用于燃料电池的分隔器制造技术

一种用于燃料电池的分隔器，包括流场板和主体板。流场板具有多孔板结构并被结合到气体扩散层的外表面以形成反应气体流场。主体板被结合到流场板的外表面以密封反应气体流场。流场板具有突起，该突起以重复图案从流场板的两个表面突出，形成不均匀结构。流场板具有在从流场板的一个表面突出的突起的一个尖端处被结合到气体扩散层的槽脊部，以及在从流场板的另一个表面突出的突起的相反尖端处被结合到主体板的结合部。

【技术实现步骤摘要】
用于燃料电池的分隔器
本专利技术涉及一种用于燃料电池的分隔器。更具体涉及这样一种用于燃料电池的分隔器，通过改进反应气体在其中流动的流场的结构，使气体扩散层中的区域之间的气体扩散和浓度差最小，并且在整个反应区域上获得均匀的电化学反应并产生电力。
技术介绍
利用聚合物电解质薄膜燃料电池(PEMFCs)，以通过使作为反应气体的氢气和氧气(或空气)发生电化学反应而生电。由于与其它类型的燃料电池相比，PEMFCs具有高效率、高电流密度和功率密度、短起动时间以及对于负载变化的快速响应特性，因此PEMFCs可用于多种领域，例如用于无污染车辆的电源和用于独立发电、运输以及军事的电源。通常，燃料电池以堆叠的形式使用，其中将单元电池堆叠起来以满足必要的功率级。由于安装在车辆中的燃料电池还需要高功率，因此数百个电池被堆叠以满足需要。薄膜-电极组件(MEA)布置在燃料电池堆的单元电池结构的最内层部分中。MEA包括固体聚合物电解质薄膜和催化剂电极，即阳极和阴极，其通过在电解质薄膜的两个表面上涂覆催化剂而进行配置。气体扩散层(在下文中表示为GDL)、衬垫以及类似结构布置在MEA的外部，即阳极和阴极的外部。分隔器也布置在GDL的外部以提供用于供应反应气体并排出反应产生水的流场。在此结构中，在燃料电池的阳极中进行氢气的氧化反应以产生质子和电子。所产生的质子和电子分别穿过电解质薄膜移动至阴极和分隔器。因而，通过电化学反应产生水，在该电化学反应中，包括转换由阳极传递的质子和电子以及来自空气的氧气，且在电化学反应过程中，伴随着水一起产生热量。另外，电子流动产生电能。另一方面，分隔器是分隔燃料电池堆中的单元电池并充当电池之间的电流通道的部件。形成在分隔器中的流场充当用于将反应气体输送至GDL的供应通道和用于排出来自GDL的水的排出通道。分隔器的例子包括由石墨材料形成的石墨分隔器和由例如不锈钢等金属材料形成的金属分隔器。近年来，考虑到可使用性和大规模生产，进行了许多研究以使用金属分隔器来代替石墨分隔器。图1是示出典型金属分隔器的横截面图，其中MEA11、GDL12和分隔器20彼此结合。如图所示，分隔器20包括直接被结合到GDL12的槽脊(land)(接触)部和用作反应气体的供应通道(空气和氢气的通道)和槽脊部之间的水的排出通道的通道部。典型的分隔器20的通道部被布置成在燃料电池的整个反应区域上彼此基本平行，或者被布置成形成倾斜的流场。根据用于设计该流场的方法，在例如电池性能、压力和排水的特性中存在优点和缺点，但是，通常利用在与反应区域相对应的部分通过处理矩形截面结构和与之类似的其它结构的流场来供应反应气体的方法。在这种分隔器中，槽脊部和通道部沿着纵向布置，因而，其中槽脊部被结合到GDL的区域和其中形成通道部的流场(反应气体的供应通道和水的排出通道)区域均具有纵向结构。同时，槽脊部和通道部彼此明显地隔开。在此情形下，由于通道部的内表面是光滑的，因此通道部中的反应气流显示层流的特性。在反应气体沿着长的流场流动时，反应气体通过压力差或浓度差被输送并扩散至GDL而不会因流动而产生任何力。同时，由于槽脊部与通道部之间的流动差而输送到GDL的气体的扩散量还根据槽脊部与通道部被接合到的GLD的区域而变化，且来自GDL的水的排出性能还显示出槽脊部和通道部之间的差异。燃料电池中已经公知，通过分隔器的流场供应的反应气体最好在GDL的整个区域上均匀扩散，而由反应产生的水最好迅速排出到外部，因为水会抑制在燃料电池的电解质薄膜中发生的化学反应。然而，在典型分隔器的情形下，由于槽脊部具有被接合到GDL12的较大区域，因此气体扩散量在槽脊部被接合到的较宽的GDL区域与接触通道部的流场的GDL区域之间变化。参照图1，反应气体(空气和氢气)从通道部的流场扩散至GDL12。在这样的结构中，气体扩散量不可避免地分别在接触槽脊部和通道部GDL12的区域之间改变。这种不均匀使在发生电化学反应的MEA11的整个区域中通道部接触的区域和槽脊部接触的区域之间存在浓度差。因此，在MEA的整个区域中所产生的电化学反应的差异，使得在整个反应区域上难以期望产生均匀的电力并降低燃料电池的整体性能。另外，由于典型的分隔器仅仅主要取决于反应气体输送至GDL的扩散，因而难以获得从分隔器至催化剂层的质量传递，因而降低燃料电池的限制电流密度并由此导致整体性能的降低。而且，由于槽脊部以较大区域被结合到水被排出的GDL，因此作为电化学反应副产物的水难以被排出。在
技术介绍
部分披露的内容只是用来加强对本专利技术的背景的理解，因此其中可能包括不构成本国本领域普通技术人员所知晓的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于燃料电池的分隔器，通过改进反应气体在其中流动的流场的结构，使气体扩散层中的区域之间的气体扩散和浓度差最小，并且在整个反应区域上获得均匀的电化学反应并产生电力。在一个方面，本专利技术提供一种用于燃料电池的分隔器，包括：流场板，具有多孔板结构并被结合到气体扩散层的外表面以形成反应气体流场；以及主体板，被结合到流场板的外表面以密封反应气体流场，其中流场板具有突起，该突起在形成不均匀结构的同时以重复图案从流场板的两个表面突出，并且流场板具有在从流场板的一个表面突出的突起的尖端处被结合到气体扩散层的槽脊部，以及在从流场板的另一个表面突出的突起的相反尖端处被结合到主体板的结合部。在一个示例性实施例中，突起的槽脊部可以在流场板的一个表面上沿前后和左右方向彼此间隔开。在另一个示例性实施例中，突起在其倾斜侧面上可以具有孔以分别允许气体通过。在又一个示例性实施例中，孔可以沿前后和左右方向以预定间隔布置在流场板上。在又一个示例性实施例中，突起的槽脊部可以线接触状态被结合到气体扩散层。在还有的一个示例性实施例中，从流场板的一个表面突出的突起的除槽脊部以外的其它部分，可与气体扩散层间隔开。在进一步的示例性实施例中，突起的侧端与气体扩散层间隔开，使得反应气体沿横向通过突起的侧端与气体扩散层之间的间隙。本专利技术的其它方面和示例性实施例将在下文中进行描述。附图说明现参照仅仅出于说明的目的而在下文中给出附图阐释的具体示例性实施例，以详细描述本专利技术的以上和其它特征，而并不由此限定本专利技术，其中：图1是示出应用典型金属分隔器的电池的横截面图；图2是示出根据本专利技术一个实施例的分隔器的结构的立体图；图3是根据本专利技术一个实施例的分隔器中的流场板的俯视图；图4是示出根据本专利技术一个实施例的分隔器中的流场板的反应气体的流动路径的立体图；以及图5是示出根据本专利技术一个实施例的多种示例性分隔器的立体图。附图中涉及的附图标记包括后面将进一步讨论的下列部件：11：薄膜-电极组件(MEA)12：气体扩散层(GDL)20：分隔器21：流场板21a：突起21b：槽脊部(landportion)21c：结合部21d：孔；以及22：主体板应当理解的是，附图不必按比例绘制，而是呈现出说明本专利技术基本原理的各种优选特征的简化表示。本文中所公开的本专利技术的特定设计特征，包括例如特定尺寸、方向、位置和形状，这些特征将部分地由预期的特定应用和使用环境来确定。在附图中，在全部的几张图中，附图标记始终指代本专利技术中的相同或等同部件。具体实施方式下面详细参考本专利技术的各种实施方式，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池的分隔器，包括：流场板，具有多孔板结构并被结合到气体扩散层的外表面以形成反应气体流场；以及主体板，被结合到所述流场板的外表面以密封所述反应气体流场，其中所述流场板具有突起，所述突起在形成不均匀结构的同时以重复图案从所述流场板的两个表面突出，并且所述流场板具有在从所述流场板的一个表面突出的突起的一个尖端处被结合到气体扩散层的槽脊部，以及在从所述流场板的另一个表面突出的突起的相反尖端处被结合到所述主体板的结合部。

【技术特征摘要】
2011.09.09 KR 10-2011-00915201.一种用于燃料电池的分隔器，包括：流场板，具有多孔板结构并被结合到气体扩散层的外表面以形成反应气体流场；以及主体板，被结合到所述流场板的外表面以密封所述反应气体流场，其中所述流场板具有突起，所述突起在形成不均匀结构的同时以重复图案从所述流场板的两个表面突出，并且所述流场板具有在从所述流场板的一个表面突出的突起的一个尖端处被结合到气体扩散层的槽脊部，以及在从所述流场板的另一个表面突出的突起的相反尖端处被结合到所述主体板的结合部，并且所述流场板由具有多个孔的单块的金属板制成，所述突起通过冲压所述金属板，以重复的压印图案而形成，其中所述多个孔中的每个孔位于突起面的平的面上，且每个孔形成为圆形开口。2.如权利要求1所述的分隔器，其中所述突起的多个槽脊部在所述流场板的一个表面上沿前后和左右方向彼此间隔开。3.如权利要求1所述的分隔器，其中所述多个孔被配置成允许反应气体通过。4.如权利要求3所述的分隔器，其中所述多个孔沿前后和左右方向以预定间隔布置在所述流场板上。5.如权利要求3所述的分隔器，其中所述突起的所述槽脊部以线接触状态被结合到气体扩散层。6.如权利要求1所述的分隔器，其中从所述流场板的一个表面突出的所述突起的除所述槽脊部以外的其它部分，与所述气体扩散层间隔开。7.如权利要求6所述的分隔器，其中所述突起的侧端与所述气体扩散层间隔开，使得反应气体沿横向通过所述突起的侧端与所述气体扩散层之间的间隙。8.一种用于燃料电池分隔器的流场板，包括：多孔板结构，具有内表面和外表面；以及突起，在形成不均匀结构的同时以重复图案从所述流场板的两个表面突出；其中所述内表面的槽脊部被配置成在所述内表面的突起的尖端被结合到气体扩散层的外表面以形成反...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑熙锡，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：