流体引导组件制造技术

一种用于燃料电池的流体引导组件包括通道结构(720)和布置在该通道结构(720)上的气体扩散层(5)，通道结构(720)限定从通道结构(720)的第一端延伸到相反的第二端的流场通道(72)，其中，通道结构(720)的两端布置有在通道结构(720)的整个宽度上延伸的多孔分配件(73)。(73)。(73)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】流体引导组件


[0001]本专利技术涉及一种流体引导组件，特别是用于在燃料电池中引导气体和液体。

技术介绍

[0002]燃料电池是替代基于化石燃料工作的发电机的主要候选之一，并且它们可以用于若干应用，包括移动应用和固定应用。一种这样的燃料电池是在70℃
‑
80℃工作的质子电解质膜(PEM)燃料电池。堆叠组件中的各个电池包括电解质(通常为薄膜)、位于阳极侧的催化剂层和位于阴极侧的催化剂层，其中，该组件被称为膜电极组件(MEA)。燃料(通常为氢气)和氧化剂(通常为空气)穿过各层，在各层中发生电化学反应，以产生电力，其中水为副产物。通常存在由多孔碳纤维制成的气体扩散层(GDL)，该气体扩散层夹在MEA与流场(FF)板之间，该流场板具有用于均匀分布气体的特殊流动通道。在催化剂层上产生的水穿过GDL直到它到达气体通道，在该气体通道，所述水被推出电池。在过去几年中已经广泛研究了燃料电池中的相变以及水和热管理，并且在这方面已经提交了若干专利。然而，仍然存在简化、紧凑、降低成本和容易制造的挑战。可以利用简单的示例来解释现有技术燃料电池技术的局限性。专利申请US9947943涉及(主要)用于基于金属板的汽车应用的燃料电池组的设计和生产。在电池间距为约1.1mm的各个电池上考虑约300cm2的活性区域。各个电池的厚度主要由板的厚度决定。因此，受到冲压技术的限制。为了向市场提供更具竞争力的产品，重要的是增加该堆叠体的“体积功率密度”并且使它们更紧凑。利用用于金属板的现有冲压技术和用于石墨板的压缩/注射模制，这是不可能的，因此应该寻求其它生产手段。例如，在US20190242021和US20150118595中公开了这种流动结构的示例。

技术实现思路

[0003]在本专利技术中，要解决的问题是提供允许生产更薄的燃料电池的流体引导组件。另外，这些燃料电池应当具有简单的设计并且应当易于制造。
[0004]该问题通过具有权利要求1的特征的流体引导组件来解决。流体引导组件、流场结构和燃料电池及其制造方法的另外的实施方式由另外的权利要求的特征限定。
[0005]根据本专利技术的用于燃料电池的流体引导组件包括通道结构和布置在该通道结构上的气体扩散层。通道结构限定从通道结构的第一端延伸到相反的第二端的流场通道。多孔分配件(distributor)布置在通道结构的两端，在通道结构的整个宽度上从通道结构的第一横向侧延伸到通道结构的相反的第二横向侧。
[0006]利用这种设计，可以减小流体引导组件的厚度，从而减小使用流体引导组件的燃料电池的厚度。可以实现几乎50％的厚度减小，同时提高了电池的性能。另外，流体引导组件的气体扩散和传热速率显著增加。而且，这种组件的生产成本较低，因此，具有这种组件的燃料电池的生产成本较低。
[0007]在一个实施方式中，分配件形成为单件并且具有介于10％至90％之间的孔隙度。在另外的实施方式中，孔隙度在50％至80％之间变化。
[0008]在一个实施方式中，孔隙度在分配件的宽度上变化，即，当流体引导组件被引入燃料电池中时，对应歧管附近的孔隙度低于离该对应歧管更远的孔隙度。例如，如果歧管分配在一个横向侧上，则此处的孔隙度最小，并且在相反的横向侧上孔隙度最高。如果歧管分配在中部，则孔隙度在两个横向侧上最高，而在中部最小。
[0009]在一个实施方式中，分配件的长度在流场通道的(即，通道结构的)长度的1％至10％的范围内。
[0010]在一个实施方式中，分配件的长度在0.1毫米至20毫米的范围内。在另外的实施方式中，分配件的长度在1毫米至10毫米的范围内。
[0011]在一个实施方式中，分配件的高度等于通道结构的高度。
[0012]在一个实施方式中，分配件的高度小于通道结构的高度。
[0013]在一个实施方式中，分配件的高度等于扩散层的高度和通道结构的高度之和。
[0014]在一个实施方式中，分配件的高度大于通道结构的高度。
[0015]在一个实施方式中，分配件的高度在50微米至400微米的范围内。在另外的实施方式中，分配件的高度在200微米至400微米的范围内。
[0016]在一个实施方式中，流动通道结构与分配件彼此永久地连接。
[0017]在一个实施方式中，气体扩散层、流动通道结构和分配件彼此永久地连接。该永久连接可以通过涂覆、按压或热按压来实现。
[0018]在一个实施方式中，分配件包括具有开孔泡沫、孔图案和狭缝图案的组中的至少一者。
[0019]在一个实施方式中，分配件包括圆形的、椭圆形的或有角度的孔。
[0020]在一个实施方式中，分配件包括直的、弯曲的或成一角度的狭缝。
[0021]在一个实施方式中，分配件由金属、塑料或树脂或其组合制成。
[0022]在一个实施方式中，通道结构包括直的、蛇形的或相互交叉的流场通道。
[0023]在一个实施方式中，通道结构和分配件一体地形成为单件。
[0024]流体引导组件的上述实施方式的特征可以以任何组合使用，除非它们彼此矛盾。
[0025]根据本专利技术的流场结构包括根据前述实施方式中的任一者所述的流体引导组件和具有用于接收流体引导组件的凹部的隔板。流场结构还包括歧管和分配通道，以在通道结构的第一端将气体供应到分配件并且在通道结构的第二端从分配件收集气体。
[0026]根据本专利技术的燃料电池包括由两个根据前述实施方式所述的流场结构支撑的至少一个膜电极组件。
[0027]在一个实施方式中，燃料电池包括两个集电板(current collector plate)和两个背板，其中，一个集电板布置成与各个流场结构相邻，并且其中，一个背板布置成与各个集电板相邻。
[0028]在另外的实施方式中，两个背板由夹紧元件支撑。
[0029]一种制造根据本专利技术的流体引导组件的方法包括以下步骤：
[0030]‑
提供通道结构；
[0031]‑
在通道结构的两端提供多孔分配件；以及
[0032]‑
在通道结构上提供气体扩散层。
[0033]在一个实施方式中，所述方法包括以下步骤：
[0034]‑
将通道结构与两个分配件彼此永久地连接。
[0035]在一个实施方式中，所述方法包括以下步骤：
[0036]在连接通道结构与分配件的同时或之后，
[0037]‑
将气体扩散层与通道结构和两个分配件永久地连接。
[0038]在一个实施方式中，永久连接包括按压，或者其中，永久连接包括加热和按压。
[0039]用于制造的方法的上述实施方式的特征可以以任何组合使用，除非它们彼此矛盾。
附图说明
[0040]下面参照附图更详细地描述本专利技术的实施方式。这些实施方式仅用于例示性目的，而不应被解释为限制性的。在附图中，
[0041]图1是根据现有技术的流场板的顶视图；
[0042]图2是根据本专利技术的流场本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于燃料电池的流体引导组件，所述流体引导组件包括通道结构(620；720)以及布置在所述通道结构(620；720)上的气体扩散层(5)，所述通道结构(620；720)限定流场通道(62；72)，所述流场通道从所述通道结构(620；720)的第一端延伸到相反的第二端，其特征在于，所述通道结构(620；720)的两端布置有在所述通道结构(620；720)的整个宽度上延伸的多孔分配件(63；73)。2.根据权利要求1所述的流体引导组件，其中，所述分配件(63；73)形成为单件并且具有介于10％至90％之间的孔隙度。3.根据权利要求1或2所述的流体引导组件，其中，所述孔隙度在所述分配件(63；73)的宽度上变化。4.根据前述权利要求中任一项所述的流体引导组件，其中，所述分配件(63；73)的长度在所述流场通道(62；72)的长度的1％至10％的范围内。5.根据权利要求4所述的流体引导组件，其中，所述分配件(63；73)的长度在0.1毫米至20毫米的范围内。6.根据前述权利要求中任一项所述的流体引导组件，其中，所述分配件(63；73)的高度等于所述通道结构(620；720)的高度。7.根据权利要求1至6中任一项所述的流体引导组件，其中，所述分配件(63；73)的高度小于所述通道结构(620；720)的高度。8.根据权利要求7所述的流体引导组件，其中，所述分配件(63；73)的高度等于所述扩散层(5)的高度与所述通道结构(620；720)的高度之和。9.根据权利要求1至5中任一项所述的流体引导组件，其中，所述分配件(63；73)的高度大于所述通道结构(620；720)的高度。10.根据权利要求6至9中任一项所述的流体引导组件，其中，所述分配件(63；73)的高度在50微米至400微米的范围内。11.根据前述权利要求中任一项所述的流体引导组件，其中，所述流动通道结构(620；720)与所述分配件(63；73)彼此永久地连接。12.根据权利要求11所述的流体引导组件，其中，所述气体扩散层(5)、所述流动通道结构(620；720)以及所述分配件(63；73)彼此永久地连接。13.根据前述权利要求中任一项所述的流体引导组件，其中，所述分配件(63；73)包括具有开孔泡沫、孔图案(730)和狭缝图案(731)的组中的至少一者。14.根据权利要求13所述的流体引导组件，其中，所述分配件(63；73)包括圆形的、椭圆形的...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：EH集团工程公司，
类型：发明
国别省市：