具有交叉联接通道的双极板制造技术

一种用于燃料电池堆中的双极板包括具有其上形成有第一组冷却剂通道的第一冷却剂端面的第一极板。第二极板具有其上形成有第二组冷却剂通道的第二冷却剂端面。所述第一冷却剂端面和第二冷却剂端面彼此相邻，从而与在第一冷却剂端面和第二冷却剂端面的区域上面的第一组冷却剂通道和第二组冷却剂通道断续地交叉联接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有交叉联接通道的双极板
本专利技术涉及燃料电池堆双极板，且更具体而言，涉及具有交叉联接通道的双极板。
技术介绍
在多种应用中，燃料电池系统越来越多地被用作电源。已提出在车辆中使用燃料电池推进系统以取代内燃机。燃料电池产生用以对蓄电池进行充电和/或为电马达供电的电力。固体-聚合物-电解质燃料电池包括被夹在阳极与阴极之间的聚合物电解质膜(PEM)。为了通过电化学反应产生电力，向阳极供给燃料，通常为氢(H2)，但也可以是甲烷(CH4)或甲醇(CH3OH)；且向阴极供给氧化剂，例如氧(O2)。氧源一般为空气。在第一半电池反应中，氢(H2)在阳极发生解离，生成氢质子(H+)和电子(e-)。该膜是质子传导的和介电的。结果是，质子被传输通过所述膜。电子流过被连接在所述膜两端的电负载(例如蓄电池或电马达)上。在第二半电池反应中，氧(O2)在阴极与氢质子(H+)进行反应，且电子(e-)被吸收以生成水(H2O)。双极板被设置在燃料电池堆中的燃料电池之间以有利于气体反应物的流动，从而在燃料电池中发生反应。双极板还有利于冷却剂流动通过燃料电池堆，以对燃料电池堆的温度进行调节。传统的双极板包括离散的或者互成角度进行布置的通道，所述通道限定出反应物和冷却剂流场。这种通道构造可引起冷却剂分布不均，从而导致在燃料电池堆中产生不均匀的温度曲线(即温度变化)。另外，双极板受到压缩载荷和产生应力的振动。因此，需要提供一种与常规技术相比性能增强的改进的极板设计。
技术实现思路
因此，本专利技术提供一种用于燃料电池堆中的双极板。所述双极板-->包括具有其上形成有第一组冷却剂通道的第一冷却剂端面的第一极板。第二极板具有其上形成有第二组冷却剂通道的第二冷却剂端面。所述第一冷却剂端面和第二冷却剂端面彼此相邻，从而与在第一冷却剂端面和第二冷却剂端面的区域上面的第一组冷却剂通道和第二组冷却剂通道断续地交叉联接。在一个特征中，所述第一组冷却剂通道限定出具有第一波幅和第一波长的第一波形。所述第二组冷却剂通道限定出具有第二波幅和第二波长的第二波形。所述第一组冷却剂通道的第一波形与所述第二组冷却剂通道的第二波形交织在一起。在另一个特征中，所述第一冷却剂端面上的第一组凸脊(land)与所述第二冷却剂端面上的第二组凸脊断续地接触，从而限定出断续的交界区域。所述第一极板和第二极板在断续的交界区域处结合在一起。在又一个特征中，所述第一极板包括在与第一冷却剂端面相对的端面上形成的第一流场。在又一个特征中，所述第二极板包括在与第二冷却剂端面相对的端面上形成的第二流场。通过在下文中提供的详细说明，本专利技术的其它适用领域变得更加明显。应该理解，所述详细描述和具体实例虽然表示的是本专利技术的优选实施例，但是其旨在用于示例性目的，而不是旨在用于限制本专利技术的范围。附图说明通过以下的详细说明并结合附图，本专利技术将会得到更加全面的理解，其中：图1是包括根据本专利技术的双极板的燃料电池堆的分解视图；图2是双极板中阴极板的反应气体侧的平面图；图3是双极板中阳极板的反应气体侧的平面图；图4是双极板中阴极板的冷却剂侧的平面图；图5是双极板中阳极板的冷却剂侧的平面图；图6是阳极板和阴极板中交叉联接的冷却剂通道的示意图；和图7是具有从阴极板中心切下的圆形剖面的一部分双极板的透视-->图。具体实施方式以下对优选实施例的描述本质上仅是示例性的且绝不是旨在限制本专利技术、其应用或使用。下面参见图1，图中示出了燃料电池堆的一部分。该燃料电池堆包括具有夹在双极板14之间的聚合物电解质膜(PEM)12的燃料电池10。扩散介质16被包含且被设置在PEM 12与双极板14之间。每块双极板14包括阴极侧18和阳极侧20。阳极反应物流过阳极侧20并且扩散通过用于在PEM 12两端进行反应的扩散介质16。阴极反应物流过阴极侧18并且扩散通过用于在PEM 12两端进行反应的扩散介质16。垫圈(图中未示出)被设置在双极板14与PEM 12之间，以密封流过阴极侧18和阳极侧20的流体流。下面参见图2-图7，对双极板14进行详细描述。双极板14包括阴极板22和阳极板24。特别是参见图2和图4，阴极板22包括具有由之字形阴极流动通道26限定出的阴极流场的阴极侧18。阴极流动通道被之字形凸脊28隔开。阴极板22还包括具有由之字形冷却剂流动通道32限定出的冷却剂流场的冷却剂侧30。相类似地，冷却剂流动通道被之字形凸脊34隔开。阴极板22包括在每一侧上形成的阴极进口和出口集管36。所述阴极进口和出口集管36引导阴极反应物流入阴极流动通道26中。阴极板22还包括冷却剂进口和出口集管38。所述冷却剂进口和出口集管38引导冷却剂流入冷却剂流动通道32中。特别是参见图3和图5，阳极板24包括具有由之字形阳极流动通道40限定出的阳极流场的阳极侧20。阳极流动通道40被之字形凸脊42隔开。阳极板24还包括具有由之字形冷却剂流动通道46限定出的冷却剂流场的冷却剂侧44。相类似地，冷却剂流动通道46被之字形凸脊48隔开。阳极板24包括在每一侧上形成的阳极进口和出口集管50。所述阳极进口和出口集管50引导阳极反应物流入阳极流动通道40中。阳极板24还包括冷却剂进口和出口集管52。所述冷却剂进口和出口集管52引导冷却剂流入冷却剂流动通道46中。如图中所示，所述阴极板22和阳极板24为冲压不锈钢板，从而-->使得反应气体通道26，40限定出冷却剂凸脊34，48且反应气体凸脊28，42限定出冷却剂通道32，46。所述阴极板22和阳极板24相邻叠置并且结合在一起从而形成双极板14。可通过多种方式实现所述阴极板22和阳极板24的结合，所述方式包括，但不限于粘合、硬钎焊、软钎焊和焊接方法。所述阴极板22和阳极板24进行叠置，从而使得冷却剂侧30，44彼此面对且紧密相邻。尽管所述阴极板22和阳极板24传统上为冲压不锈钢板，但是预期在此所述的流场设计可适用于用以生产所述阴极板22和阳极板24的多种方法和材料。因此，本专利技术不限于不锈钢板材成形。特别是参见图6和图7，所述阴极板22和阳极板24的冷却剂侧30，44分别对齐，从而使得冷却剂通道32，46彼此交织在一起。图7示出了具有从阴极板22上切下的圆形剖面的一部分双极板14。图中用实线示出了阴极板22上的冷却剂通道32，图中用假想线示出了阳极板24上的冷却剂通道46(参见图6)。相互间交织导致冷却剂通道32，46彼此以合成角α横交。合成角α可基于之字形冷却剂通道32，46的波长(L)或波幅(A)产生变化。通过使阴极板22上的冷却剂通道32中的一个转折与阳极板24上的冷却剂通道46中的一个转折相交叉且反之亦然，从而形成所述相互间的交织。按照这种方式，阴极板22上的冷却剂通道32之间的凸脊34与阳极板24上的冷却剂通道46之间的凸脊48在交界区域60中断续地相邻，如图中有阴影线的区域所示。所述阴极板22和阳极板24在断续的交界区域60处结合在一起。交界区域60限定出跨过阴极板22和阳极板24的用以传导电流通过燃料电池堆的导电点。如图中所示，所述阴极板22和阳极板24上的通道具有相同的几何构造(即波长、波幅和合成角)。然而，本专利技术预期阴极板22和阳极板24上的通道采用不同的几何构造。进一步预期，在阴极板22和阳极板24上的所述通道的波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池堆中的双极板，包括：　　　　具有其上形成有第一组冷却剂通道的第一冷却剂端面的第一极板；和　　　　具有其上形成有第二组冷却剂通道的第二冷却剂端面的第二极板，其中所述第一冷却剂端面和第二冷却剂端面彼此相邻，从而与在所述第一冷却剂端面和第二冷却剂端面的区域上面的所述第一组冷却剂通道和第二组冷却剂通道断续地交叉联接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-1-9 10/755,1281、一种用于燃料电池堆中的双极板，包括：具有其上形成有第一组冷却剂通道的第一冷却剂端面的第一极板；和具有其上形成有第二组冷却剂通道的第二冷却剂端面的第二极板，其中所述第一冷却剂端面和第二冷却剂端面彼此相邻，从而与在所述第一冷却剂端面和第二冷却剂端面的区域上面的所述第一组冷却剂通道和第二组冷却剂通道断续地交叉联接。2、根据权利要求1所述的双极板，其中所述第一组冷却剂通道限定出具有第一波幅和第一波长的第一波形。3、根据权利要求2所述的双极板，其中所述第二组冷却剂通道限定出具有第二波幅和第二波长的第二波形。4、根据权利要求3所述的双极板，其中所述第一组冷却剂通道的所述第一波形与所述第二组冷却剂通道的所述第二波形交织在一起。5、根据权利要求1所述的双极板，其中所述第一冷却剂端面上的第一组凸脊与所述第二冷却剂端面上的第二组凸脊断续地接触，从而限定出断续的交界区域。6、根据权利要求5所述的双极板，其中所述第一极板和所述第二极板在所述断续的交界区域处结合在一起。7、根据权利要求1所述的双极板，其中所述第一极板包括在与所述第一冷却剂端面相对的端面上形成的第一流场。8、根据权利要求1所述的双极板，其中所述第二极板包括在与所述第二冷却剂端面相对的端面上形成的第二流场。9、一种燃料电池堆，包括：聚合物电解质膜(PEM)；和设置在所述聚合物电解质膜的第一侧上的第一双极板和设置在所述聚合物电解质膜的第二侧上的第二双极板，其中所述第一和第二双极板中的至少一块包括：具有其上形成有第一组冷却剂通道的第一冷却剂端面的阴极板；和具有其上形成有第二组冷却剂通道的第二冷却剂端面的阳极板，其中所述第一冷却剂端面和第二冷却剂端面彼此相邻，从而与在所述-->第一冷却剂端面和第二冷却剂端面的区域上面的所述第一组冷却剂通道和第二组冷却剂通道断续地交叉联接。10、根据权利要求9所述的燃料电池堆，其中所述第一组冷却剂通道限定出具有第一波幅和第一波长的第一波形。11、根据权利要求10所述的燃料电池堆，其中所述第二组冷却剂通道限定出具有第二波幅和...

【专利技术属性】
技术研发人员：MJ伯伊特尔，LC怀特赫德，JA洛克，MD卡特赖特，
申请(专利权)人：通用汽车公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]