[發(fā)明專利]燃料電池隔膜和包括其的燃料電池堆

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410228302.4
• 申請日: 2014-05-27
• 公開（公告）號: CN104716369B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李成浩;沈仙輔
• 申請（專利權(quán)）人: 現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M8/02;H01M8/24
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 張英;王玉桂

本發(fā)明提供了燃料電池隔膜和包括其的燃料電池堆。此外，本發(fā)明還提供了一種燃料電池，包括多個(gè)膜電極組件(MEA)和向膜電極組件中的一個(gè)供應(yīng)燃料的第一流動(dòng)通道，其中第一流動(dòng)通道由在膜電極組件之間的多個(gè)通道板形成。此外，第二流動(dòng)通道向膜電極組件中的另一個(gè)供應(yīng)空氣，并且冷卻通道使冷卻介質(zhì)循環(huán)以冷卻第一流動(dòng)通道和第二流動(dòng)通道。尤其地，在冷卻通道中設(shè)置有由此分割冷卻通道的開縫翅片。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池隔膜和包括該燃料電池隔膜的燃料電池堆，并且更具體地，涉及可以通過改善其內(nèi)的熱量傳輸效率來改善局部冷卻有效性的燃料電池隔膜，和包括該燃料電池隔膜的燃料電池堆。

背景技術(shù)

燃料電池系統(tǒng)通常包括用于產(chǎn)生電能的燃料電池堆、向燃料電池堆供應(yīng)燃料(氫)的燃料供應(yīng)單元、用于向燃料電池堆供應(yīng)空氣(具體地，氧，其為電化學(xué)反應(yīng)必需的氧化劑)的空氣供應(yīng)單元、以及用于將從燃料電池堆發(fā)出的反應(yīng)熱消散至燃料電池系統(tǒng)的外側(cè)并因此控制燃料電池堆的運(yùn)行溫度的加熱和水控制單元。

在上述燃料電池系統(tǒng)的燃料電池堆中，通過氫(燃料)與空氣中的氧的電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電，并且排出作為反應(yīng)的副產(chǎn)物的熱量和水。燃料電池堆通過連續(xù)地堆疊多個(gè)單元電池形成，并且每個(gè)單元電池包括膜電極組件(MEA)和隔膜，每個(gè)隔膜被緊密地設(shè)置在每個(gè)膜電極組件的一側(cè)上。

在此，每個(gè)單元電池在膜電極組件和隔膜w之間被設(shè)置有襯墊(墊圈)用于保持其間的密封和氣密性。此外，每個(gè)隔膜被設(shè)置有多個(gè)歧管用于向膜電極組件供應(yīng)燃料和空氣或者從膜電極組件排出燃料和空氣，排出水(反應(yīng)的副產(chǎn)物)并使其內(nèi)的冷卻介質(zhì)(例如，水)循環(huán)。

圖1是示出了包括在其間形成通道的多個(gè)歧管的常規(guī)燃料電池堆的隔膜的冷卻流模式的示意圖，并且圖2是示出了在燃料電池堆運(yùn)行期間的冷卻水入口和冷卻水出口之間的溫度偏差的示意圖。從圖2中可以確定，隔膜最左側(cè)的溫度最低，朝向冷卻水出口溫度逐漸增加，并且隔膜的橢圓區(qū)域的溫度最高。即，在燃料電池堆的運(yùn)行期間，在長度和寬度方向上都出現(xiàn)溫度偏差。這種局部溫度增加劣化燃料電池堆，因此需要該問題的解決方案。

應(yīng)理解，提供上述描述僅旨在幫助對本發(fā)明的理解，并且不意味著本發(fā)明落在本領(lǐng)域中技術(shù)人員已知的相關(guān)技術(shù)的范圍內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明致力于解決上述問題，并且本發(fā)明的目的是提供可以使用開縫翅片和多孔導(dǎo)電材料來局部改善冷卻性能的燃料電池隔膜，和包括該燃料電池隔膜的燃料電池堆。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了一種燃料電池，包括：多個(gè)膜電極組件(MEA)；第一流動(dòng)通道，向膜電極組件中的一個(gè)供應(yīng)燃料的第一流動(dòng)通道，該第一流動(dòng)通道由膜電極組件之間的多個(gè)通道板形成；第二流動(dòng)通道，向膜電極組件中的另一個(gè)供應(yīng)空氣；以及冷卻通道，使冷卻介質(zhì)循環(huán)用于冷卻第一流動(dòng)通道和第二流動(dòng)通道。具體地，在冷卻通道中設(shè)置有開縫翅片(裂開翅片，split fin)，該開縫翅片因此分割冷卻通道。

在本發(fā)明的示例性實(shí)施方式中，開縫翅片可以由多孔材料制成，該多孔材料可以具有比通道板高的熱傳導(dǎo)率(熱導(dǎo)率)。例如，開縫翅片可以由碳纖維或金屬制成。此外，開縫翅片可以比通道板薄。這樣，當(dāng)冷卻通道具有多邊形截面時(shí)，開縫翅片可以連接至冷卻通道的至少一個(gè)頂點(diǎn)。

此外，開縫翅片還可以將冷卻通道的內(nèi)部空間分割為多個(gè)空間。在以上示例性實(shí)施方式中，通道板的圍繞冷卻通道的內(nèi)壁可以具有粗糙度(不均勻度)。該粗糙度可以通過刮劃、納米涂覆、等離子體處理、粉末施加或者縮短形成。

就設(shè)置而言，基于整個(gè)燃料電池隔膜的溫度分布，開縫翅片可以被設(shè)置在燃料電池隔膜的相對高溫區(qū)域的冷卻通道中。

本發(fā)明的另一方面提供了一種包括燃料電池隔膜的燃料電池堆。

附圖說明

本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)勢將通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述而更顯而易見，其中：