[發明專利]金屬圈密封件和通道間的相互作用下形成更均勻接觸壓力分布的通道布局設計

在審

• 申請號: 201711048435.3
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN108023098A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發明（設計）人: S·徐;楊曦;席亮
• 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: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 鄭勇

一種提供均勻氣體流動壓力的燃料電池流場板包括第一金屬板和第二金屬板。第一金屬板限定了第一開口，其用于向燃料電池提供第一反應氣體，并具有圍繞第一開口的第一金屬圈。第一金屬圈是限定第一槽道的第二金屬板中的凸起。第一多個通道提供進出第一金屬圈的流道。第一多個通道的每個通道具有通向第一金屬圈的入口通道部分和從第一金屬圈延伸的出口通道部分，來將第一反應氣體提供給由第一金屬板限定的第一反應氣體流動槽道。特征地，入口通道部分與出口通道部分偏移。

技術領域

在至少一個方面，本發明涉及提供均勻的密封接觸壓力分布的燃料電 池流場板。

背景技術

燃料電池在許多應用中用作電源。特別地，燃料電池正在用于汽車來 代替內燃發動機。常用的燃料電池設計使用固體聚合物電解質(“SPE”) 膜或質子交換膜(“PEM”)來提供陽極和陰極之間的離子傳輸。

在質子交換膜(“PEM”)型燃料電池中，氫作為燃料供給到陽極，氧 氣作為氧化劑供給陰極。氧氣可以是純氧形式(O2)或空氣形式(O2和 N2的混合物)。PEM燃料電池通常具有膜電極組件(“MEA”)，其中固體 聚合物膜在一個面上具有陽極催化劑并且在相對面上有陰極催化劑。典型 的PEM燃料電池的陽極和陰極層由諸如編織石墨、石墨化片或碳紙的多 孔導電材料形成，以使燃料能夠分散在面向燃料供應電極的膜的表面上。 通常的，離子導電聚合物膜包括全氟磺酸(“PFSA”)離聚物。

MEA夾在一對多孔氣體擴散層(“GDL”)之間，多孔氣體擴散層又被 夾在稱為流場的一對導電元件或板之間。流場用作陽極和陰極的集流器， 并且包含形成在其中的合適的槽道和開口，用于將燃料電池的氣態反應物 分布在各自的陽極和陰極催化劑的表面上。為了有效發電，PEM燃料電池 的聚合物電解質膜必須薄、化學穩定、可透過質子、不導電并且氣體不可 滲透。在典型的應用中，為了提供高水平的電力，以多個單獨的燃料電池 堆的陣列形式提供燃料電池。

在當前的流場設計中，通道與金屬圈相交使冷卻劑和反應物通過。通 常，通道/槽道具有近似正方形的梯形橫截面(即，壁角大于45度)。主要 考慮冷卻劑/反應物流來設計流動通道/槽道的橫截面。金屬圈的主要功能 是密封冷卻劑或反應物，防止它們從集流管向外面泄漏。由金屬圈上的接 觸壓力提供密封功能。理想情況下，最有利的情況是接觸壓力是均勻的。 然而，通道的存在導致金屬圈和通道之間的相交處的接觸壓力有較大變 化。特別地，密封接觸壓力由于圈和通道的干擾而出現較大變化，并且在 通道壁附近發現了較高的密封接觸壓力，并且在通道中心處發現了相對較 低的密封接觸壓力。密封接觸壓力較低的位置可能會發生泄漏。接觸壓力 較大變化可能導致某些點的壓力極低，這些點可能導致泄漏。

因此，本發明提供了改進的接觸壓力，其在金屬圈密封件和流動槽道 之間的相交處具有較小的壓力變化。

發明內容

本發明通過在至少一個實施例中提供設置有均勻接觸壓力/密封壓力 的燃料電池流場板來解決現有技術的一個或多個問題。流場包括第一金屬 板和第二金屬板。第一金屬板限定第一開口，其用于向燃料電池提供第一 反應氣體，并具有圍繞第一開口的第一金屬圈。第一金屬圈是第一金屬板 中的凸起。第一多個通道提供進出第一金屬圈的通路。第一多個通道的每 個通道具有通向第一金屬圈的入口通道部分和從第一金屬圈延伸的出口通道部分，來將第一反應氣體提供給由第一金屬板限定的第一反應氣體流 動槽道。第一多個通道中的每個通道的入口通道部分和出口通道部分相對 于彼此偏移。通常地，第二金屬板具有相似的設計。具體地，第二金屬板 限定第二開口，其用于向燃料電池提供第二反應氣體，并具有圍繞第二開 口的第二金屬圈。第二金屬圈是第二金屬板中的凸起。第二多個通道提供 進出第二圈的通路。第二多個通道的每個通道具有通向第二圈的入口通道 部分和從第二圈延伸的出口通道部分，來將第二反應氣體提供給由第二金 屬板限定的第二反應氣體流動槽道。第二多個通道中的每個通道的入口通 道部分和出口通道部分相對于彼此偏移。