藝，傾向于減少包括上述隔板的燃 料電池堆的電池單元的數(shù)量，并傾向于增大隔板的反應區(qū)域。因此， 當燃料電池堆的電池單元的數(shù)量減少且隔板的反應區(qū)域增大時，當燃 料電池堆產(chǎn)生的電能被電動部件（例如，用于驅(qū)動燃料電池堆的驅(qū)動 電動機、逆變器等）以相同的輸出使用時，有利地，將由燃料電池堆 產(chǎn)生的電壓保持在高水平，將電流保持在低水平，因此，通常增大燃 料堆的輸出來增大電壓并減小電流。

在背景技術部分中公開的上述信息僅僅用于增強對本發(fā)明背景的 理解，因此可能包含不構成在本國中本領域普通技術人員公知的現(xiàn)有 技術的信息。

發(fā)明內(nèi)容