一种燃料电池，其包括膜电极组件（ＭＥＡ）、布置在ＭＥＡ的第一侧上的至少一个隔板和布置在ＭＥＡ的第二侧上的至少一个隔板。在ＭＥＡ的第一侧上的隔板可以形成用于引导第一反应物的第一组通道。布置在ＭＥＡ的第二侧上的隔板可以形成用于引导第二反应物的第二组通道。第一组通道包括交替定位的第一套通道和第二套通道。第一套通道中的每个都定位在第二套通道附近。两套通道中的每个都包括通过输入阀控制的输入和通过输出阀控制的输出。第一组通道通过关闭两套通道中的一套通道的输入阀并且关闭两套通道中的另一套通道的输出阀而形成交指型流场，并且第一组通道通过打开输入阀和输出阀二者而形成常规流场。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及一种质子交换膜(PEM)燃料电池，并且更加具体地，本专利技术涉及一种具有可在交指型流场(interdigitated flowfield) (IDFF)构型和常规流场(CFF) 构型之间变化的流场的PEM燃料电池。
技术介绍
质子交换膜(PEM)燃料电池，还已知为聚合物电解质膜(PEM)燃料电池，使用诸如氢的燃料和诸如氧的氧化剂，以便产生电，将燃料和氧化剂的电化学反应过程中所释放的化学能转化为电能。PEM燃料电池通常采用膜电极组件(MEA)，所述膜电极组件(MEA)包括布置在两个多孔的导电电极层之间的PEM。在每个膜/电极层界面处典型地布置有电催化剂以诱导期望的电化学反应。在典型的PEM燃料电池中，MEA布置在两个导电隔板之间。每个隔板都采用流体流场，所述流体流场将燃料或氧化剂导引到相应的电催化剂层。简单的流体流场可以包括敞开到相邻的多孔电极层的室，所述室具有用作流体入口的第一端口和用作流体出口的第二端口。更加复杂的流体流场包括在入口和出口之间用于导引与电极层接触的流体流的至少一个流体通道或用于控制穿过流场的反应物的流动路径的导向屏障。被燃料流场导引到阳极的燃料流迁移穿过多孔的阳极，并且在阳极电催化剂层处被氧化。被氧化剂流场导引到阴极的氧化剂流迁移穿过多孔的阴极，并且在阴极电催化剂层处被还原。已经开发出多种流场设计。例如，常规流场(CFF)设计在输入和输出之间使用多个通道，并且构造成在电极上提供比较均勻的反应物分布。在该常规构造中，通道中流动的反应物可以分配到电极中而与其它反应物起反应。然而，某些反应物可以从输入直接流到输出，而没有进入电极中，并且因此，反应物利用率较低。为了提高反应物利用效率，已经开发出交指型流场(IDFF)设计。IDFF包括一套入口流动通道和一套出口流动通道，并且入口流动通道不连接到出口流动通道。在IDFF中，入口流动通道中的反应气体被压入相邻的多孔电极中，增加了反应气体与催化剂接触的机会，并且由此提高了反应物利用效率。随着燃料气体更加高效地扩散到电极，IDFF构型可以提供更高的电池性能和较低的燃料消耗。然而，IDFF构型也具有一些缺点。例如，在IDFF中，膜电极组件可能更加容易变干，尤其当燃料电池在高温下操作时。因此，需要一种可以增加燃料电池总体性能的、用于燃料电池的新的流场设计。
技术实现思路
根据一个方面，本专利技术涉及一种燃料电池。燃料电池包括膜电极组件、布置在膜电极组件的第一侧上的至少一个隔板、和布置在膜电极组件的第二侧上的至少一个隔板。布置在膜电极组件的第一侧上的隔板可以在膜电极组件上形成用于引导第一反应物的第一组通道。第一组通道包括交替定位的第一套通道和第二套通道。第一套通道中的每个都定位成与第二套通道中的通道相邻。布置在膜电极组件的第二侧上的至少一个隔板可以在膜电极组件的第二侧上形成用于引导第二反应物的第二组通道。两套通道中的每个都包括通过输入阀控制的输入和通过输出阀控制的输出。第一组通道可以通过关闭两套通道中的一套通道的输入阀并且关闭两套通道中的另一套通道的输出阀而形成交指型流场，并且第一组通道可以通过打开输入阀和输出阀二者而形成常规流场。根据另一方面，燃料电池组件包括堆叠在一起的多个燃料电池。每个燃料电池都包括膜电极组件。在膜电极组件的第一侧上形成用于引导第一反应物的第一组通道。第一组通道包括交替定位的第一套通道和第二套通道。第一套通道连接在第一输入歧管和第一输出歧管之间。第二套通道连接在第二输入歧管和第二输出歧管之间。每个歧管都通过阀控制。在膜电极组件的第二侧上形成用于引导第二反应物的第二组通道。第一组通道可以通过打开全部歧管而构造成常规流场，并且第一组通道通过关闭第一输出歧管和第二输入歧管而构造成交指型流场。附图说明本专利技术包括附图以提供对本专利技术的进一步理解，并且附图包括在本说明书中且构成本说明书的一部分，附图示出了本专利技术的优选实施例，并且与本专利技术的优选实施例一起写入详细的说明中以用于解释本专利技术的原理。图1是根据本专利技术的优选实施例的燃料电池系统的一部分的透视图；图2是沿着图1的线A-A得到的根据本专利技术的优选实施例的燃料电池的一部分的剖视图；图3是沿着图2的线B-B得到的根据本专利技术的优选实施例的一组通道的剖视图；图4是沿着图2的线C-C得到的根据本专利技术的优选实施例的另一组通道的剖视图；图5是根据本专利技术的优选实施例的采用常规流场构型的示例性公开的燃料电池的平面图；以及图6是根据本专利技术的优选实施例的采用交指型流场构型的示例性公开的燃料电池的平面图。具体实施例方式根据本专利技术，在此一般地具体实施的PEM燃料电池组件包括多个燃料电池，所述多个燃料电池串联地电连接在一起。根据本专利技术，每个燃料电池都可以由隔板和布置在隔板之间的膜电极组件构成。图1大致示出包括堆叠在一起的三个隔板120、130和140的燃料电池100的截面。图2大致示出沿着图1的线A-A得到的图1中所示的两套隔板以及膜电极组件的剖视图。如图2中所示，燃料电池100可以包括如图1中所示的两套隔板，所述两套隔板在其之间布置有膜电极组件150的情况下堆叠在一起。隔板和膜电极组件之间形成通道，反应气体和冷却剂可以穿过所述通道。在优选实施例中，大致如图1和2中所示，每个隔板都具有基本梯形波状形状的横截面。三个隔板120、130和140以及膜电极组件150形成分为三个组的多个通道，S卩形成在膜电极组件的第一侧上以用于引导第一反应物的第一组通道108和128 ；形成在膜电极组件的第二侧上以用于引导第二反应物的第二组通道138 ；和用于引导冷却剂的第三组通道118。通道108由第一隔板120和与第一隔板120相邻设置的膜电极组件150形成。通道108包括交替定位的通道108a和通道108b。通道128由第二隔板130和第三隔板140 形成。通道1 包括交替定位的通道128a和通道128b。第一组通道108和1 包括第一套通道108a和128a以及第二套通道108b和128b。第一套通道108a和128a包括第一子组(subset)通道108a和第二子组通道128a。第二套通道108b和128b包括第一子组通道 108b和第二子组通道128b。第二组通道138由第三隔板140和与第三隔板140相邻设置的膜电极组件150形成。第三组通道118由第一隔板120和第二隔板130形成。作为示例，梯形波状形状的隔板120可以限定一系列基本梯形的凹槽，所述一系列基本梯形的凹槽包括面向第一方向(例如，在图2中面朝上)的第一套凹槽和面向第二方向(例如，在图2中面朝下)的第二套凹槽。面朝上的凹槽和面朝下的凹槽交替地定位。 如图2中所示，面朝上的凹槽与隔板120上方相邻的膜电极组件150 —起限定通道108，并且面朝下的凹槽与相邻的第二隔板130 —起限定通道118。以与如图2中所示以及如上所述相类似的方式限定其它通道。图3示出沿着图2的线B-B得到的通道108的剖视图。如图3中所示，通道108包括通道108a和通道108b。如图3中所示，通道108a和通道108b交替地定位，以便使通道 108a中的每个通道都与通道108b中的通道相邻。通道108中的每个都在第一端部112和第二端部114之间延伸。通道108a的第一端部112本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种燃料电池，其包括：膜电极组件；布置在所述膜电极组件的第一侧上的至少一个隔板，所述至少一个隔板在所述膜电极组件上形成用于引导第一反应物的第一组通道，所述第一组通道包括交替定位的第一套通道和第二套通道，其中，所述第一套通道中的每个都定位成与所述第二套通道中的通道相邻；布置在所述膜电极组件的第二侧上的至少一个隔板，布置在所述膜电极组件的第二侧上的所述至少一个隔板在所述膜电极组件的第二侧上形成用于引导第二反应物的第二组通道，其中，所述两套通道中的每个都包括由输入阀控制的输入和由输出阀控制的输出，其中，所述第一组通道通过关闭所述两套通道中的一套通道的输入阀并且关闭所述两套通道中的另一套通道的输出阀而形成交指型流场，并且通过打开所述输入阀和所述输出阀二者而形成常规流场。
【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：雨宫一树，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP
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