用于限制泄露的燃料电池和双极板制造技术

用于燃料电池的装置，包括双极板，双极板具有包括流场的区域和至少一个通道，该至少一个通道位于该区域的外侧，用于传送密封流体以限制反应气体从燃料电池泄露。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池。更具体来说，本专利技术涉及限制反应气体从燃料电池泄露。
技术介绍
燃料电池熟知用于各种用途的发电。通常，燃料电池单元包括阳极、阴极和在阳极 与阴极之间的离子传导聚合物交换膜(PEM)。阳极和阴极在双极板(也称作隔离板)之间， 双极板包括用于将反应气体传送至PEM以在已知的电化学反应中发电的流场。通常，一个 或多个双极板也在相反的侧面上包括冷却剂流场，其循环水来维持燃料电池单元于所需的 操作温度。与燃料电池相关的一个问题涉及将反应剂控制在燃料电池内来限制或防止向外 泄露。例如，在使用多孔双极板(有时称作水传送板)的燃料电池中，通常相对于冷却水的 压力以所需气压供应反应气体。但是，如果压力没有保持在所需范围内，反应气体会克服冷 却水的压力而逸出流场。另外，对于多孔或实心双极板来说，反应气体也可以扩散通过用于 制造燃料电池的材料或通过在双极板和PEM之间形成的泄露路径而逸出。因此，在避免泄 露至为重要的系统中，通常希望提供控制策略来防止或限制反应气体向外泄露。授予Schroll等的美国专利6187466公开了用于控制反应气体泄露的燃料电池的 一个实例，其包括湿边密封以限制泄露。湿边密封形成在多孔水传送板侧面附近。与微孔 尺寸相关的毛细作用力使水填充微孔。被填充的微孔提供湿的密封来限制反应气体泄露入 水冷却系统并限制反应气体向外泄露。湿密封具有会导致泄露的几个问题。例如，微孔的小尺寸和通过微孔的比较低的 水的流速会不足以控制所有类型的泄露。相对大的泄露或恒定的泄露会克服湿密封的控制 能力。另外，已知一些多孔水传送板易于“变干”，因为传送水通过微孔来维持板的所有部分 在湿润状态是非常困难的。如果在湿密封处出现变干，干的部分会提供通过湿密封的泄露。因此，需要一种燃料电池和双极板来限制反应气体从燃料电池泄露。
技术实现思路
用于燃料电池的示例性装置包括具有围绕流场的区域的双极板。至少一个通道位 于所述区域之外，用于传送密封流体以限制反应气体从燃料电池泄露。在一个实施例中，多 个双极板与至少一个电极相关联，用于以已知的方式发电。控制向外泄露的示例性方法包括建立通过通道的密封流体流，以及利用密封流体 捕获已经从所述区域泄露的反应气体，由此限制反应气体从燃料电池向外泄露。附图说明通过以下目前为优选的实施例的详细描述，本领域技术人员会明白本专利技术的各种 特征和优点。伴随详细描述的附图可被简要说明如下图1示出了具有至少一个单电池组件的燃料电池的实施例。4图2示出了燃料电池的双极板。图3示出了燃料电池的另一个双极板的一侧。图4示出了图3的双极板的另一侧。图5示出了燃料电池的单电池组件的选定部分。具体实施例方式图1示意性示出了用于发电的燃料电池的实施例的选定部分的分解图。在所示实 施例中，燃料电池10包括至少一个单电池12。例如，根据所需发电量，可以使用多个单电 池12来形成燃料电池堆。已知单电池12或具有多个单电池12的燃料电池堆可以已知方 式保持在压力板之间来形成燃料电池10。另外，燃料电池10可以包括未示出的各种另外的 部件，例如与反应气体、冷却水等的供应有关的部件。通过该说明书，本领域技术人员会认 识到所公开的实施例可以用于各种不同的燃料电池结构。在公开的实施例中，单电池12包括位于第一双极板16和第二双极板18之间的膜 电极组件(MEA) 14，根据相对于MEA 14电极的位置，第一双极板和第二双极板也可以称作 阳极和阴极双极板。双极板16和18可以是多孔的，如所示实施例，或可以是实心的，例如 碳复合物或金属。例如，MEA 14包含阴极催化剂电极，阳极催化剂电极和聚合物交换膜，但 不限于任何特定结构。在所示实施例中，第一双极板16、第二双极板18和MEA 14利用例如粘结膜20固 定在一起。例如，粘结膜20是非常薄的一层低密度聚乙烯。第一双极板16也在图2中示出。第二双极板18也在图3中示出，第二双极板18 的另一侧在图1和3中不可见但示于图4。第一双极板16的反侧也可以类似于图4所示的 那样被构造。双极板16和18分别包括各种不同的集管22和流场24。还参见图5，在所示 实施例中的第一双极板16的流场24供应第一反应气体(例如氢)至MEA 14。所示实施例 中的第二双极板18的流场24包括两个不同类型的流场24。一侧上的第一流场26循环冷 却水，而另一侧上的另一流场28供应第二反应气体(例如氧)至MEA 14。集管22以已知 方式供应冷却水或反应气体至流场24、26、28。每个流场24、26和28限定包围相应流场24、26或28的相关区域29 (用虚线表 示)。因此，每个区域29限定在区域29内的地方(例如流场24、26或28)和在区域29外 的地方，例如集管22。在所示实施例中，单电池12利用垫圈系统30密封单电池12并防止反应气体和冷 却水的混合。例如，垫圈系统30包括位于围绕第二双极板18的周边并围绕各集管22延伸 的垫圈通道34内的一个或多个垫圈32。在另外的实施例中，根据燃料电池10的具体结构 可以使用附加的垫圈。每一个示例性双极板16和18包括位于相应双极板16或18的区域29之外的通 道44。在公开的实施例中，通道44完全包围流场24、26和28的区域29，但是在另外的实 施例中，通道44也可以仅部分围绕流场24、26、28。通道44循环密封流体，密封流体限制反应气体从燃料电池10泄露。在所示实施 例中，形成的通道44进入相应的双极板16和18中。例如，通道44可以与流场24、26和28 的通道类似的方式形成，例如机加工、模制或其它合适的方法。5在所示实施例中，第一双极板16的通道44围绕周边延伸并与供应冷却水的至少 一个集管22流体连接。第二双极板18包括两个通道44，两侧各一个。第二双极板18的 通道44也与供应冷却水的一个集管22流体连接。任选地，任一通道44也可以包括一个或 多个分支通道，例如分支通道44a (图4)，其自邻近一个或多个集管22的通道44延伸。在 所示实施例中，分支通道44a包围一个集管22，例如燃料反应气体流出通道，以限制自其的 任何泄露，以下将更全面地对其进行描述。另外，第一双极板16也可以包括一个第二通道 44，类似于第二双极板18。运行时，冷却水从集管22流过第二双极板18的第二流场26来提供冷却。如果使 用多孔类型的双极板16和18，冷却水通过渗入微孔也将双极板16和18维持在湿润状态。冷却水也流过通道44并用作密封流体。通过流过通道44的冷却水可以捕获并带 走从流场24泄露的任何反应气体，由此防止或限制从燃料电池10的向外泄露，以下将更全 面地对其进行描述。在所公开的实施例中，各双极板16和18的通道44位于垫圈通道34和每个区域 29之间。因此，在通道44内流动的冷却水提供第一级的防泄露，并且如果任何反应气体穿 过冷却水和通道44的话则垫圈32提供第二级的防泄露。可选地，垫圈32可以位于通道44 和区域29之间。在一个实施例中，第一双极板16、第二双极板18或二者都可以是多孔的以使冷却 水以已知方式渗入微孔。但是，在某些特定情况下，微孔会变干并由此提供用于反应气体的 泄露途径。例如，气泡46可以扩散通过第二双极板18的干的部分，如图5所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于燃料电池的装置，包括：双极板，具有包围流场的区域；和位于所述区域之外的至少一个通道，用于传送密封流体以限制反应气体从燃料电池泄露。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：DA尼泽尔斯基，JH怀顿，RR菲利普斯，
申请(专利权)人：UTC电力公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]