带有偏移特征的双极板制造技术

披露了一种用于ＰＥＭ燃料电池的双极板（７０）。所述极板包括多条通道（６２），其中所述通道的端部交错排列。所述极板还包括多条流道（８８），其中所述流道的端部交错排列。所述极板进一步包括阴极和阳极，其中一部分阴极悬于一部分阳极之上。这些交错排列／偏置特征使得能够增大从其中流动通过的水滴的毛细管弯月面，使得能够减小使水流过所述电池并且排出到达电池堆的集管容积中所需的压力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有偏移特征的双极板
本专利技术主要涉及PEM燃料电池，特别是涉及结合了用于增强水管理的交错排列特征(features)的PEM燃料电池双极板。
技术介绍
燃料电池包括三个部件，即：阴极、阳极和被夹在阴极与阳极之间且仅通过质子的电解质。每一个电极的一侧上典型地涂覆有催化剂。在运行过程中，阳极上面的催化剂将氢分解成电子和质子。电子作为电流自阳极通过电力负载(例如驱动马达)随后被分配至阴极，而质子自阳极通过电解质迁移至阴极。阳极上面的催化剂使质子与从电力负载(例如驱动马达)返回的电子和空气中的氧相结合从而形成水。单个燃料电池可以串联叠置在一起，从而产生更大量的电力(即电压)。在聚合物电解质膜(PEM)燃料电池中，聚合物电极膜在阴极与阳极之间用作电解质。当前在燃料电池应用中所使用的聚合物电极膜需要具有一定的湿度以利于进行质子的传导。因此，通过湿度-水管理保持膜中具有适当的湿度对于燃料电池进行正常(或最优化)工作和延长燃料电池的耐久性(寿命)而言是所希望的。为了防止被供应至所述电极的氢气和氧气发生泄漏并且为了防止所述气体发生混合，在电极周边布置气体密封材料和垫圈，而将聚合物电解质膜夹在其间。密封材料和垫圈与电极和聚合物电解质膜一起被组装形成单个部件，从而形成膜电极组件(MEA)。在膜电极组件的外侧设置了用于机械紧固膜电极组件并且串联电连接相邻的膜电极组件的导电隔板。隔板被设置与膜电极组件相接触的部分上设有用于将氢或氧燃料气体供应至电极表面且除去生成的水的气体通路。由于在燃料电池工作过程中会产生大量的作为电化学反应副产物的水，因此在汽车燃料电池中存在液体水是典型的。另外，燃料电池膜中的水产生饱和可能是由于温度、相对湿度、运行和关闭状态发生快速变化而导致产生的。膜的过度水化可能会导致产生溢流、膜发生-->过度膨胀且在燃料电池堆中形成差压梯度。电池性能受到形成液体水或离子交换膜的水化作用的影响。水管理和反应物分布主要影响燃料电池的性能和耐久性。由于水管理较差而导致形成的电池劣化和传质损失依然是汽车和其它一些应用中的关注点。所述膜长时间暴露于液体水中还可导致产生不可逆的材料降解。水管理策略如压降(例如气体流速和/或膜两端的压降)、温度梯度和逆流运行已得到实施并且已被发现，特别是在大电流密度条件下，在一些程度上改进了传质。然而，良好的水管理对于燃料电池堆的最佳性能和耐久性而言依然是所需要的。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施例，本专利技术提供一种用于燃料电池中的双极板。所述双极板包括位于所述极板上面且端部交错排列的多条通道。根据本专利技术的另一个实施例，本专利技术提供一种用于燃料电池中的双极板。所述双极板包括位于所述极板上面且端部交错排列的多条流道。根据本专利技术的又一个实施例，本专利技术提供一种用于燃料电池中的双极板。所述双极板包括阳极板。所述双极板进一步包括阴极板。阳极板和阴极板中的一块极板的一部分分别悬于阳极板和阴极板中的另一块极板的一部分之上。根据本专利技术的一个方面，提供一种燃料电池，所述燃料电池包括：包含至少两条在所述极板表面上形成的通道的燃料电池双极板，其中所述通道包括端部部分，其中所述端部部分相对于彼此交错进行布置。根据本专利技术的另一个方面，提供一种燃料电池，所述燃料电池包括：(1)包含至少两条在所述极板表面上形成的通道的燃料电池双极板，其中所述通道包括端部部分，其中所述通道的所述端部部分相对于彼此交错进行布置；和(2)至少两条在所述极板的所述表面上形成的流道，其中所述流道包括端部部分，其中所述流道的所述端部部分相对于彼此交错进行布置。根据本专利技术的又一个方面，提供一种燃料电池，所述燃料电池包括：(1)包含至少两条在所述极板表面上形成的通道的燃料电池双极-->板，其中所述通道包括端部部分，其中所述通道的所述端部部分相对于彼此交错进行布置；(2)至少两条在所述极板的所述表面上形成的流道，其中所述流道包括端部部分，其中所述流道的所述端部部分相对于彼此交错进行布置；(3)阳极部分；和(4)阴极部分，其中所述阳极部分或所述阴极部分中的任一个的一部分悬于所述阳极部分或所述阴极部分中的任一个的另一部分之上。从下文提供的详细描述中将易于理解本专利技术的其它可应用领域。应该理解，尽管通过详细描述和特定实例示出了本专利技术的优选实施例，但它们仅旨在用于说明的目的且不旨在限制本专利技术的范围。附图说明通过详细描述和附图将更充分地理解本专利技术，其中：图1是根据本专利技术的一般教导的PEM燃料电池堆的分解示意图；图2是根据本专利技术的一般教导的局部不完整的双极板的平面图；图3是根据本专利技术的一般教导的图2中所示区域3的放大视图；图4是根据本专利技术的一般教导的局部不完整的双极板的剖面视图；图5是根据本专利技术的一般教导的局部不完整的双极板的平面图；和图6是根据本专利技术的一般教导的沿图5中线6-6进行截取的剖面视图。具体实施方式对优选实施例进行的下列描述在本质上仅是示例性的且绝不旨在限制本专利技术、其应用或使用。参见图1，图中示意性地示出了具有一对通过无孔导电双极隔板8彼此隔开的膜电极组件(MEA)4，6的部分PEM燃料电池堆。膜电极组件4，6与隔板8在夹板10，12与单极隔板14，16之间被叠置在一起。夹板10，12可包含多种材料，例如但不限于金属，例如但不限于不锈钢。隔板8，14，16各自包括具有在极板面上形成的多条通道用于将燃料和氧化剂气体(即H2和O2)分配至膜电极组件4，6的反应面的流场18，20，22，24。不导电的垫圈或密封件26，28，30，32密封-->和电绝缘燃料电池堆中的隔板8，14，16。初级集流器34，36，38，40由压靠在膜电极组件4，6的反应面上的多孔气体可透过的导电板片形成。初级集流器34，36，38，40特别是在膜电极组件4，6未受支承地跨过流场中的流动通道的部位处还对膜电极组件4，6提供机械支承。适合的初级集流器包括碳/石墨纸/布、细筛孔贵金属筛、开室贵金属泡沫材料等，所述这些材料传导来自电极的电流，同时允许燃料和氧化剂气体从其中流过，并且允许进行液体水和水蒸气的传输。隔板14，16分别压靠在初级集流器34，40上，而隔板8压靠在位于膜电极组件4阳极面上的初级集流器36和位于膜电极组件6阴极面上的初级集流器38上。氧从贮罐46通过适当的供应管路42被供应至燃料电池堆的阴极侧，而氢从贮罐48通过适当的供应管路44被供应至燃料电池的阳极侧。可以取消O2贮罐46且空气由周围环境中被供应至阴极侧，可以取消H2贮罐48且氢从由液态或气态烃(例如甲醇、天然气或汽油)催化产生氢的重整系统中被供应至阳极。在膜电极组件4，6的H2和O2/空气侧设置排气管路(图中未示出)，用于除去来自阳极流场的贫H2的阳极气体和来自阴极流场的贫O2的阴极气体(以及从两种流中除去副产物H2O)。设置附加管路50，52，54用以使液体冷却剂可根据需要循环通过极板8，14，16。众所周知的是，在燃料电池堆中阴极侧处，燃料电池在催化剂层中产生水。水必须从电极中排出。典型地，水通过元件或双极板8中的多条通道而排出电极。典型地，空气流过所述通道并且推动水通过所述通道。可能存在的问题是：所述水在通道中形成水栓，且空气不能到达电极。当出现这种现象时，位于水栓附近的催化剂层将不起作用。当形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池，包括：包含至少两条在所述极板表面上形成的通道的燃料电池双极板；其中所述通道包括端部部分；其中所述端部部分相对于彼此交错进行布置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-9-3 60/607,1141、一种燃料电池，包括：包含至少两条在所述极板表面上形成的通道的燃料电池双极板；其中所述通道包括端部部分；其中所述端部部分相对于彼此交错进行布置。2、根据权利要求1所述的发明，进一步包括在所述极板的所述表面上形成的多条通道。3、根据权利要求2所述的发明，其中所述各条通道包括端部部分。4、根据权利要求3所述的发明，其中所述端部部分相对于彼此交错进行布置。5、根据权利要求1所述的发明，进一步包括至少两条在所述极板的所述表面上形成的流道；其中所述流道包括端部部分；其中所述端部部分相对于彼此交错进行布置。6、根据权利要求5所述的发明，进一步包括在所述极板的所述表面上形成的多条流道。7、根据权利要求6所述的发明，其中所述各条流道包括端部部分。8、根据权利要求7所述的发明，其中所述端部部分相对于彼此交错进行布置。9、根据权利要求1所述的发明，其中所述极板进一步包括：阳极部分；和阴极部分；其中所述阳极部分或所述阴极部分中的任一个的一部分悬于所述阳极部分或所述阴极部分中的任一个的另一部分之上。10、一种燃料电池，包括：包含至少两条在所述极板表面上形成的通道的燃料电池双极板；其中所述通道包括端部部分；其中所述通道的所述端部部分相对于彼此交错进行布置；和至少两条在所述极板的所述表面上形成的流道；其中所述流道包括端部部分；其中所述流道的所述端部部分相对于彼此交错进行布置。11、根据权利要求10所述的发明，进一步包括在所述极板的所述-->表面上形成的多条通道。12、根据权利要求11所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M伯伊特尔，DJ达加，
申请(专利权)人：通用汽车公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]