[發明專利]與電化學電池一起使用的流場

在審

• 申請號: 202011105590.6
• 申請日: 2015-06-25
• 公開（公告）號: CN112467163A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 本杰明·S·倫特;菲利波·甘比尼;斯科特·布蘭切特
• 申請（專利權）人: 努威拉燃料電池有限責任公司
• 主分類號: H01M8/0247
• 分類號: H01M8/0247;H01M8/0258;C25B1/04;C25B9/19;C25B11/031
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 隆翔鷹

本文公開一種在電化學電池中使用的流場。該流場包括多孔金屬結構，該多孔金屬結構包括進氣口和沖壓在該結構中的多個通道。多個通道與進氣口流體連通以接收反應氣體，并被構造以使反應氣體在相鄰的通道之間擴散穿過多孔金屬結構。

本申請要求在2014年6月27日提交、申請號為62/017,943的美國臨時申 請的權益，該美國臨時申請的全部內容通過引用而并入。

技術領域

本發明針對電化學電池，更具體地，針對在電化學電池中使用的流場的設計。

背景技術

電化學電池，通常被歸類為燃料電池或電解池，是用于從化學反應產生電流 或利用電流引起化學反應的裝置。燃料電池將燃料(如氫氣、天然氣、甲醇、汽 油等)和氧化劑(空氣或氧氣)的化學能轉化為電以及熱量和水的廢產物?；A 的燃料電池包括帶負電的陽極、帶正電的陰極以及稱為電解質的離子傳導材料。

不同的燃料電池技術使用不同的電解質材料。例如，質子交換膜(PEM)燃 料電池利用聚合離子傳導膜作為電解質。在氫PEM燃料電池中，氫原子在陽極電 化學地分裂為電子和質子(氫離子)。然后，電子流過電路到達陰極并產生電， 而質子擴散穿過電解質膜到達陰極。在陰極，氫質子與電子和(供應至陰極的) 氧結合以生產水和熱量。

電解池代表相反運作的燃料電池。當施加外部電勢時，基礎的電解池通過將 水分解為氫氣和氧氣而起到氫氣發生器的作用。氫燃料電池或電解池的基礎技術 能夠被應用于電化學氫處理，例如電化學氫壓縮、純化或膨脹。電化學氫處理已 作為傳統上用于氫管理的機械系統的可行替代品出現。氫氣作為能量載體的成功 的商品化以及“氫經濟”長期的可持續性很大程度依賴于燃料電池、電解池以及 其他氫處理/管理系統的效率和成本效益。

在運作中，單個的燃料電池通常能夠產生約1伏特。為了獲得期望的電功率 量，各個燃料電池被結合以形成燃料電池堆，其中燃料電池循序地堆疊在一起。 每個燃料電池可包括陰極、電解質膜和陽極。陰極/膜/陽極組件構成“膜電極組 件”或“MEA”，該膜電極組件或MEA一般被雙極板支持在兩側上。反應氣體(氫 氣和空氣或氧氣)通過在板中形成的、被稱為流場的通道或溝槽而被供應至MEA 的電極。除了提供機械支持，雙極板(也被稱為流場板或分隔板)物理地分隔在 電池堆中的各個電池，同時電性地連接它們。一般的燃料電池堆包括歧管和進氣 口，該岐管和進氣口用于將燃料和氧化劑分別引導至陽極流場和陰極流場。燃料 電池堆還包括排氣歧管和排氣口，該排氣歧管和排氣口用于排出過量的氣體和冷 卻劑水。

圖1為顯示現有技術PEM燃料電池10的各個部件的爆炸示意圖。如圖所示， 雙極板2位于“膜電極組件”(MEA)的側面，“膜電極組件”(MEA)包括陽極7A、 陰極7C和電解質膜8。供應至陽極7A的氫原子電化學地分裂為電子和質子(氫 離子)。電子流過電路到達陰極7C并在該過程中產生電，而質子移動穿過電解質 膜8到達陰極7C。在陰極，質子與電子和(供應至陰極的)氧結合以生產水和 熱量。

另外，現有技術PEM燃料電池10包括導電的氣體擴散層(GDL)5，該氣體 擴散層5在電池內MEA的每一側上。氣體擴散層5用作使氣體和液體能夠在電池 內運輸的擴散介質，提供在雙極板2和電解質膜8之間的電傳導，幫助從電池中 去除熱量和工藝用水，并且在某些情況下，給電解質膜8提供機械支持。氣體擴 散層5能夠包括編織的或非編織的碳布，電極7A和電極7C覆蓋在該碳布面向電 解質膜的側上。在某些情況下，電催化材料能夠覆蓋在相鄰的GDL 5或電解質膜 8上。