在液封區(qū)具有擋板的燃料電池板結(jié)構(gòu)的制作方法

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專利名稱：在液封區(qū)具有擋板的燃料電池板結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池，尤其涉及用于建立燃料電池氣流通道的燃料電池板結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
燃料電池是借助電化學反應(yīng)直接將存儲在烴類燃料中的化學能量轉(zhuǎn)變成電能的裝置。通常，燃料電池包括由電解液間隔開的陽極和陰極，電解液用于電傳導帶電離子。熔融碳酸鹽燃料電池通過使反應(yīng)物燃料氣體穿過陽極同時使氧化氣體穿過陰極操作。
為了產(chǎn)生有效的功率水平，將許多單獨的燃料電池串聯(lián)堆積，以形成燃料電池堆。熔融碳酸鹽燃料電池堆在建立通過電池的氣流通道時使用板結(jié)構(gòu)。該板結(jié)構(gòu)在相鄰的電池之間典型地包括導電隔板，也稱作雙極隔板。特別地，該雙極隔板用于間隔開第一電池的陽極部件和第二電池的陰極部件，并且用于提供與這些電池中的電流收集器的電接觸。
傳統(tǒng)的雙極隔板包括平的、矩形的、不透氣的板部件，其具有面向一個相鄰的電池的陰極表面，以及面向另一個相鄰的電池的陽極表面。雙極板在每個表面上典型地還包括兩個口袋區(qū)域。這些口袋區(qū)域通過在陰極表面上方折疊板的兩個相對邊以及通過在陽極表面上折疊
另外兩個邊形成。在轉(zhuǎn)讓給相同的受讓人的美國專利No. 6372374中公開了具有這種雙極板布置的板結(jié)構(gòu)的例子。
陽極和陰極電流收集器也是板結(jié)構(gòu)的一部分，鄰接陽極和陰極表面，并且延伸到雙極隔板的口袋區(qū)域。陽極和陰極依次鄰接陽極和陰極電流收集器，該電流收集器沿雙極隔板限定陽極和陰極氣流通道，以便將燃料和氧化劑氣體傳到相應(yīng)的電極。
電解液基體鄰近陽極布置，并且在雙極隔板的陽極表面，在兩個口袋區(qū)域的外表面上延伸，同時電解液基體也鄰近陰極布置，并且在隔板的陰極表面，在兩個另外的口袋區(qū)域的外表面上延伸。因而，具有雙極隔板、電流收集器的板結(jié)構(gòu)與基體一起形成第一燃料電池的一半和第二電池的一半。
這些半燃料單元的堆積導致完全成堆布置的燃料電池。通過這種燃料電池堆，雙極隔板的口袋區(qū)域的外表面充當軌道，以與電解液基體形成液封區(qū)域?？诖鼌^(qū)域也是電池的非活性區(qū)域。通過口袋區(qū)域之間的陰極和陽極表面形成的雙極隔板的中心區(qū)域又是電池的非活性區(qū) 域。
通過使用雙極板口袋區(qū)域形成液封區(qū)域?qū)υ陔姵氐闹苓厖^(qū)域?qū)崿F(xiàn) 氣密來說是實用且成本有效的方式。然而，與這種布置相關(guān)的公有的
問題在于在由板結(jié)構(gòu)建立的氣流通道中流動的燃料和氧化劑氣體從活性電池區(qū)域泄漏到液封區(qū)域中。特別地，一部分燃料氣體和一部分氧化劑氣體典型地繞過活性電池區(qū)域，通過在沒有經(jīng)受所需的電化學反應(yīng)的情況下流入并且通過液封區(qū)域。而且，在內(nèi)部重整的燃料電池中，其中通過內(nèi)部燃料重整(reforming)在陽極活性區(qū)域中提供額外的冷卻，繞過陽極活性區(qū)域的燃料不會重整，因而在電池活性區(qū)域中提供較少的冷卻。結(jié)果，燃料電池變得過熱，并且減少了燃料電池堆的效率和功率輸出。因此，需要一種抑制和阻礙氣體流入液封區(qū)域的裝置，以提高燃料電池堆的性能和效率。
另外，液封區(qū)域特別易受電化學腐蝕和氧化。因此，需要液封區(qū) 域中使用的材料在電化學腐蝕和氧化的條件下是穩(wěn)定的。
因此，本發(fā)明的目的是通過使板結(jié)構(gòu)適于抑制和阻止繞過活性電池區(qū)域的氣體來克服傳統(tǒng)的燃料電池板結(jié)構(gòu)的上面和其它的缺點。
本發(fā)明的又一目的是提供一種燃料電池板結(jié)構(gòu)，其進一步適于將氣體從液封區(qū)域引導到活性電池區(qū)域中。
本發(fā)明的進一步目的是提供一種燃料電池板結(jié)構(gòu)，其適于如上所述的操作，并且在液封區(qū)域中使用在腐蝕和氧化環(huán)境下穩(wěn)定的材料。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的原理，在一種具有適于在燃料電池中使用的燃料電池板結(jié)構(gòu)的組件中實現(xiàn)上面和其它的目的，其中將氣流通道布置成鄰近燃料電池的活性和液封區(qū)域運載過程氣體，板結(jié)構(gòu)具有一個或多個布置的擋板，以便當板結(jié)構(gòu)位于燃料電池中時，板結(jié)構(gòu)的擋板使鄰近液封區(qū)域流動的過程氣體遠離液封區(qū)域并且向著電池的活性區(qū)域被導向。
在此描述使用多種擋板設(shè)計和材料的本發(fā)明的示例。在這些實施方式中，板結(jié)構(gòu)包括具有沿板的相對的第一和第二邊布置的擋板的電流收集器板。電流收集器板可以是陰極電流收集器板或陽極電流收集器板，該擋板相對于板的邊緣以不同的定向布置，這取決于板的類型。
而且，在本發(fā)明下面論述的實施方式中，板結(jié)構(gòu)還包括具有相對的陽極和陰極表面的隔板，位于形成液封區(qū)域的陽極表面的相對邊的第一和第二口袋區(qū)域，以及位于形成液封區(qū)域的陰極表面的相對邊的
第三和第四口袋區(qū)域。在這些實施方式中，板結(jié)構(gòu)具有鄰接雙極隔板的陽極表面的陽極電流收集器板，沿該陽極電流收集器板相對的第一和第二邊的擋板延伸到第一和第二口袋區(qū)域中。板結(jié)構(gòu)還包括鄰接雙極隔板的陰極電流收集器板，沿該陰極電流收集器板相對邊的隔板延伸到第三和第四口袋區(qū)域中。
在本發(fā)明的某些實施方式中，板結(jié)構(gòu)的每個擋板由位于板結(jié)構(gòu)上的材料形成。
一種使用的材料類型是漿料材料，特別是陶瓷漿料，例
如Cotronics公司的Resbond 989基的漿料。使用的其它材料包括粘合劑和Ni255粉的混合物、陶瓷氈以及陶瓷紙。每個材料具有從容易安裝到良好的性能的不同的優(yōu)點。而且，這些實施方式中的擋板可以具有不同的構(gòu)造，例如，作為連續(xù)的矩形的材料帶形成，或者作為多個間隔的材料帶形成，或者作為連續(xù)的鋸齒形材料片形成，并且可以具有不同的數(shù)量和尺寸。
在本發(fā)明的其它實施方式中，擋板由每個板的折翼或翻轉(zhuǎn)段形成。翻轉(zhuǎn)段是機械擋板系統(tǒng)，每個擋板可以直接由波紋板壓印。
還描述了制造具有擋板的板結(jié)構(gòu)的方法。

在連同附圖閱讀了下面詳細的描述時，本發(fā)明的上面和其它特征
以及方面將變得更加顯而易見，其中
附圖1示出具有擋板的燃料電池板結(jié)構(gòu)；
附圖1A和1B分別示出附圖1的板結(jié)構(gòu)的陽極電流收集器和陰極電流收集器的示意附圖2A是附圖1的板結(jié)構(gòu)的陽極電流收集器的進一步形式的示意附圖2B是附圖2A的板結(jié)構(gòu)的陽極電流收集器的端部的分解圖；附圖2C是附圖2A的板結(jié)構(gòu)的陽極電流收集器的變型的示意圖；附圖3示出附圖1的板結(jié)構(gòu)的陽極側(cè)的一部分的截面圖；附圖4A示出附圖1的板結(jié)構(gòu)的陰極電流收集器的進一步形式的示意附圖4B示出附圖1的板結(jié)構(gòu)的陰極側(cè)的一部分的截面附圖5A示出沿附圖1中所示類型的板結(jié)構(gòu)的陽極電流收集器的側(cè)邊粘貼的擋板的照片；
附圖5B示出沿附圖1中所示類型的板結(jié)構(gòu)的陽極電流收集器的側(cè)邊并且在端部粘貼的擋板的照片；
附圖6、 7A和7B示出鋸齒形擋板，以及制造節(jié)省擋板材料的擋板的方式；
附圖8-10示出板結(jié)構(gòu)的電流收集器的進一步實施方式，其中由電流收集器的折翼或翻轉(zhuǎn)部分形成擋板；以及
附圖11示出附圖1的板結(jié)構(gòu)的性能結(jié)果的圖表。
具體實施例方式
附圖1示出包括雙極板100A的板結(jié)構(gòu)100。雙極板100A包括平的、實質(zhì)上是矩形的、透氣的板部件102，其具有陽極表面102a和陰極表面102b。
板部件102的陽極表面102a具有兩個口袋區(qū)域或部件104和106, 其分別在陽極表面102a的相對邊103a和105a形成，并且沿從燃料輸入邊107到燃料輸出邊109的板102的長度延伸。口袋部件104和106 通向陽極表面102a的中心部分或區(qū)域108。如下所述，當將板結(jié)構(gòu)100 合并到燃料電池中時，口袋部件分別與相關(guān)的燃料電池的電解液基體一起形成活性陽極側(cè)液封區(qū)域104a和106a。區(qū)域108還擔當帶燃料電池陽極的陽極活性區(qū)域或陽極反應(yīng)帶。在陽極活性區(qū)域中，燃料電池的燃料處理氣體經(jīng)受電化學反應(yīng)，并且可以內(nèi)部重整。
板部件102的陰極表面102b也具有兩個分別在陰極表面102b另外的相對邊103b和105b形成的口袋部件110和112。口袋部件110、 112沿從陰極輸入邊111到陰極輸出邊113的板的寬度延伸。類似地，口袋部件IIO和112通向陰極表面102b的中心區(qū)域或部分114。如同口袋部件104、 106 —樣，當板結(jié)構(gòu)合并到燃料電池中時，口袋部件 110、 112分別形成帶相關(guān)的電池的電解液基體的活性陰極側(cè)液封區(qū)域 110a和112a。在這種情況下，區(qū)域114擔當帶電池陰極的陰極活性區(qū) 域。在該區(qū)域，流過電池陰極側(cè)的氧化劑氣體經(jīng)受電化學反應(yīng)。
板結(jié)構(gòu)100還包括陽極電流收集器116和陰極電流收集器118, 每個具有與板部件102的形狀以及長度和寬度尺寸對應(yīng)的、實質(zhì)上矩形的形狀。如圖所示，每個電流收集器具有波形板的形式。當與雙極板100A裝配在一起時，分別將陽極電流收集器116的側(cè)邊116a和116b 插輸入袋104和106，同時輸入邊116c和輸出邊116d鄰近板102的燃料輸入邊107和燃料輸出邊109。又將陰極電流收集器118的側(cè)邊 118a和118b分別插輸入袋110和112，同時輸入邊118c和輸出邊118d 鄰近板102的氧化劑輸入邊111和氧化劑輸出邊113。同樣，當裝配時，將陽極電極(未示出)布置在鄰近陽極電流收集器116的板組件 100的活性區(qū)域108中，并且將陰極電極(未示出)布置在鄰近陰極電流收集器118的組件100的陰極活性區(qū)域114中。
雙極隔板100A以及陽極和陰極電流收集器116和118建立用于燃料和氧化劑氣體的氣流通道。這些氣流通道鄰近活性陽極和陰極區(qū) 域108和114以及非活性陽極和陰極液封區(qū)域104a、 106a、 110a和 112a穿過。因而，流過陽極并且流過陽極電流收集器116從陽極輸入
1側(cè)107到陽極輸出側(cè)109的波紋的燃料氣體鄰近活性陽極區(qū)域和非活性陽極液封區(qū)域穿過。同樣，流過陰極和陰極電流收集器從陰極輸入側(cè)111到陰極輸出側(cè)113的波紋鄰近活性陰極區(qū)域和非活性陰極液封區(qū)域穿過。
為了提高燃料電池的性能，組件100進一步適于阻止或抑制氣流通道部分中的氣體鄰近非活性陽極和陰極液封區(qū)域104a、 106a、 110a 和112a流動，并且適于增強氣流通道部分中的氣體鄰近陽極和陰極活性區(qū)域108和114流動。為此，組件100包括位于鄰近陽極和陰極液封區(qū)域的氣流通道部分中的擋板組件120和122。擋板組件120和122 向著鄰近活性陽極和陰極區(qū)域的氣流通道部分重新定向穿過的氣體，由此增強這些氣流通道部分中流動的氣體。
實施擋板組件120和122的一個方式是在每個相應(yīng)的非活性液封區(qū)域104a、 106a、 110a和112a中并且沿其長度包括固體材料的連續(xù) 帶。這可以通過將擋板組件合并到電流收集器116和118完成。附圖 1A示出形成合并到陽極電流收集器116的邊116a、 116b或沿其定位的矩形帶的擋板120。可以理解，當電流收集器116鄰近板部件102 的陽極表面102a時，擋板帶120將位于陽極液封區(qū)域104a和106a 中。類似地，附圖1B示出擋板組件122，該擋板組件也形成合并到陰極電流收集器118的邊118a、 118b中或沿其定位的矩形帶，以便當電流收集器118鄰近板部件102的陰極表面102b時，其位于陰極液封區(qū) 域110a和112a中。
為了忍受燃料電池電化學反應(yīng)的苛刻的腐蝕環(huán)境，用于附圖1A 和1B中的擋板帶120和122的材料是穩(wěn)定的，并且容易應(yīng)用于電流收集器?？梢詫⒂蒒i粉制成的漿料(paste)和粘合劑(binder)用于制造每個擋板帶，并且可以形成單片帶或多個彼此鄰接的帶。在陽極液封區(qū)域104a和106a中，擋板120的Ni粉可以擔當用于在內(nèi)部重整燃料電池堆中重整甲烷的催化劑，以便當移動通過Ni粉形成的孔時防止曱烷滑移。鎳漿料可以通過由粘合劑和Ni255粉的混合物制備漿體形成。在燃料電池堆的壽命開始時，液封區(qū)域中的附圖1A和IB的擋板帶有效地阻塞了通過其的旁通流動。然而，與電池活性區(qū)域相比，擋板會增加非活性液封區(qū)域的剛性。這又會造成堆熱和電接觸損失。與這種類型的擋板有關(guān)的另一個問題在于填充材料在操作和熱循環(huán)期間會分解，并且變成粉末，從而形成松動的多孔結(jié)構(gòu)。松動的多孔結(jié) 構(gòu)會使有用的反應(yīng)氣體通過相應(yīng)的液封密封區(qū)域泄漏。同樣，這些擋板需要大量的Ni粉，這增加了額外的生產(chǎn)成本。
表示本發(fā)明的另一種擋板構(gòu)造嘗試避免由附圖1A和1B的擋板造成的液封區(qū)域的剛性，并且減少擋板材料的使用。更特別地，在附圖 1中示出離散的擋板布置，并且在下面更詳細地描述。特別地，在附圖1中，每個擋板組件120包括多個離散間隔的燃料定向擋板或帶 126，以及至少一個離散端的擋板或帶124。在所示的例子中，在板部件102的燃料輸出邊109附近的液封區(qū)域104a和106a的拐角區(qū)域，離散端的擋板124形成燃料氣流通道中的柵欄。因此，在由液封區(qū)域 104a、 106a建立的燃料氣流通道中流動的燃料氣體通過端部擋板124 引導到陽極活性區(qū)域108和燃料輸出。離散的定向擋板126以預(yù)定的間隔從口袋104、 16的側(cè)壁104b、 106b延伸到液封區(qū)域104a、 106a 中。如圖所示，定向擋板126在燃料氣流方向上傾斜，以便增加對在鄰近液封區(qū)域104a、 106b的燃料氣流通道部分中流動的燃料氣體的流動阻力，并且將燃料氣體推進鄰近電池的燃料氣體活性區(qū)域108的燃料氣流通道部分中。
又如在下面更詳細地描述的，如圖1所示的氧化劑氣體定向組件 122還包括多個由陰極側(cè)口袋110和112封閉的離散擋板或帶。在所示的情況下，定向組件122包括在氧化劑輸出邊113附近和板部件102 的氧化劑輸入邊111附近的液封區(qū)域拐角定位的離散端擋板128。還提供從由口袋IIO、 112形成的側(cè)壁110b、 112b以預(yù)定間隔延伸到液封區(qū)域110a、 112a中的離散的氧化劑定向擋板130。在該示例中，擋板128、 130實質(zhì)上垂直于口袋側(cè)壁110b、 112b?？梢岳斫?，端部擋板和定向擋板128 4吏在鄰近陰極液封區(qū)域110a和112a的氧化劑氣流通道部分中流動的氧化劑氣體推進或重新定向到鄰近氧化劑氣體活性
區(qū)域114的氧化劑氣流通道部分中。
附圖1的定向組件120、122中的離散擋板的尺寸和布置可以基于不同的因素包括燃料電池系統(tǒng)和雙極板的構(gòu)造以及燃料和氧化劑氣體流過電池的空間速度而變化。在此，參照附圖2A-4B詳細地描述定向組件120、 122的示例性構(gòu)造。
在附圖2A-4B中，如圖1A和1B所示，擋板組件120和122分別合并到板結(jié)構(gòu)100的陽極電流收集器116和陰極電流收集器118。更特別地，附圖2A示出具有在其相對邊116a和116b布置的燃料定向組件120的陽極電流收集器116的示意圖。電流收集器的中心區(qū)域 116A對準陽極活性區(qū)域108，而邊116a和116b對準陽極液封區(qū)域 104a、 106a。如上所述，燃料氣體在從輸入邊116c (燃料輸入邊107 ) 到輸出邊116d (燃料輸出邊109)的方向上流過中心區(qū)域116A (陽極活性區(qū)域108)。同樣，如上所述，一些燃料氣體從中心區(qū)域116A(活性區(qū)域108)泄漏到邊緣區(qū)域116a、 116b (液封區(qū)域104a、 106a)中。然后，沿側(cè)邊的擋板組件120將該燃料重新定向回中心區(qū)域116A (活性區(qū)域108)。應(yīng)當注意到，可以在使用具有不同的長度和寬度尺寸的板部件102的燃料電池系統(tǒng)中使用如圖2A所示的定向組件120的布置。示例是具有大約4英寸的長度和大約2英寸的寬度的板。然而，如前所述，定向組件120可以應(yīng)用于具有任意長度和寬度尺寸的板部件102。
在附圖2A中，每個擋板組件120包括十八個彼此等距的定向擋板126。然而，可以理解，可以改變擋板126的數(shù)量，并且可以以不同的間隔定位擋板126，以便將更多的燃料氣體從側(cè)邊116a、 116b(液封區(qū)域104a、 106a)定向到中心區(qū)域116A (活性區(qū)域108)的預(yù)定區(qū) 域。另外，如上所述，并且如在此詳細描述的，定向擋板126在預(yù)定角度的燃料流動方向上傾斜。在所示的情況下，預(yù)定角度相對于側(cè)邊 116a、 116b是45度。而且，定向擋板126的傾斜可以基于定向組件 120的布置以及制造方便而變化。附圖2B示出附圖2A的陽極電流收集器116的拐角部分127的分解圖。如圖所示，每個定向組件120的端部擋板124在輸出邊116d(液封區(qū)域104a、 106a的燃料輸出側(cè)109)附近形成實質(zhì)上矩形的柵欄。特別地，每個端部擋板124從輸出邊116d沿相應(yīng)的側(cè)邊116a、 116b 延伸，并且具有限制氣流的厚度。如上所述，定向擋板126向著輸出邊116d(燃料輸出側(cè)109)傾斜，并且相對于相應(yīng)的側(cè)邊116c或116d 形成45度角。
在附圖2A和2B的擋板組件的一個特別的構(gòu)造中，使用下面的特征每個端部擋板124具有3.0英寸的長度和0.87英寸的寬度；每個定向擋板126從側(cè)邊103a延伸0.88英寸，并且具有0.5英寸的寬度和 1.23英寸的長度；定向擋板126以2.87英寸的距離相等地間隔；并且端部擋板124和最近的定向擋板126之間的間隔也是2.87英寸。
附圖2C示出陽極電流收集器116上附圖2A的擋板組件120的變型。附圖2C的布置與附圖2A的布置的不同之處在于還在陽極電流收集器116的輸入邊116c定位端部擋板124a。附圖2C的擋板組件120 的示例構(gòu)造如下定向擋板126的寬度、長度和傾斜與附圖2A情況中擋板126的示例相同；擋板的數(shù)量是14，擋板之間具有3英寸的等距距離；輸入擋板124a和最近的定向擋板126之間的距離是1.3英寸；以及輸出擋板124b和最近的定向擋板126之間的距離是3英寸。
附圖3示出附圖1的板結(jié)構(gòu)的陽極側(cè)的一部分的截面圖。如圖所示，陽極電流收集器116的側(cè)邊116a位于形成液封區(qū)域104a的口袋 104中，在該位置，電流收集器的波紋由擋板126填充。該視圖還示出位于口袋104內(nèi)部的電流收集器116上的陽極電極134和選定波紋中的重整催化劑136。另外，在沿陽極電流收集器116的液封區(qū)域中形成填充端部波紋的密封125，以防止燃料泄漏，并且進一步幫助密封板部件102的邊103a。另外的密封125可以由繩或陶瓷紙制成。
使用由鋯基材料形成的漿料制備如圖2A-3所示的定向組件120 的擋板124、 126。下面更詳細地描述制備漿料和使用這種漿料制備擋板的方法。附圖4A示出具有氧化劑氣體定向組件122的附圖1的陰極電流收集器118的示意圖。電流收集器的中心區(qū)域118對準陰極活性區(qū)域 114，而邊118a和118b對準液封區(qū)域110a、 112a。如上所述，氧化劑氣體在從輸入邊118c (氧化劑輸入邊111)到輸出邊118d (氧化劑燃料輸出邊113)的方向上流過中心區(qū)域118A (陽極活性區(qū)域114)。同樣如上所述，一些氧化劑氣體從中心區(qū)域118A (活性區(qū)域114)泄漏到邊緣區(qū)域118a、 118b (液封區(qū)域110a、 112a)中。然后，沿側(cè)邊的擋板組件122將該氧化劑重新定向回中心區(qū)域118A (活性區(qū)域114)。
每個定向組件122包括端部擋板和多個定向擋板130。端部擋板包括在輸入邊118c和側(cè)邊118a、118b的拐角提供的輸入端擋板128a，以及在輸出邊118d和側(cè)邊118a、 118b的拐角提供的輸出端擋板128b。每個擋板組件122還包括三個用于遠離邊緣118a和118b (液封區(qū)域 110a、 112a)定向氧化劑氣體以及用于將氣體推進中心區(qū)域118A(陰極活性區(qū)域114)的定向擋板130。定向擋板130從相應(yīng)的邊118a和 118b延伸，并且垂直于這些邊表示。
附圖4A的擋板組件122的示例構(gòu)造如下每個輸入端擋板128a 具有活性區(qū)域的寬度和近似2-4英寸的長度；每個定向擋板130的寬度是0.5英寸，每個定向擋板的長度是0.88英寸；擋板130以6.25英寸的相等間隔布置；輸入邊擋板128a和最近的定向擋板130之間的距離以及輸出邊擋板128b和最近的定向擋板130之間的距離是6.25英寸?？梢岳斫?，擋板128、 130的數(shù)量以及定向擋板130布置的間隔可以基于燃料電池和雙極板的構(gòu)造、氧化劑氣體的流速以及氧化劑氣體從邊緣區(qū)域(液封區(qū)域)到中心區(qū)域(活性區(qū)域)的泄漏率而變化。
附圖4B示出組件100的陰極側(cè)的一部分的截面圖。如圖所示，陰極電流收集器118鄰近具有插輸入袋110的電流收集器118的側(cè)邊 118a的板部件102。電解液漿料121布置在由電流收集器的波紋形成的選定的電流收集器通道中。此外，在液封區(qū)域110a中提供墊片119，以便密封在陰極電流收集器118和口袋110之間形成的空間。陰極電極138鄰近陰極電流收集器118,并且對準陰極活性區(qū)域114。電流收集器118上的氣體定向擋板130填充液封區(qū)域110a的預(yù)定部分，以在流過液封區(qū)域110a的氧化劑氣體的路徑上形成柵欄。擋板 130的高度與電流收集器118的高度相同，擋板130的長度未延伸出液封區(qū)域110a。這樣，流過液封區(qū)域110a的氧化劑氣體由擋板130 阻塞，結(jié)果，將氣體推出或重新定向出液封區(qū)域110a，并且推進或重新定向到可以在燃料電池反應(yīng)中使用的陰極活性區(qū)域114。
附圖4A-B所示的擋板128、 130由稀漿(slurry)制備，該稀漿進一步由基于粘合劑和鎳粉的混合物的陶瓷膠(cement)形成。下面描述制造稀漿以及由稀漿制造擋板的方法。
現(xiàn)在描述制備用于陽極側(cè)擋板124、 126和用于陰極側(cè)擋板128、 130的材料的方法以及將擋板合并到電流收集器116和118的方法。這些方法用于制造配置如上所述的尺寸的組件，并且它們的描述涉及這種尺寸。
如上所述，陽極側(cè)擋板124、 126由鎳基陶瓷膠形成。特別地，陽極擋板漿料通過混合預(yù)定量的高鋁水泥、氧化鋯、地氧化鋯氈(felt) 和水制備。在示例中，在制備擋板漿料時使用Cotronics Inc.，s ResbondTM989高鋁水泥、ZYF-100地氧化鋯粉(Zircar Zirconia， Inc.) 以及蒸餾水。優(yōu)選地，成批如20cc尺寸批地制備陽極擋板漿料。
在制備成批的陽極擋板漿料的第一步中，ZYF-100襯墊材料是地，并且與Cotronics Resbond 989高鋁水泥、高純度氧化鋯粉以及蒸餾水混合。在當前的示例中，陽極擋板漿料混合物包括下面相對量的每個成分2x克的ZYF-100襯墊材料、167x克高鋁水泥、25x克氧化鋯粉以及x克蒸餾水，其中x可以基于批的尺寸而變化。例如，20cc批的陽極擋板漿料可以使用上述比例制備，通過研磨由Zircar Zironia公司制造的0.6克的ZYF-100襯墊材料，使用灰漿漿料，并且在塑料或其它適當?shù)娜萜髦袑⒌豘YF-100與由Cotronics公司制造的50.1克的 Cotronics Resbond 989高鋁水泥、由Alfa Aesar制造的7.5克的高純度氧化鋯(IV)粉以及0.3克的蒸餾水混合以形成漿料。
在緊接第一步驟的第二步驟中，將漿料載入具有適當尺寸的注射器。當漿料未應(yīng)用于形成陽極側(cè)擋板時，注射器是被遮蓋的。可以將漿料存儲在注射器中兩天以上。
然后，將使用上述方法制備的陽極擋板漿料應(yīng)用于波紋陽極電流
收集器的邊緣。在第一步驟中，沿陽極電流收集器的側(cè)邊放置覆蓋FEP 薄膜的墊片。該墊片提供鑄造邊，以及對應(yīng)用于電流收集器的擋板漿料的導向器。
特別地，為了制備如圖2A-2C所示的輸出端擋板124、 124b，首先在離側(cè)邊近似0.88英寸和在離電流收集器的輸出邊近似3.0英寸，將膠帶應(yīng)用于陽極電流收集器。類似地，當制造如圖2C所示的輸入端擋板124a時，在離側(cè)邊0.88英寸和離電流收集器的輸入邊大約3.0 英寸，將膠帶應(yīng)用于陽極電流收集器。這樣，膠帶限定了端部擋板的邊界，并且為在該邊界內(nèi)的區(qū)域填充擋板漿料提供了導向器。
在下一個步驟中，從注射器分配如前制備的陽極擋板漿料，以便填充由膠帶限定的陽極電流收集器的區(qū)域。然后，通過跨越陽極電流收集器以一定角度拖曳刮板或輥子，分配的漿料使電流收集器的波紋高度變得平滑。在該例子中，通過以一定角度將刮板從擋板的輸出或輸入側(cè)端拖曳到擋板的相對端，使用硅酮刮板平滑了電流收集器上的漿料。在平滑了漿料之后，通過橫向滑動墊片以從墊片釋放擋板漿料，然后通過從陽極電流收集器邊拉出墊片，可以將墊片從陽極電流收集器邊除去?？梢詫⒃搲|片擦凈，并且在進一步的擋板制備中重新使用。
如同端部擋板124 —樣，也在電流收集器的相應(yīng)邊上形成定向擋板126。為了在陽極電流收集器116上制備定向擋板126，沿陽極電流收集器的側(cè)邊定位覆蓋FEP薄膜的墊片。如上所述，墊片擔當鑄造邊，以及用于將擋板漿料應(yīng)用于陽極電流收集器的導向器。還沿陽極電流收集器的長度部分應(yīng)用膠帶，以便布置在離電流收集器的側(cè)邊近似 0.875英寸的液封區(qū)域中。這樣，膠帶限定了定向擋板126的長度邊界。
在下一個步驟中，在由墊片和膠帶限定的電流收集器的區(qū)域中，以預(yù)定間隔形成燃料定向擋板。特別地，每個定向擋板通過將適量的陽極擋板漿料從注射器以預(yù)定的樣式和預(yù)定的角度分配到陽極電流收集器上而制備。
附圖5A示出應(yīng)用于陽極電流收集器以形成定向擋板126的陽極擋板漿料的照片。如圖所示，通過分配T形樣式的漿料形成定向擋板，以便"T，，126a的頂部鄰近膠帶129。在當前的情況下，以與墊片131 成一定角度(即在此使用的45度)分配漿料，以便合成的擋板126 在燃料氣流方向上以45度傾斜。
擋板漿料使用刮板或輥子使陽極電流收集器的波紋高度平滑。在這種情況下，硅酮刮板用于跨越陽極電流收集器以45度角從擋板的一端到另一端拖曳。完成的定向擋板的寬度大約是0.5英寸。
如上所述，定向擋板沿電流收集器的邊緣長度以預(yù)定的間隔間隔開。為了形成如圖2A-2C所示的定向組件120，定向擋板以近似3英寸的間隔間隔開。因為定向擋板是傾斜的，因而擋板相鄰端部之間的間隔近似是2英寸?？梢岳斫?，擋板之間的間隔基于不同的因素如燃料流量和燃料泄漏到液封區(qū)域中的數(shù)量而變化。
在使用上述方法形成擋板之后，通過橫向滑動墊片以從墊片釋放漿料，以及通過從陽極電流收集器邊拉出墊片來除去墊片。然后，該墊片可以擦凈，并且重新使用。膠帶也從電流收集器除去。
在陽極電流收集器上形成端部擋板和定向擋板之后，允許其在室溫干燥近似4個小時。使用刀片或濕布除去波紋上以及陽極電流收集器的下側(cè)上任何過量的漿料。在附圖5B中以照片示出使用上述方法制備的完成的端部擋板124和三個定向擋板126。
現(xiàn)在描述制備用于制造氧化劑氣體擋板組件122的稀漿的方法以及由該稀漿制備的定向組件的擋板的方法。如上所述，并且類似于附圖1A和1B的擋板組件的連續(xù)擋板材料，稀漿是包括粘合劑和金屬粉的混合物。特別地，氧化劑擋板稀漿由預(yù)定量的粘合劑和鎳粉制備。在示例中，稀漿包括粘合劑和M255粉。粘合劑由PVA (聚乙烯醇) 粘合劑制成。
通過使用上述相對于燃料定向組件120的燃料氣體端部擋板124、 125類似的方法將擋板稀漿應(yīng)用于陰極電流收集器而制備擋板組件122的端部擋板128。特別地，在沿陰極電流收集器的側(cè)邊定位覆蓋 FEP薄膜的墊片之后，應(yīng)用膠帶以限定端部擋板的邊界。特別地，將膠帶離側(cè)邊近似0.88英寸以及離陰極輸出邊近似0.88英寸放置在陰極電流收集器上。然后，將擋板稀漿應(yīng)用于由墊片和膠帶限定的陰極電流收集器上的端部擋板區(qū)域。在應(yīng)用稀漿之后，可以將墊片除去、清洗以及重新使用。
氧化劑氣體定向擋板130還使用上述相對于燃料定向擋板126類似的方法而制造。在這種情況下，沿陰極電流收集器的相應(yīng)側(cè)邊定位覆蓋FEP薄膜的墊片。膠帶離電流收集器的側(cè)邊近似0.88英寸、沿陰極側(cè)液封區(qū)域的長度放置在陰極收集器上。膠帶限定了氧化劑定向擋板130的長度邊界。
在下一個步驟中，在由墊片和膠帶限定的區(qū)域內(nèi)陰極電流收集器上的預(yù)定位置處以預(yù)定的樣式分配適量的擋板稀漿。在此處的示例中，每個定向擋板通過以T形樣式分配稀漿形成，其中"T"的頂部鄰近由膠帶限定的邊界。分配稀漿，以便形成垂直于陰極電流收集器側(cè)邊的擋板。對每個定向擋板來說，使用刮板或棍子，稀漿使陰極電流收集器的波紋高度變得平滑。最后得到的定向擋板具有近似0.88英寸的寬度和大約0.88英寸的長度，如膠帶限定的。
如上所迷，在電流收集器上以預(yù)定間隔形成定向擋板。在當前的情況下，通過以2-3英寸的間隔分配稀漿形成多個定向擋板，以便最后得到的擋板之間的間隔近似是2-3英寸。
除了上述Ni漿料和鋯基陶瓷膠之外，可以使用其它高溫、耐腐蝕材料制造擋板組件120和122的擋板。其它例子是ZYF型氧化鋯氈 (ZircarZirconia公司)和陶資紙等等。將這些固體材料剪切成適當?shù)?形狀，插入或粘著到電流收集器的邊緣。氧化鋯氈作為襯墊材料已經(jīng) 在燃料電池環(huán)境中試驗過了，并且表現(xiàn)了極好的性能。ZYF型氧化鋯氈系列由機械聯(lián)鎖的、4-6微米直徑的、氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯纖維組成。這些氈是無機纖維，并且不包含粘合劑，以便能夠經(jīng)受非常高溫度的腐蝕環(huán)境。這些材料在強氧化還原環(huán)境中也是同樣耐腐蝕的?？梢詫⒁惠伝蛞黄趸啔旨羟谐扇我獾男螤?，以便得到更好的性能以及節(jié)省材料?？梢詫⒐腆w軟帶材料設(shè)計成不同的形狀，以便容易裝配，并且減少材料的使用。
雖然可以使用氈材料形成附圖2-5的離散的擋板組件，但是離散的擋板件的形成需要相當長時間制備和放置。用于擋板組件120和122 的可替換的擋板組件的布置本身適于氈材料，其是附圖6和7A-7B所示的鋸齒型組件?？梢酝ㄟ^將一條氈材料中心剪切成所需的如圖7A 所示的之字樣式制造如圖6所示的電流收集板171上的鋸齒形擋板 161。然后，將最后得到的件161如圖7B所示地分離，以提供單獨的擋板，其沿如圖6所示的電流收集器171的相對邊定位，并且粘著到該相對邊。在將鋸齒形的擋板應(yīng)用于電流收集器邊緣之后，可以使用陶瓷加固例如氧化鋯加固(Zircar Zirconia公司)使多孔氧化鋯氈結(jié) 構(gòu)變硬和加強。
附圖6、 7A-B的鋸齒形擋板結(jié)構(gòu)相當節(jié)省材料。而且，鄰近齒之間的開放區(qū)域是裝栽催化劑的理想位置，以便在液封區(qū)域中連續(xù)重整曱烷。
由于較少片材料需要沿陽極電流收集板的邊對準，因而鋸齒形擋板容易放置。而且，通過鋸齒形，擋板齒之間的間隙很淺，以便較少的氣體進入液封區(qū)域。鋸齒形組件的連續(xù)構(gòu)造還阻止了氣體泄漏到電流收集器的外邊。這適于最小化滑過邊密封間隙的反應(yīng)氣體。
可以理解，制造擋板組件的成本尤其與密封液封區(qū)域所需的材料即漿料、稀漿、氈等的數(shù)量成正比例。因而，可以選擇限制所需的材料的數(shù)量的特定組件，以便滿足成本限制，同時實現(xiàn)所需的防止燃料和氧化劑氣體繞過板組件的活性區(qū)域的效果。而且，可以選擇擋板組件，以便限制對雙極板組件的液封區(qū)域的硬度的影響。結(jié)果，保留燃料電池堆特別是液封區(qū)域的機械特征，以便防止在燃料電池的熱循環(huán) 期間電池活性區(qū)域部件之間的接觸損失。
附圖8-10示出沿邊701a和701b提供有擋板組件702的電流收集器701的進一步的實施方式。如上面對電流收集器116和118的描述，這些邊位于雙極隔離板相應(yīng)的口袋區(qū)域中。在這種情況下，擋板組件
的擋板702a由電流收集器板本身產(chǎn)生。特別地，在所示的情況下，如下制造擋板在沿定位擋板的側(cè)邊的區(qū)域中，使電流收集器的波紋703 變平，以便板在這些區(qū)域中變平；在變平的區(qū)域中進行L形沖切，以產(chǎn)生折翼或翻轉(zhuǎn)段；然后，將折翼或翻轉(zhuǎn)段或部分折疊出板的平面至板的波紋高度。因而，折起的折翼或翻轉(zhuǎn)部分形成所需的擋板。定向和端部擋板都可以以這種方式形成。
應(yīng)當注意到，如同雙極板100A—樣，電流收集器板116、 118和 701可以由不銹鋼的板材料制成?？诖考?04、 106、 110和112也可以由不銹鋼板材料制成。
在附圖1、 2A-2C和4A的擋板組件120和擋板組件122中，可以
優(yōu)化擋板的數(shù)量和形狀，以便得到更好的定向組件的性能以及低的制
造成本?？梢允褂糜嬎愕牧黧w動力學分析組件的性能，以便優(yōu)化擋板
的數(shù)量和應(yīng)用角度。特別地，每個組件的性能直接受到取決于擋板數(shù)
量的氣流泄漏率的影響?？梢允褂萌缦鹿酱_定流動泄漏率
流動泄漏率二旁通比-旁通^l，量 (1)
槽的數(shù)量
旁通比=^|^ (2) 總輸入流量
在公式(l)中，擋板數(shù)量是所用的擋板的數(shù)量，槽的數(shù)量表示擋板之間的間隔的數(shù)量。
使用如圖1、 2A和4A所示的布置試驗具有可變數(shù)量的定向擋板的燃料和氧化劑氣體定向組件的性能。在這些布置中，燃料氣體的旁通比近似<0.5%,氧化劑氣體的旁通比近似<0.8% 。
附圖12示出使用不同數(shù)量的定向擋板的附圖1、2A和4A的擋板組件的性能圖表。特別地，附圖12中的X軸表示在每個定向組件中使用的擋板的數(shù)量，而Y軸表示流動泄漏率，或者流入活性液封區(qū)域中的氣體的百分比。
可以在附圖12中看到，當不使用陽極側(cè)定向擋板時，流入非活性液封區(qū)域104a、106a中的燃料氣體的近似8%繞過陽極活性區(qū)域108。隨著陽極側(cè)定向擋板數(shù)量的增加，燃料氣體的流動泄漏率下降。特別
地，當燃料定向擋板的數(shù)量增加到10時，流動泄漏率下降到大約2.4 %,當定向擋板的數(shù)量增加到14或18時，流動泄漏率進一步下降到 1%以下。
類似地，如果不使用陰極側(cè)定向擋板，近似5.5%的氧化劑氣體通過流入非活性液封區(qū)域110a、 112a繞過陰極活性區(qū)域114。當在每個定向組件122中使用一個氧化劑氣體定向擋板時，氧化劑氣體的流動泄漏率下降到2.7%。當氧化劑氣體定向擋板的數(shù)量增加到3時，氧化劑氣體的流動泄漏率輕微下降到1%以上，當在每個氧化劑擋板組件中使用4、 5或7個定向擋板時，氧化劑流動泄漏率進一步下降到1% 以下。
可以從附圖12看到，燃料定向擋板的最佳數(shù)量在14至18之間，氧化劑氣體定向擋板的最佳數(shù)量在3至7之間?？梢岳斫猓诓煌?上述示例的尺寸的組件中，定向擋板的最佳數(shù)量會變化。而且，如果氣體的旁通比增加或下降，則定向擋板的最佳數(shù)量也會不同。
在所有的情況下，可以理解，上述布置僅僅是許多可能的、示出本發(fā)明的應(yīng)用的特定實施方式的示例。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，根據(jù)本發(fā)明的原理可以容易地設(shè)計出許多不同的其它布置。
權(quán)利要求
1.一種具有適于在燃料電池中使用的燃料電池板結(jié)構(gòu)的組件，其中氣流通道布置成鄰近燃料電池的活性區(qū)域和燃料電池的非活性液封區(qū)域運載過程氣體，所述板結(jié)構(gòu)具有一個或多個擋板，所述擋板布置成當所述板結(jié)構(gòu)處于燃料電池中時，所述板結(jié)構(gòu)的擋板使鄰近燃料電池的非活性液封區(qū)域流動的過程氣體遠離燃料電池的非活性液封區(qū)域并且向著燃料電池的活性區(qū)域被導向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述一個或多個擋板中的每個都包括應(yīng)用于所述板結(jié)構(gòu)的材料和所述板結(jié)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)段中的一個。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其中所述材料包括下面中的一個或多個由包括高鋁水泥、氧化鋯、氧化鋯氈和水的漿料得到的氧化鋯基的材料；由鎳金屬粉和粘合劑的混合物得到的金屬材料；氧化鋯氈材料；以及陶瓷材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的組件，其中所述板結(jié)構(gòu)包括陰極電流收集器和陰極電流收集器中的至少一個；以及所述一個或多個擋板合并到所述陽極電流收集器和所述陰極電流收集器中的至少一個中。
5. 如權(quán)利要求4所述的組件，其中所述一個或多個擋板中的每個都包括下面中的一個沿所述陽極電流收集器和所述陰極電流收集器之一的一側(cè)布置的連續(xù)的矩形形狀的材料；沿所述陽極電流收集器和所述陰極電流收集器之一的一側(cè)布置的連續(xù)的鋸齒形材料；沿所述陽極電流收集器和所述陰極電流收集器之一的一側(cè)布置的多個離散間隔的擋板材料片；以及所述陽極電流收集器和所述陰極電流收集器之一的多個間隔的翻轉(zhuǎn)的邊段。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的組件，還包括與所述板結(jié)構(gòu)一起形成所述燃料電池的其它成分。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的組件，其中所述板結(jié)構(gòu)包括具有中心區(qū)域和與所述中心區(qū)域鄰接的相對的第一和第二側(cè)邊的部件，以便當所述板結(jié)構(gòu)處于所述燃料電池中時，所述部件的所述中心區(qū)域鄰近所述燃料電池的所述活性區(qū)域，并且所述第一和第二側(cè)邊鄰近所述燃料電池的所述液封區(qū)域；所述一個或多個擋板沿所述相對的第一和第二側(cè)邊中的一個或多個，并且每個包括下面中的一個連續(xù)的矩形擋板材料；連續(xù)的鋸齒形擋板材料；多個離散間隔的擋板材料片；所述部件的多個間隔的翻轉(zhuǎn)邊段。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l的組件，其中所述擋板材料包括下面中的一個或多個由包括高鋁水泥、氧化鋯、氧化鋯氈和水的漿料得到的氧化鋯基的材料；由鎳金屬粉和粘合劑的混合物得到的金屬材料；氧化鋯氈材料；以及陶瓷材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的組件，其中所述板結(jié)構(gòu)包括具有中心區(qū)域和與所述中心區(qū)域鄰接的相對的第一和第二側(cè)邊的部件，以便當所述板結(jié)構(gòu)處于所述燃料電池中時，所述部件的所述中心區(qū)域鄰近所述燃料電池的所述活性區(qū)域，并且所述第一和第二側(cè)邊鄰近所述燃料電池的所述液封區(qū)域；以及所述一個或多個擋板沿所述相對的第一和第二側(cè)邊中的一個或多個。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的組件，其中所述一個或多個擋板包括沿所述部件的所述第一側(cè)邊定位的多個第一擋板，以及沿所述部件的所述第二側(cè)邊定位的多個第二擋板。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的組件，其中所述部件包括橫穿所述第一和第二側(cè)邊并且與所述中心區(qū)域鄰接的輸入和輸出邊；所述部件是陽極電流收集器；所述多個第一擋板包括位于所述第一側(cè)邊和所述輸出邊的拐角處的第一拐角擋板，以及一個或多個沿與所述第一拐角擋板間隔開的所述第一側(cè)邊的擋板；以及所述多個第二擋板包括位于所述第二側(cè)邊和所述輸出邊的拐角的第二拐角擋板，以及一個或多個與所述第二拐角擋板間隔開的擋板。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的組件，其中所述多個第一擋板包括位于所述第一側(cè)邊和所述輸入邊的拐角的第三拐角擋板；以及所述多個第二擋板包括位于所述第二側(cè)邊和所述輸入邊的拐角的第四拐角擋板。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的組件，其中與所述第一拐角擋板間隔開的所述多個第一擋板的所述一個或多個擋板在從所述輸出邊到所述第一側(cè)邊的方向上傾斜預(yù)定的角度；與所述第二拐角擋板間隔開的所述多個第二擋板的所述一個或多個擋板在從所述輸出邊到所述第二側(cè)邊的方向上傾斜預(yù)定的角度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的組件，其中所述角度是45。；以及所述多個第一擋板和多個第二擋板都包含從14到18個擋板。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的組件，其中所述多個第一和第二擋板的所述擋板中的每個包括應(yīng)用于所述部件的材料和所述部件的翻轉(zhuǎn)段中的一個；所述材料包括由包括高鋁水泥、氧化鋯、氧化鋯氈和水的漿料得中的一個；并且所述部件包括波紋。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的組件，其中所述部件包括橫穿所述第一和第二側(cè)邊并且與所述中心區(qū)域鄰接的輸入和輸出邊；所述部件是陰極電流收集器；所述多個第一擋板包括位于所述第一側(cè)邊和所述輸出邊的拐角的第一拐角擋板；一個或多個沿與所述第一拐角擋板間隔開的所述第一側(cè)邊的擋板；以及位于所述第一側(cè)邊和所述輸入邊的拐角的第二拐角擋板；以及所述多個第二擋板包括位于所述第二側(cè)邊和所述輸出邊的拐角的第三拐角擋板；一個或多個與所述第三拐角擋板間隔開的擋板；以及位于所述第二側(cè)邊和所述輸入邊的拐角的第四拐角擋板。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的組件，其中與所述第一拐角擋板間隔開的所述多個第一擋板的所述一個或多個擋板垂直于所述第一側(cè)邊；與所述第三拐角擋板間隔開的所述多個第二擋板的所述一個或多個擋板垂直于所述第二側(cè)邊。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的組件，其中所述多個第一擋板和多個第二擋板都包含4至7個擋板。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的組件，其中所述多個第一和第二擋板的所述擋板的每個包括應(yīng)用于所述部件的材料和所述部件的翻轉(zhuǎn)段中的一個。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的組件，其中所述材料包括由包括由高鋁水泥、氧化鋯、氧化鋯氈和水的漿料得到的氧化鋯基材料以及由鎳金屬粉和粘合劑的混合物得到的金屬材料中的一個；以及所述部件包括波紋。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述板結(jié)構(gòu)適于在鄰近的第一和第二燃料電池中使用，并且包括雙極板，其具有由雙極板相對的第一和第二邊以及橫穿所述雙極板相對的第一和第二邊的相對的第三和第四邊鄰接的、相對的陽極和陰極表面；分別在所述雙極板的所述第一和第二相對邊處，位于所述雙極板的所述陽極表面上的第一和第二口袋區(qū)域；以及分別在所述雙極板的所述第三和第四相對邊處，位于所述雙極板的所述陰極表面上的第三和第四口袋區(qū)域；當所述板結(jié)構(gòu)在所述第一和第二燃料電池中使用時，所述雙極板的所述第一和第二口袋區(qū)域以及所述第三和第四口袋區(qū)域分別是所述第一和第二燃料電池的非活性液封區(qū)域；當所述板結(jié)構(gòu)在所述第一和第二燃料電池中使用時，所述雙極板在所述雙極板的所述第一和第二口袋區(qū)域之間的所述陽極表面以及所述雙極板在所述雙極板的所述第三和第四口袋區(qū)域之間的所述陰極表面分別是所述第一和第二燃料電池的活性區(qū)域；以及所述一個或多個擋板位于所述第一、第二、第三和第四口袋區(qū)域中的一個或多個中。
22. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的組件，其中所述一個或多個擋板位于所述第一、第二、第三和第四口袋區(qū)域中的每個中。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的組件，其中所述一個或多個擋板中的每個包括應(yīng)用于所述板結(jié)構(gòu)的材料以及所述板結(jié)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)段中的一個。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的組件，其中所述材料包括下面中的一個由包括高鋁水泥、氧化鋯、氧化鋯氈和水的漿料得到的氧化鋯基材料；由鎳金屬粉和粘合劑的混合物得到的金屬材料；氧化鋯氈材料；以及陶資材料。
25. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的組件，其中所述板結(jié)構(gòu)還包括鄰近所述雙極板的陽極表面的陽極電流收集器和鄰近所述雙極板的所述陰極表面的陰極電流收集器中的至少一個;以及所述一個或多個擋板合并在所述陽極電流收集器和所述陰極電流收集器中的至少一個中。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的組件，其中所述一個或多個擋板中的每個包括下面之一沿所述陽極電流收集器和所述陰極電流收集器中的一個的一側(cè)布置的連續(xù)的矩形材料；沿所述陽極電流收集器和所述陰極電流收集器中的一個的一側(cè)布置的連續(xù)的鋸齒形材料；沿所述陽極電流收集器和所述陰極電流收集器中的一個的一側(cè)布置的多個離散間隔的擋板材料片；以及所述陽極電流收集器和所述陰極電流收集器中的一個的多個間隔的翻轉(zhuǎn)邊段。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的組件，還包括與所述板結(jié)構(gòu)一起形成所述第一和第二燃料電池的其它成分。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的組件，其中所述一個或多個擋板中的每個包括應(yīng)用于所述板結(jié)構(gòu)的材料以及所述板結(jié)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)段中的一個；所述板結(jié)構(gòu)包括所述陽極電流收集器和所述陰極電流收集器；以及所述一個或多個擋板合并在所述陽極電流收集器和所述陰極電流收集器中。
29. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的組件，其中所述板結(jié)構(gòu)包括陽極電流收集器，所述陽極電流收集器具有中心區(qū)域和與所述中心區(qū)域鄰接的相對的第一和第二側(cè)邊，以便當所述板結(jié)構(gòu)處于所述燃料電池中時，所述陽極電流收集器的所述中心區(qū)域鄰近所述雙極板的所述陽極表面的中心區(qū)域，并且所述陽極電流收集器的所述第一和第二側(cè)邊是鄰近的，并且位于所述雙極板的所述陽極表面上的所述第一和第二口袋區(qū)域內(nèi)；以及所述一個或多個擋板沿所述陽極電流收集器的所述相對的第一和第二側(cè)邊中的一個或多個。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的組件，其中所述一個或多個擋板包括多個沿所述陽極電流收集器的所述第一側(cè)邊定位的第一擋板，以及多個沿所述陽極電流收集器的所述第二側(cè) 邊定位的第二擋板。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的組件，其中所述陽極電流收集器包括橫穿所述第一和第二側(cè)邊并且與所述陽極電流收集器的所述中心區(qū)域鄰接的輸入和輸出邊；所述多個第一擋板包括位于所述第一側(cè)邊和所述陽極電流收集器的所述輸出邊的拐角的第一拐角擋板，以及沿與所述陽極電流收集器的所述第一拐角擋板間隔的所述第一側(cè)邊的一個或多個擋板；以及所述多個第二擋板包括位于所述第二側(cè)邊和所述陽極電流收集器的所述輸出邊的拐角的第二拐角擋板，以及與所述陽極電流收集器的所述第二拐角擋板間隔的一個或多個擋板。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的組件，其中所述多個第一擋板包括位于所述第一側(cè)邊和所述陽極電流收集器的所述輸入邊的拐角的第三拐角擋板；以及所述多個第二擋板包括位于所述第二側(cè)邊和所述陽極電流收集器的所述輸入邊的拐角的第四拐角擋板。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的組件，其中與所述陽極電流收集器的所述第一拐角擋板間隔的所述多個第一擋板的所述一個或多個擋板在從所述輸出邊到所述陽極電流收集器的所述第一側(cè)邊的方向上以預(yù)定的角度傾斜；與所述陽極電流收集器的所述第二拐角擋板間隔的所述多個第二擋板的所述一個或多個擋板在從所述輸出邊到所述陽極電流收集器的所述第二側(cè)邊的方向上以預(yù)定的角度傾斜。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的組件，其中所述角度是45。；以及所述多個第一擋板和多個第二擋板都包含14至18個擋板。
35. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的組件，其中所述多個第一和第二擋板中的每個包括應(yīng)用于所述部件的材料以及所述部件的翻轉(zhuǎn)段中的一個。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的組件，其中所述材料包括由包括高鋁水泥、氧化鋯、氧化鋯氈和水的漿料得到的氧化鋯基材料以及由鎳金屬粉和粘合劑的混合物得到的金屬材料中的一個；并且所述電流收集器包括波紋。
37. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的組件，其中所述板結(jié)構(gòu)還包括陰極電流收集器，所述陰極電流收集器具有中心區(qū)域和與所述中心區(qū)域鄰接的相對的第一和第二側(cè)邊，以^^當所述板結(jié)構(gòu)位于所述燃料電池中時，所述陰極電流收集器的所述中心區(qū)域鄰近所述雙極板的所述陰極表面的中心區(qū)域，所述陰極電流收集器的所述第一和第二側(cè)邊是鄰近的，并且位于所述雙極板的所述陰極表面上的所述第三和第四口袋區(qū)域內(nèi)；以及所述一個或多個擋板沿所述陰極電流收集器的所述相對的第一和第二側(cè)邊中的一個或多個。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的組件，其中所述陰極電流收集器包括橫穿所述第一和第二側(cè)邊并且與所述陰極電流收集器的所述中心區(qū)域鄰接的輸入和輸出邊；所述一個或多個擋板包括沿所述陰極電流收集器的所述第一側(cè)邊定位的多個第三擋板，以及沿所述陰極電流收集器的第二側(cè)邊定位的多個第四擋板。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的組件，其中所述陰極電流收集器包括橫穿所述第一和第二側(cè)邊并且與所述陰極電流收集器的所述中心區(qū)域鄰接的輸入和輸出邊；所述多個第三擋板包括位于所述第一側(cè)邊和所述陰極電流收集器的所述輸出邊的拐角的第一拐角擋板；沿與所述多個第三擋板的所述第一拐角擋板間隔的所述陰極電流收集器的所述第一側(cè)邊的一個或多個擋板；以及所述多個第四擋板包括位于所述第二側(cè)邊和所述陰極電流收集器的所述輸出邊的拐角的第三拐角擋板；沿與所述多個第四擋板的所述第三拐角擋板間隔的所述陰極電流收集器的所述第二邊的一個或多個擋板；以及位于所述第二側(cè)邊和所述陰極電流收集器的所述輸入邊的拐角的第四拐角擋板。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的組件，其中與所述第一拐角擋板間隔的多個所述第三擋板的所述一個或多個擋板垂直于所述陰極電流收集器的所述第一側(cè)邊；與所述第三拐角擋板間隔的所述多個第四擋板的所述一個或多個擋板垂直于所述陰極電流收集器的所述第二側(cè)邊。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的組件，其中所述多個第三擋板和多個第四擋板都包含4至7個擋板。
42. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的組件，其中所述多個第一、第二、第三和第四擋板中的每個都包括應(yīng)用于所述部件的材料以及所述部件的翻轉(zhuǎn)段中的一個。
43. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的組件，其中所述材料包括由包括高鋁水泥、氧化鋯、氧化鋯氈和水的漿料得到的氧化鋯基材料以及由鎳金屬粉和粘合劑的混合物得到的金屬材料中的一個；以及每個所述陽極和陰極電流收集器包括波紋。
44. 一種制造在用于燃料電池的板結(jié)構(gòu)中使用的電流收集器的方法，所述電流收集器具有中心區(qū)域和與所述中心區(qū)域鄰接的相對的第一和第二側(cè)邊，所述方法包括下面的步驟制備用于形成一個或多個擋板的擋板混合物；沿所述第一和第二側(cè)邊中的至少一個將所述擋板混合物應(yīng)用于所述電流收集器的一個或多個段；以及干燥所述應(yīng)用的混合物，以便在所述電流收集器上提供一個或多個擋板。
45. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，還包括在干燥所述應(yīng)用的擋板混合物之前，使所述應(yīng)用的擋板混合物變平的步驟。
46. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中所述電流收集器是帶波紋的，并且所述應(yīng)用的擋板混合物裝填所述一個或多個段中的波紋。
47. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中所述電流收集器是陽極電流收集器；以及所述混合物是包括高鋁水泥、氧化鋯、氧化鋯氈和水的漿料。
48. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中所述電流收集器是陰極電流收集器；以及所述混合物包括鎳金屬粉和粘合劑的混合物。
49. 一種制造在用于燃料電池的板結(jié)構(gòu)中使用的電流收集器的方法，所述電流收集器具有中心區(qū)域和與所述中心區(qū)域鄰接的相對的第一和第二側(cè)邊，所述方法包括下面的步驟在所述側(cè)邊中的至少一個的一個或多個段處剪切所述電流收集器；在所述一個或多個段的每個切口處折疊所述電流收集器，以便產(chǎn) 生形成擋板的翻轉(zhuǎn)段。
50. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中所述切口中的每個都是L形的。
51. —種制造在用于燃料電池的板結(jié)構(gòu)中使用的電流收集器的方法，所述電流收集器具有中心區(qū)域和與所述中心區(qū)域鄰接的相對的第一和第二側(cè)邊，所述方法包括下面的步驟通過沿之字路徑剪切材料的材料中心而制備擋板，以形成第一和第二鋸齒形的擋板；將所述鋸齒形擋板應(yīng)用于所述電流收集器的所述第一和第二側(cè)邊。
52. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其中所述材料是氧化鋯氈。
53. 根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，還包括將氧化鋯加固應(yīng)用于所述鋸齒形擋板。
全文摘要
一種具有在燃料電池中使用的燃料電池板結(jié)構(gòu)的組件，其中將氣流通道布置成鄰近燃料電池的活性和液封區(qū)域運載過程氣體，所述板結(jié)構(gòu)具有布置的一個或多個擋板，以便當板結(jié)構(gòu)位于燃料電池中時，板結(jié)構(gòu)的擋板使鄰近液封區(qū)域流動的過程氣體遠離液封區(qū)域并且向著電池的活性區(qū)域被導向。
文檔編號H01M8/02GK101411019SQ200780010907
公開日2009年4月15日申請日期2007年1月24日優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者D·A·凱利, M·法魯克, W·比斯利, 喻肇宜, 麻智文申請人:燃料電池能有限公司

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