用于燃料电池的冷却板制造技术

一种空气冷却燃料电池中的隔离板包括一系列气流通道，每个通道都在所述隔离板的第一和第二相对边缘之间纵向延伸。每个通道都具有截面轮廓，所述截面轮廓在沿所述通道的长度的各个点处限定气流截面，并且所述通道的至少所选通道各自具有导热结构，所述导热结构在所述通道的所选中间纵向位置处延伸至所述通道截面中。所述位置设置在所述燃料电池的作用区域上方，以经由所述板在局部增强从所述作用区域到移动通过所述通道的气流的热传递。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于燃料电池的隔离板，且特别涉及将冷却和/或氧化剂气流提供至电池的作用区域的隔离板。
技术介绍
在开放阴极燃料电池堆中，气流被引导跨越每个燃料电池的阴极侧，使得氧化剂通常经由扩散层而可用于燃料电池的膜一电极组件(MFA)的阴极侧。为了实现跨越整个电池堆的空气的均匀流动，共同布置是为了跨越电池堆的相对面之间的电池堆提供平行气流，使得跨越每个电池的气流从电池的一个边缘流至电池的相对边缘。实现足够程度的空气流跨越电池堆的每个电池(同时保持电池堆的总重量降低)的典型方法是通过使用波纹阴极隔离板。这样的隔离板都作用以形成与燃料电池电解质的阴极侧的电连接并提供跨越基础扩散层的空气流的通路。隔离板跨越每个板的宽度限定一组平行流动通道，每个通道都沿每个板的长度延伸。其它类型的燃料电池堆可仅为了冷却空气流的目的而部署波纹隔离板，单独提供阴极(氧化剂)空气流。为了实现燃料电池堆的最佳性能，理想的是保持跨越每个电池的整个表面的足够冷却，每个都横向跨越每个板的宽度并纵向沿板中的每个通道的长度。本专利技术的目的是提供对由这种隔离板提供的冷却轮廓的改进。
技术实现思路
根据一方面，本专利技术提供了一种空气冷却燃料电池中的隔离板，其包括：一系列气流通道，每个通道都在所述隔离板的第一和第二相对边缘之间纵向延伸，每个通道都具有截面轮廓，所述截面轮廓在沿所述通道的长度的各个点处限定气流截面，并且所述通道的至少所选通道各自具有导热结构，所述导热结构在所述通道的所选中间纵向位置处延伸至所述通道截面中，所述位置设置在所述燃料电池的作用区域上方，以经由所述板在局部增强从所述作用区域到移动通过所述通道的气流的热传递。延伸至通道截面中的导热结构可以是散热片。延伸至通道截面中的导热结构可以是一个或多个凸起。延伸至通道截面中的导热结构可以是延伸至通道截面的高度或宽度的分隔壁。散热片或凸起的高度可根据沿通道的长度的距离而变化。高度可根据沿通道的长度的距离而增加。导热结构可仅延伸至通道的第二纵向二分之一内的通道截面中。导热结构可仅延伸至通道的最终纵向三分之一内的通道截面中。导热结构的大小可针对所述系列通道中的不同通道而变化。导热结构的长度可针对所述系列通道中的不同通道而变化。导热结构的热导率可沿通道的长度而变化。散热片或凸脊可将通道分为至少两个气流截面，每个气流截面都提供基本层流。分隔壁可将通道分为两个或多个子通道。凸起可位于相对凹槽的通道壁中。所述系列气流通道可由第一波纹板限定，并且延伸至通道截面中的导热结构可由设置在邻近第一波纹板处的第二波纹板限定，且第二波纹板可具有与第一波纹板的波纹横向偏移的波纹。波纹的横向偏移可由第一和第二波纹板产生，所述第一和第二波纹板具有(i)不同空间频率的波纹，或(ii)相同空间频率的波纹，但在其间具有相位偏移。附图说明现在将通过举例的方式并参考附图来描述本专利技术的实施方案，其中：图1示出燃料电池的组件的分解透视图；图2示出图1的燃料电池中的阴极隔离板的透视图；图3a至图3d示出通过图2、图4a、图4b、图6a、图6b和图7的阴极隔离板的矩形流动通道的截面气流的模拟温度分布；图4a和图4b分别示出在通道中具有散热片的阴极隔离板的透视图和端视图；图5示出在通道中具有分隔壁的阴极隔离板的透视图，其中在分隔之后的通道宽度减小；图6a和图6b分别示出在通道中具有分隔壁的阴极隔离板的透视图和端视图；图7a和图7b分别示出在通道中具有气流扰乱凸起的阴极隔离板的透视图和端视图；图8示出在通道中具有横向气流扰乱凸起的阴极隔离板的透视图；图9示出具有三角形构造通道的替代阴极隔离板，其中图9a示出在图9e的端视图中看到的隔离板的放大端视图细节；图9b示出板的阴极面的平面图；图9c示出在图9f的透视图中看到的板的放大细节；且图9d示出在图9g的透视图中看到的板的放大细节；以及图10示出类似于图6a但具有多个偏移波纹的阴极隔离板的透视图。具体实施方式图1示出说明性空气冷却燃料电池堆组合件100的分解透视图。燃料电池堆组合件100按顺序包括阳极板101、阳极侧扩散层102、阳极垫片103、膜电极组合件(MEA)104、阴极垫片105、阴极侧扩散层106、波纹阴极隔离板108和一对垫片109a、109b。波纹阴极隔离板108具有第一边缘110和第二相对的边缘111并限定在隔离板108的第一和第二相对边缘之间纵向延伸的一系列气流通道112、113。图1的燃料电池堆组合件100可以分层结构重复多次以形成燃料电池堆，例如包括数十甚至数百个电池，所有电池都包含在一对端板之间的堆中。图2示出波纹阴极隔离板108的一部分的放大图。隔离板具有第一和第二相对面204、205。板108具有一系列波纹201，所述波纹限定在第一和第二相对边缘110、111之间延伸的一系列气流通道112、113。板108中的每个波纹201都包括限定气流通道112、113的波峰213和波谷214。板108的厚度(即所有波峰213的平面和所有波谷214的平面之间的隔离)对应于通道高度h。一对相邻波峰213或一对相邻波谷214之间的隔离对应于通道宽度w。第一和第二相对边缘110、111之间的距离对应于通道长度l(图1中看到)。波纹阴极隔离板108的功能一般可被描述为提供一系列气流通道112、113，每个气流通道都具有限定沿通道112、113的长度l的任何特定纵向点处的气流截面的截面轮廓。在图1和图2的实施例中，气流通道112、113的截面是矩形、沿其长度的宽度或深度不会变化，且在通道之间不会改变。然而，可能的是具有不同于矩形的截面轮廓，并且还可能的是，沿着其长度或从相邻通道间或两者改变气流通道112、113的截面轮廓。气流通道112如图1和图2所示‘面向下’，即朝向阴极扩散层106和基础MEA开放，从而提供空气作为氧化剂并冷却至燃料电池的作用区域。燃料电池的作用区域可被限定为MEA的区域，该区域经由板101、108和扩散层102，106暴露于阳极和阴极流体流(燃料和氧化剂)中。相反，气流通道113如图1和图2所示‘面向上’且将通过与相邻电池的阳极板101的下表面相邻而在顶部封闭。因此，气流通道113仅提供冷却气流且不会将氧化剂供应至MEA。气流通道112、113的重要功能是使流动空气从隔离板中提取热量。隔离板优选由合适的导电和导热材料(诸如不锈钢)形成。在作用区域中由燃料电池产生的热量必须从燃料电池堆中提取，以防止对MEA 104的损坏。笔直均匀的截面通道112、113(诸如图1和图2中所示)提供良好快速的气流，该气流提供低阻力、低压降和高通量的冷却空气。然而，已经观察到，虽然均匀截面的笔直通道提供高通量，但是它们倾向于接近层流条件，从而引起跨越通道截面的显著温度梯度。图3a示出由波峰213和波谷214限定的通道112、113的矩形通道截面的模拟温度分布。可在图3a中看到最高温度带A(在图的左手侧的颜色尺度中以开氏度指示)在邻近板108的燃料电池作用区域(扩散层106和MEA 104)中展示。在通道112中，可以看出，跨越通道截面的温度梯度是从邻近通道壁相的温度带B到截面的中心中的大区域的温度带F、G、H。类似分布可在通道113中看到，在该通道中，凉区域的温度带F、G、H略大一些本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气冷却燃料电池中的隔离板，其包括：一系列气流通道，每个通道都在所述隔离板的第一和第二相对边缘之间纵向延伸，每个通道都具有截面轮廓，所述截面轮廓在沿所述通道的长度的各个点处限定气流截面，并且所述通道的至少所选通道各自具有导热结构，所述导热结构在所述通道的所选中间纵向位置处延伸至所述通道截面中，所述位置设置在所述燃料电池的作用区域上方，以经由所述板在局部增强从所述作用区域到移动通过所述通道的气流的热传递。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.31 GB 1405702.01.一种空气冷却燃料电池中的隔离板，其包括：一系列气流通道，每个通道都在所述隔离板的第一和第二相对边缘之间纵向延伸，每个通道都具有截面轮廓，所述截面轮廓在沿所述通道的长度的各个点处限定气流截面，并且所述通道的至少所选通道各自具有导热结构，所述导热结构在所述通道的所选中间纵向位置处延伸至所述通道截面中，所述位置设置在所述燃料电池的作用区域上方，以经由所述板在局部增强从所述作用区域到移动通过所述通道的气流的热传递。2.根据权利要求1所述的燃料电池隔离板，其中延伸至所述通道截面中的所述导热结构是散热片。3.根据权利要求1所述的燃料电池隔离板，其中延伸至所述通道截面中的所述导热结构是一个或多个凸起。4.根据权利要求1所述的燃料电池隔离板，其中延伸至所述通道截面中的所述导热结构是延伸至所述通道截面的高度或宽度的分隔壁。5.根据权利要求2或权利要求3所述的燃料电池隔离板，其中所述散热片或凸起的高度根据沿所述通道的所述长度的距离而变化。6.根据权利要求5所述的燃料电池隔离板，其中所述高度根据沿所述通道的所述长度的距离而增加。7.根据权利要求1所述的燃料电池隔离板，其中所述导热结构仅延伸至所述通道的第二纵向二分之一内的所述通道截...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗·詹姆斯·格尼，保尔·莱纳德·阿德科克，卡尔·克里斯蒂，莉蒂亚·乔西，西蒙·史蒂文森，克里斯托弗·科龙，
申请(专利权)人：智慧能量有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB