用于燃料电池的冷却板制造技术

用于燃料电池组件的隔离板(108；300；400；410)具有第一边缘(110、310)和第二相对边缘(111,311)。燃料电池隔离板限定在第一边缘与第二边缘之间纵向延伸的一系列气流通道(112,113,312,313,401,411)。这些气流通道可以是非线性气流通道，该非线性气流通道由与面对的通道壁中的对应凹部(321)相对的一系列连串的凸部(320)形成。一系列连串的凸部和凹部可以贯穿整个通道长度。一系列连串的凸部和凹部可以形成为具有振幅和频率的正弦波。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃料电池的冷却板
本公开在用于燃料电池的隔离板的领域中。具体地，本公开涉及用于向燃料电池的活性区域提供冷却和/或氧化剂气流的装置和方法。
技术介绍
在开放式阴极燃料电池堆中，气流被引导经过每个燃料电池的阴极侧以向每个燃料电池的膜电极组件(“MEA”)的阴极侧提供氧化剂。通常经由扩散层来提供氧化剂。为了横跨具有多个燃料电池的整个燃料电池堆实现到燃料电池的均匀气流，可以在堆的相对面之间横跨燃料电池堆并行提供气流。因此，可以横跨每个电池从电池的一个边缘到电池的相对边缘提供气流。一种实现横跨燃料电池堆的燃料电池的足够的气流速率的方法是通过波纹槽状阴极隔离板提供气流。这样的隔离板用于与燃料电池电解质的阴极侧形成电连接，并且用于提供横跨下部的(underlying)扩散层的气流的路径。隔离板可以横跨每个板的宽度限定一组流动通道，其中每个流动通道沿着每个板的长度延伸。一些燃料电池堆能够仅利用波纹槽状隔离板来冷却气流，并且单独提供阴极/氧化剂气流。为了获得燃料电池堆的最佳性能，期望横跨每个燃料电池的整个表面(既横向上跨过每个板的宽度，又纵向上沿着每个板的每个流动通道的长度)保持足够的冷却。使用额外的动力增加气流速率可能给整个电池组的性能造成寄生功耗，例如，驱动风扇所增加的电功率比经由改进的燃料电池输出所获得的功率更多。此外，为了获得最佳性能，横跨每个燃料电池的MEA的压缩必须足够高，以避免由于欧姆损耗而产生的较高的接触电阻和较低的效率。还期望横跨每个燃料电池的表面提供每个MEA的均匀压缩，以避免形成施加在MEA上的剪切应力，该剪切应力将由于MEA的针刺穿孔(pin-holing)而导致电池故障。贯穿整个燃料电池堆的压缩的均匀性对于电池堆的电气性能很重要，这受到整个电池堆的电气变化的限制，其中在一对端板之间承受数吨的压缩力时，堆中可以包含数十个或数百个燃料电池，重要的是无论在横向上跨过每个板的宽度还是纵向上沿着每个板的每个流动通道的长度都避免在制造和组装工艺期间引入任何变化或避免形成非均匀部件厚度，因为这些变化将在具有数十或数百个重复的部件层的整个燃料电池堆中导致均匀性问题。因此，需要用于燃料电池冷却的改进的板。本公开针对这些需求和其他重要需求。
技术实现思路
本公开提供了隔离板的各个方面，所述隔离板包括第一边缘和第二相对边缘。隔离板可以限定在隔离板的第一边缘与第二相对边缘之间纵向延伸的一系列气流通道。隔离板可以包括非线性气流通道，这些非线性气流通道由与面对的通道壁中的对应凹部相对的一系列连串的凸部形成。隔离板可以限定具有多个波纹槽(corrugation)的一系列气流通道，隔离板中的每个波纹槽包括限定气流通道的波峰和波谷，其中一对相邻的波峰之间或者一对相邻的波谷之间的间隔对应于通道宽度w，并且第一边缘与第二相对边缘之间的距离对应于通道长度l。一系列连串的凸部和凹部可以贯穿整个通道长度l。一系列连串的凸部和凹部可以形成为具有振幅hb和频率的正弦波。本公开提供空气冷却的燃料电池组件的各个方面，所述空气冷却的燃料电池组件包括阳极板、阳极侧扩散层、阳极垫片、膜电极组件(MEA)、阴极垫片、阴极侧扩散层、如本公开中所描述的隔离板以及一对垫片。本公开提供空气冷却的燃料电池堆组件的各个方面，所述空气冷却的燃料电池堆组件包括第一端板、如本公开中所描述的多个空气冷却的燃料电池组件和第二端板。多个空气冷却的燃料电池组件可以与第一边缘和第二边缘对准，并且与第一边缘一起形成燃料电池堆组件的入口面，并且与第二边缘一起形成燃料电池堆组件的出口面。本公开提供操作如本公开中所描述的空气冷却的燃料电池堆组件的方法的各个方面。这些方法可以包括提供空气流进入燃料电池堆组件的入口面中。如所附权利要求书中限定的，一般描述和以下详细描述仅是示例性和说明性的，并且不限制本公开。鉴于如本文所提供的本公开的详细描述，本公开的其他方面对于本领域技术人员将是显而易见的。附图说明当结合附图阅读时，将进一步理解本
技术实现思路
以及以下详细描述。为了说明本公开，在附图中示出本公开的示例性实施方式；然而，本公开不限于所公开的特定方法、成分和装置。在附图中，相同的附图标记在不同的视图中指示相应的部分。所有标注和注释通过引用并入本文，就如同在本文中进行充分阐述一样。另外，附图不一定按比例绘制。在附图中：图1示出燃料电池组件的部件的分解透视图的各方面；图2示出图1的燃料电池组件中的隔离板的透视图的各方面；图3示出本公开的隔离板的透视图的各方面；图4示出本公开的隔离板的透视图的各方面；图5A至图5B示出本公开的隔离板的各方面的示意性俯视图；图6示出来自本公开的隔离板的压缩测试的数据；图7示出来自本公开的隔离板的压缩测试的数据；和图8示出来自本公开的隔离板的刚度测试的数据。具体实施方式通过参考以下结合附图和示例的详细描述，可以更容易地理解本公开，并且附图和示例构成本公开的一部分。应当理解，本公开不限于本文描述和/或示出的特定装置、方法、应用、条件或参数，并且本文所使用的术语仅出于通过示例描述特定示例的目的，并非旨在限制要求保护的公开。而且，如在包括所附权利要求书的说明书中所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数，并且除非上下文明确指出，否则对特定数值的引用至少包括该特定值。如本文所用，术语“多个”是指多于一个。当表达值的范围时，另一示例包括来自一个特定值和/或至另一特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，将理解的是，特定值形成另一示例。所有范围都是包含性的和可组合的。应当理解，为清楚起见，本文在单独的示例的上下文中描述的本公开的某些特征也可以在单个示例性实施方式中组合提供。相反，为简洁起见，在单个示例性实施方式的上下文中描述的本公开的各种特征也可以单独地或以任何子组合方式提供。此外，在范围内陈述的值的引用包括该范围内的每个值。图1示出示例性空气冷却的燃料电池组件100的分解透视图。燃料电池组件100按相继的次序包括阳极板101、阳极侧扩散层102、阳极垫片103、膜电极组件(MEA)104、阴极垫片105、阴极侧扩散层106、波纹槽状阴极隔离板108和一对垫片109a、109b。波纹槽状阴极隔离板108具有第一边缘110和第二相对边缘111，并且限定一系列气流通道112、113(在本文中也被称为空气供应通道)，这些气流通道在隔离板108的第一边缘和第二相对边缘之间纵向延伸。在图1中，气流通道112和气流通道113被示意性地描绘为直通道，但是如本文中进一步描述的，在一些实施方式中可以使用其他通道轮廓。图1的燃料电池组件100可以以分层结构重复多次以形成燃料电池堆，例如，该燃料电池堆包括全部包含在一对端板之间的堆中的数十个甚至数百个电池。图2示出波纹槽状阴极隔离板108的一部分的放大视图。该隔离板具有第一面204和第二相对面205。板108具有一系列波纹槽201，其限定在第一边缘110和第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池隔离板(108；300；400；410)，其包括：/n第一边缘(110；310)，和/n第二相对边缘(111；311)，并且/n其中所述隔离板(108；300；400；410)限定在所述隔离板(108；300；400；410)的所述第一边缘与所述第二相对边缘之间纵向延伸的一系列气流通道(112,113；312,313；401；411)；/n其中所述隔离板(108；300；400；410)包括非线性气流通道，所述非线性气流通道由与面对的通道壁中的对应凹部(321)相对的一系列连串的凸部(320)形成。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180418 GB 1806346.11.一种燃料电池隔离板(108；300；400；410)，其包括：
第一边缘(110；310)，和
第二相对边缘(111；311)，并且
其中所述隔离板(108；300；400；410)限定在所述隔离板(108；300；400；410)的所述第一边缘与所述第二相对边缘之间纵向延伸的一系列气流通道(112,113；312,313；401；411)；
其中所述隔离板(108；300；400；410)包括非线性气流通道，所述非线性气流通道由与面对的通道壁中的对应凹部(321)相对的一系列连串的凸部(320)形成。


2.根据权利要求1所述的燃料电池隔离板(108；300；400；410)，其中：
所述隔离板限定具有多个波纹槽(201)的所述一系列气流通道，所述隔离板中的每个波纹槽(201)包括限定所述气流通道(112,113)的波峰(213)和波谷(214)；
一对相邻的波峰(213)之间或一对相邻的波谷(214)之间的间隔对应于通道宽度w；
所述第一边缘和所述第二相对边缘(110,111；310,311)之间的距离对应于通道长度l。


3.根据权利要求2所述的燃料电池隔离板(108；300；400；410)，其中：
所述一系列连串的凸部(320)和凹部(321)贯穿整个通道长度l。


4.根据任一前述权利要求所述的燃料电池隔离板，其中：
所述一系列连串的凸部(320)和凹部(321)被形成为具有振幅hb和频率的正弦波。


5.根据权利要求4所述的燃料电池隔离板，其中：
所述振幅hb是所述通道宽度w的约0.2倍、约0.3倍、约0.4倍、约0.5倍、约0.6倍、约0.7倍、约0.8倍、约0.9倍、约1.0倍、约1.1倍、约1.2倍、约1.3倍、约1.4倍或约1.5倍。


6.根据权利要求4或权利要求5所述的燃料电池隔离板，其中：
所述频率被选择为使得对于所述通道长度l存在所述正弦波的约1个、约2个、约2.5个、约3个、约3.5个、约4个、约4.5个、约5个、约5.5个、约6个、约6.5个、约7个、约7.5个或约8个完整周期。


7.根据权利要求4至6中任一项所述的燃料电池隔离板，其中：
所述频率被选择为使得所述正弦波的切线垂直于所述第一边缘和所述第二相对边缘。


8.根据权利要求4至6中任一项所述的燃料电池隔离板，其中：
所述气流通道的所述正弦波的所述切线从垂直于所述第一边缘和所述第二相对边缘起的偏移角度为约0度、小于约1度、小于约2度、小于约3度、小于约4度、小于约...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·克里斯蒂，C·J·格尼，H·J·卡玛兹恩，L·乔西，
申请(专利权)人：智能能源有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB