用于燃料电池的反应物输送的模压桥接件以及板制造技术

本发明专利技术公开了一种限定燃料电池板上的集管和流场之间流路的模压桥接。该桥接件提供了密封件可以定位于其上的支撑表面以便将板密封到相邻板或ＭＥＡ上。燃料电池板可以是带有其上分别具有流场的两个表面的模压板。流场保持在板的单个表面上的供给集管和返回集管之间流动的流体。该流场的端部相对供给开孔和返回开孔变窄以便提供经流场的所需流分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃料电池的反应物输送的模压桥接件以及板
本专利技术涉及燃料电池，并且更具体地涉及其上具有流场的模压板以及提供密封支撑表面和提供用于燃料电池的板上的集管(header)和流场之间的反应物输送的流路的模压桥接件。
技术介绍
燃料电池已经在许多应用中用来作为动力源。例如，已经提议将燃料电池用在电动车动力设备中以取代内燃机。在质子交换膜(PEM)类型的燃料电池中，氢气供给到燃料电池的阳极，而氧气作为氧化剂供给到阴极。PEM燃料电池包括膜电极组件(MEA)，其包括一面上具有阳极催化剂而在反面上具有阴极催化剂的薄的透质子的不导电固态聚合物电介质膜。MEA夹在一对无孔导电元件或板之间，该元件(1)作为阳极和阴极的集流器，并且(2)包含形成于其内的用于将燃料电池的气态反应物分配到相应阳极和阴极催化剂表面上方的适当通道和/或开口。术语”燃料电池”通常依据情况用来指单个电池或者多个电池(堆栈)。多个单个电池通常捆扎在一起以便形成燃料电池堆栈，并且一般配置成电串联。堆栈内的各电池包括上述膜电极组件(MEA)，并且各MEA分别提供其电压增量。堆栈内的相邻电池的群组被称为簇(cluster)。在PEM燃料电池中，氢气(H2)是阳极反应物(即，燃料)，而氧气是阴极反应物(即，氧化剂)。氧气可以是纯净形式(O2)或者是空气(O2和N2的混合物)。固体聚合物电解质通常由离子交换树脂(例如，全氟磺酸)制成。阳极/阴极通常包括细分的催化微-->粒，该微粒经常支撑于碳微粒上并且与导质子的树脂混合。该催化微粒通常是贵重的金属微粒。由于这些MEA制造相对昂贵并且需要特定的条件，包括适当的水管理和湿度，以及催化剂污损组分例如一氧化碳碳(CO)，以便进行有效操作。夹层MEA的导电板可以包含位于其表面的限定用于在相应阴极和阳极表面上分配燃料电池的气态反应物(即，氢气和氧气)或冷却剂的流场的沟槽阵列。这些反应物流场一般包括其间限定多个流动通道的多个槽脊，气态反应物经该通道从位于流动通道一端的供给集管流到位于流动通道相对端的排气集管。流到流场的流体通过板上的开口以使流体沿板两面的一部分流动。然而，流体经开口的流动导致代表不希望的能量损失的压降。通常，非导电性垫圈或密封件在燃料堆栈的几个板之间提供密封和电绝缘。此外，密封件为气态反应物提供从供给集管到相应阳极和阴极流场表面的流路。传统上，密封件包括模制的顺从材料，例如橡胶。然而，由于需要几分钟的固化时间以及将松软的密封件迅速并准确地放在板上的难度，成型的橡胶密封件不适于大量制造。此外，由于在流场和集管之间的单片板部分上缺少密封件支撑零件，成型的橡胶密封件不适于与单片导电板一起使用。
技术实现思路
本专利技术针对限定燃料电池板的集管和流场之间流路的模压桥接件。根据本专利技术原理的桥接件还提供了密封件可以定位于其上以便将该板相对相邻板或MEA密封的支撑表面。本专利技术还针对一种在两个表面上具有保持在板的单个表面上的供给集管和返回集管之间流动的流体的流场的模压板。根据本专利技术原理的燃料电池包括至少一个具有其上带有流场的流场部分的板。该流场沿板的表面导引流体。还存在至少一个具有至少一个流体经其流动的开孔的集管部分。存在包围开孔并密封到-->板的表面的至少一个桥接件。该桥接件具有流体经其在开孔和流场之间流动的多个通路。在另一方面，根据本专利技术原理的燃料电池包括具有其上带有流场的流场部分的板。该流场沿板的表面导引流体。存在至少一个具有至少一个流体经其流动的开孔的集管部分。流场的端部的一部分还沿该表面远离开孔变细。流场的该部分端部与开孔之间的距离沿表面改变。在根据本专利技术原理的另一方面，一种燃料电池包括至少一个具有相对的第一和第二表面的板。该板具有供给集管部分和返回集管部分。各表面具有流场部分。在供给集管部分中存在多个用于将流体供给到板的供给开孔。在返回集管部分中还存在多个用于接收由供给开孔供给到板的流体的返回开孔。存在位于第一表面的流场部分上的第一流场。第一流场导引第一流体横穿第一表面。第一流场具有多个由槽脊分隔的通道并且第一流体流经这些通道。存在位于第二表面的流场部分上的引导第二流体横穿第二表面的第二流场。第二流场具有多个由槽脊分隔的通道，并且第二流体流经这些通道。该第一流场的通道和槽脊分别形成第二流场的槽脊和通道，这导致第二流场是第一流场的倒转(inverse)。第一和第二流体在供给开孔和返回开孔之间流动时分别保持在第一和第二表面上。通过下文提供的详细描述，本专利技术的适用性的其它方面显而易见。应该理解，尽管指出了本专利技术的优选实施例，但详细描述以及特定实例倾向于仅出于说明目的，并不倾向于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全面地理解本专利技术，其中：图1是根据本专利技术原理的燃料电池堆栈的分解图；图2是组合的MEA的分解图；图3A和图3B是根据本专利技术原理的A板的两个表面的平面图；-->图4A和图4B是根据本专利技术原理的B板的两个表面的平面图；图5A-图5D分别是阴极桥接件、冷却剂桥接件、阳极桥接件以及无流动阳极桥接件的平面图；图6A-图6C分别是图5A的阴极桥接件沿线6A-A、线6B-6B以及线6C-C的截面图；图7A是根据本专利技术原理的燃料电池堆栈的平面图；图7B是图7A的燃料电池堆栈沿线7B-7B的截面图；以及图7C是图7A的燃料电池堆栈沿线7C-7C的截面图。具体实施方式以下优选实施例的描述实质上仅是示范性的，并且决不倾向于限制本专利技术、其应用或使用。图1描述根据本专利技术原理的燃料电池堆栈20的分解图。堆栈20由以重复顺序配置的两种不同的板组成。具体说来，燃料电池堆栈20具有以重复顺序配置的多个A板22和多个B板24以便形成彼此堆叠在顶部的燃料电池。板22、24是无孔导电板。存在定位于相邻板22、24之间的组合MEA 26。如图2所示，各组合MEA 26包括MEA28、一对垫圈30以及一对扩散介质片32。MEA 28定位在垫圈30之间，垫圈30是在燃料电池堆栈的若干板之间提供密封和电绝缘的非导电性垫圈。扩散介质片32定位在MEA20的主面上以便覆盖其活性面。扩散介质片32是紧压在MEA 28的电极面上并作为电极的主要集流器的多孔透气导电片。扩散介质片32还为MEA 28提供机械支撑，特别是在否则MEA 28在流场没有支撑的位置。适当的扩散介质片32包括碳/石墨、纸/布、细网孔贵金属屏、开孔贵金属泡沫以及从电极传导电流同时允许气体经其通过的类似材料。MEA28、垫圈30和扩散介质片32预先组装到一起以便形成用于相邻板22、24之间以便形成燃料电池堆栈20的组合MEA 26。板22、24以特定顺序配置以使A板22的第一表面34始终面向-->组合MEA 26，并且阴极反应物气体在第一表面34和组合MEA 26之间流动。A板22的第二表面面向组合MEA 26(在阳极反应物气体在第二表面36和组合MEA 26之间流动的情况下)或者面向B板24的第一表面38(在冷却剂在A板22的第二表面36和B板24的第一表面36之间流动的情况下)。当A板22的第二表面36面向B板24的第一表面38时，两个板形成从定位在冷却剂板的外表面上的组合MEA 26去除热量的双极冷却剂板39。B板24配置成使得第一表面38始终面向A板22的第二表面3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池内的隔离板组件，包括：板，所述板具有边缘以及形成于所述板的表面内的流场，所述边缘带有经其形成的开孔；以及桥接件，与所述边缘密封接触并包围所述开孔以便在所述开孔周围提供突起的表面，所述桥接件具有一组形成于其中的端口以便在所述边缘和所述突起表面之间提供从所述开孔到所述流场的流体连通。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-8-12 10/917,0661.一种用于燃料电池内的隔离板组件，包括：板，所述板具有边缘以及形成于所述板的表面内的流场，所述边缘带有经其形成的开孔；以及桥接件，与所述边缘密封接触并包围所述开孔以便在所述开孔周围提供突起的表面，所述桥接件具有一组形成于其中的端口以便在所述边缘和所述突起表面之间提供从所述开孔到所述流场的流体连通。2.根据权利要求1所述的隔离板组件，其特征在于：所述桥接件包括在所述边缘和所述突起表面之间延伸的外围壁，所述端口组形成在所述外围壁内。3.根据权利要求2所述的隔离板组件，其特征在于：所述桥接件进一步包括从所述外围壁延伸并与所述表面密封接触的密封表面。4.根据权利要求1所述的隔离板组件，其特征在于：所述桥接件进一步包括形成在所述突起表面内以便提供与所述边缘接触的局部凹陷区域的卷折结构，由此为所述桥接件提供支撑，同时允许其间的流体连通。5.根据权利要求1所述的隔离板组件，其特征在于：所述边缘包括经其形成的第二开孔以便提供经所述板的流体连通，所述桥接件的一部分包围所述第二开孔以便将所述流场相对所述第二开孔进行密封。6.根据权利要求1所述的隔离板组件，其特征在于：所述边缘包括形成于其内的与所述桥接件相邻的密封表面，所述密封表面和所述突起表面平放在大致平行并间隔于所述板的所述表面的平面内。7.根据权利要求6所述的隔离板组件，其特征在于：所述密封-->表面具有形成于其内的第二开孔以便提供经所述板的流体连通。8.根据权利要求7所述的隔离板组件，其特征在于：进一步包括设置在与所述流场相反的所述板的表面上的密封件，所述密封件包围所述第二开孔并与所述板密封接触。9.根据权利要求8所述的隔离板组件，其特征在于：所述密封件包括与所述板密封接触的第二桥接件。10.一种燃料电池，包括至少一个根据权利要求1所述的隔离板组件。11.一种用于燃料电池中的隔离板组件，包括：板，具有带经其形成的入口开孔的入口边缘，带经其形成的返回开孔的返回边缘以及形成于所述板的表面的流场；入口桥接件，与所述入口边缘密封接触并包围所述入口开孔以便在所述入口开孔周围提供第一突起表面，所述入口桥接件具有一组形成于其内的入口端口以便在所述入口边缘和所述第一突起表面之间提供从所述入口开孔到所述流场的流体连通；以及返回桥接件，与所述返回边缘密封接触并包围所述返回开孔以便在所述返回开孔周围提供第二突起表面，所述返回桥接件具有一组形成于其中的返回端口以便在所述返回边缘和所述第二突起表面之间提供从所述流场到所述返回开孔的流体连通。12.根据权利要求11所述的隔离板组件，其特征在于：所述入口桥接件和所述返回桥接件均包括在所述边际边缘和所述突起表面之间延伸的外围壁，所述端口组形成在所述外围壁内。13.根据权利要求12所述的隔离板组件，其特征在于：所述入口桥接件和所述返回桥接件均进一步包括从所述外围壁延伸并与所述表面密封接触的密封表面。14.根据权利要求11所述的隔离板组件，其特征在于：所述入口桥接件和所述返回桥接件均进一步包括形成于所述突起表面内以便提供与所述边缘接触的局部凹陷区域的卷折结构，由此为所述入-->口和返回桥接件的各桥接件提供支撑，同时允许其间的流体连通。15.根据权利要求11所述的隔离板组件，其特征在于：所述入口边缘包括经其形成的第二入口开孔以便提供经所述板的流体连通，所述入口桥接件的一部分包围所述第二入口开孔以便相对所述第二入口开孔密封所述流场。16.根据权利要求15所述的隔离板组件，其特征在于：所述返回边缘包括经其形成的第二返回开孔以便提供经所述板的流体连通，所述返回桥接件的一部分包围所述第二返回开孔以便相对所述第二返回开孔密封所述流场。17.根据权利要求11所述的隔离板组件，其特征在于：所述入口边缘包括形成于其内与所述入口桥接件相邻的密封表面，所述密封表面和所述第一突起表面平放在大致平行并间隔于所述板的所述表面的平面内。18.根据权利要求17所述的隔离板组件，其特征在于：所述密封表面具有经其形成的第二入口开孔以便提供经所述板的流体连通。19.根据权利要求18所述的隔离板组件，其特征在于：进一步包括设置在与所述流场相反的所述板的表面上的密封件，所述密封件包围所述第二入口开孔并与所述板密封接触。20.根据权利要求19所述的隔离板组件，其特征在于：所述密封件包括与所述板密封接触的第二入口桥接件。21.根据权利要求11所述的隔离板组件，其特征在于：所述返回边缘包括形成于其内与所述返回桥接件相邻的密封表面，所述密封表面和所述第二突起表面平放在大致平行并间隔于所述板的所述表面的平面内。22.根据权利要求21所述的隔离板组件，其特征在于：所述密封表面具有形成于其内的第二返回开孔，以便提供经所述薄板的流体连通。-->23.根据权利要求22所述的隔离板组件，其特征在于：进一步包括设置在与所述流场相反的所述板的表面上的密封件，所述密封件包围所述第二返回开孔并与所述板密封接触。24.根据权利要求23所述的隔离板组件，其特征在于：所述密封件包括与所述板密封接触的第二返回桥接件。25.一种燃料电池，包括至少一个根据权利要求11所述的隔离板组件。26.一种用于燃料电池中的双极板组件，包括：板，所述板具有带经其形成的第一开孔和第二开孔的第一边缘，形成于所述板的第一表面内的第一流场以及形成于所述板的第二表面内的第二流场；第一桥接件，与所述第一表面上的所述第一边缘密封接触并包围所述第一开孔以便在所述第一开孔周围提供第一突起表面，所述第一桥接件具有形成于其内的第一组端口以便在所述第一边缘和所述第一突起表面之间提供从所述第一开孔到所述第一流场的流体连通；以及第二桥接件，与所述第二表面上的所述第一边缘密封接触并包围所述第二开孔以便在所述第二开孔周围提供第二突起表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：JA洛克，SC奥夫斯拉格，
申请(专利权)人：通用汽车公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]