[發(fā)明專利]具有通流燃料進給的塑性框架組件和雙極板

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810132951.2
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN109390605A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發(fā)明（設計）人: L·達克沃思;J·科爾
• 申請（專利權）人: 智能能源有限公司
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/0273
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙志剛;趙蓉民

本公開提供用于形成流動板和框架組件的方法，所述流動板和框架組件包括陽極框架構件、流動板和陰極框架構件，其中流動板被保持在陽極框架構件和陰極框架構件之間。本公開還提供流動板和框架組件、包括多個所述流動板和框架組件的燃料電池堆，以及包括所述燃料電池堆的燃料電池系統(tǒng)。能夠從陽極流體入口、通過陽極框架構件中的管道、到流動板的陽極表面上并且進入陽極流動通道中提供流體連接的陽極流體線路。

技術領域

本公開涉及電化學燃料電池領域。具體地，本公開涉及用于電化學燃料電池組件中的裝置和方法，所述裝置和方法包括用于允許多個流體流動通道及其配置的流體流動板的框架系統(tǒng)。

背景技術

燃料電池堆組件能夠由與膜電極組件層交替的一系列流體流動板形成。在蒸發(fā)式冷卻(EC)質子交換膜(PEM)燃料電池中，水能夠經(jīng)由陽極流體流動路徑或陰極流體流動路徑被引入到燃料電池堆中，以使膜水合并且冷卻電池。當與具有介于中間的密封液體冷卻通路的液體冷卻燃料電池相比時，EC電池能夠由于簡單的單板配置和減小的電池間距而提供優(yōu)良的質量和體積功率密度。在典型的EC燃料電池配置中，冷卻水從沿燃料電池堆的側面向下延伸的一個或更多個共用歧管被注入陽極或陰極流體流動通道中。EC燃料電池堆在陰極和陽極流體上施加壓降至與通過活性區(qū)域的壓降類似的水平，這對于電池與電池性能一致性的所得壓降以及電池周邊歧管的一致性產生依賴性。在流體流動板周圍使用由襯墊材料(如橡膠)制成的連續(xù)密封件來提供對齊和流體流動歧管裝置能夠導致在具有承載高壓縮力的多個流體流動板的整個燃料電池堆組件中的各點處的未對齊。在形成流體流動板之后，此類連續(xù)密封還必須用作輔助的制造步驟，這能夠產生供應鏈問題并且增加制造成本或延長訂貨至交貨時間(lead times)。

在燃料電池組件中待解決的一些問題包括：確保燃料、氧化劑和冷卻劑管線中的流體分配的均勻流動場；使入口歧管兩端的壓降最小化；使確保氣密操作所需的密封壓力最小化；考慮到在制造燃料電池組件時需要精確地組裝的大量單元，使流體流動板的構造與機械化組裝過程兼容；減小組成堆的燃料電池的間距，同時使操作保持在期望參數(shù)內；減少部件數(shù)量；減輕整體重量；減少材料使用和浪費；簡化設計、制造和組裝；以及總體降低燃料電池組件的整體成本。

因此，需要允許簡化的制造和組裝同時提供流體流動歧管和分配線路的精確對齊的部件。本公開涉及這些和其他重要的需求。

發(fā)明內容

本公開提供流動板和框架組件的各方面，該流動板和框架組件包括：陽極框架構件，該陽極框架構件包括外表面、內表面和陽極框架開口；陰極框架構件，該陰極框架構件包括外表面、內表面和陰極框架開口；以及流動板，該流動板包括陽極表面和陰極表面。在一些實施方式中，陰極框架構件和陽極框架構件沿它們各自的內表面彼此接合，并且使流動板保持在內表面之間并在內表面之間包圍流動板，其中陽極表面的一部分與陽極框架構件內表面接觸，并且陰極表面的一部分與陰極框架構件內表面接觸。在進一步的實施方式中，陽極框架構件、陰極框架構件或兩者能夠包含兩種不同的材料。在又進一步的實施方式中，所述兩種不同的材料包括由硬塑性材料制成的剛性框架元件和可壓縮密封材料的選擇區(qū)域。在某些實施方式中，陽極框架構件、陰極框架構件或兩者經(jīng)由2K模制工藝形成。在一些實施方式中，陽極表面能夠具有多個陽極流動通道，并且陰極表面能夠具有多個陰極流動通道。

本公開提供包括多個相同的本公開的流動板和框架組件的燃料電池堆組件，其中每個相同的流動板和框架組件與鄰近的流動板和框架組件的外表面對齊，從而接合在一起。

本公開提供包括本文所公開的燃料電池堆組件的燃料電池系統(tǒng)。在一些實施方式中，該燃料電池系統(tǒng)能夠具有：陽極流體供給部，該陽極流體供給部包含陽極流體并且流體連接到燃料電池堆的陽極流體進入管道；陰極流體供給部，該陰極流體供給部包含陰極流體并且流體連接到燃料電池堆的陰極流體進入管道；以及冷卻劑流體供給部，該冷卻劑流體供給部包含冷卻劑流體并且流體連接到燃料電池堆的冷卻劑流體進入管道。