專利名稱：質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊和燃料電池堆疊模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊和一種燃料電池堆疊模塊，且更具體
來說，涉及一種由多個串連電連接的燃料電池堆疊模塊組成的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆 疊，所述燃料電池堆疊模塊通過減少的壓縮力耦合在一起，且在小于所述減少的壓縮力的 壓力下實現(xiàn)最佳電性能。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種電化學(xué)裝置，其將氫氣、燃料源和通常得自環(huán)境空氣的氧氣進行 反應(yīng)以產(chǎn)生電、水和熱?；具^程是高度有效的，且以純氫為燃料的燃料電池大體上無污 染。此外，由于燃料電池可被組裝為具有各種大小的模塊，因此已開發(fā)出電力系統(tǒng)以產(chǎn)生廣 闊范圍的電功率輸出。由于這些屬性的結(jié)果，燃料電池電力系統(tǒng)很有希望作為用于大量應(yīng) 用的環(huán)境友好且可行的電來源。 多種已知燃料電池技術(shù)中的一者是質(zhì)子交換薄膜(PEM)燃料電池。PEM燃料電池 操作所根據(jù)的基本電化學(xué)過程在此項技術(shù)中充分地被理解且知道。典型的單個PEM燃料電 池產(chǎn)生約0. 45到約0. 70伏DC的有用電壓，但大多數(shù)燃料電池在約0. 60伏DC下操作以便 從其提取最大效率。為了實現(xiàn)有用電壓，通常將若干個別燃料電池串聯(lián)地電組合或耦合。在 一個常見配置中，若干個別燃料電池以燃料電池堆疊的形式串聯(lián)地電耦合。在堆疊配置中， 一個燃料電池的陽極電耦合到另一燃料電池的陰極，以便串聯(lián)連接所述兩個燃料電池。任 何數(shù)目的燃料電池可類似地堆疊在一起以實現(xiàn)所需的輸出電壓和電流。通常，這些個別燃 料電池由導(dǎo)電雙極隔板分離。此外，個別燃料電池放置于兩個端板之間且對其施加相當(dāng)大 的壓縮力，以便有效將其密封且實現(xiàn)相應(yīng)燃料電池之間的操作上有效的歐姆電連接。
除了所提到的相對低操作溫度PEM燃料電池以外，已開發(fā)出上文的固體氧化物燃 料電池(S0FC)。 SOFC是直接從化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電的燃料電池，但不同于PEM燃料電池，S0FC 通常由固體陶瓷材料組成。此類現(xiàn)有技術(shù)S0FC裝置中所采用的材料的選擇在較大程度上 由此類裝置所經(jīng)歷的高操作溫度(600-800攝氏度)規(guī)定。鑒于致使基于陶瓷的電解質(zhì)變?yōu)?電離活性所需的極高操作溫度，S0FC裝置不需要使用昂貴的催化劑(鉑)，而如上文論述的 PEM燃料電池需要如此。由于這些高操作溫度的結(jié)果，對于S0FC可采用各種各樣的在PEM 燃料電池中無法正常使用的燃料。因此，SOFC裝置可采用例如甲烷、丙烷、丁烷、發(fā)酵氣、氣 化生物燃料等燃料。在典型的SOFC裝置中，由例如氧化鋯等材料形成的基于陶瓷的電解質(zhì) 夾在多孔的導(dǎo)電陰極層與多孔的導(dǎo)電陽極層之間。這些陰極和陽極層通常是出于其結(jié)構(gòu)剛 性和高溫容限而選擇的陶瓷氣體擴散層。所選的電解質(zhì)必須不透空氣(氧氣)且必須電絕 緣，使得從陽極側(cè)上的氧化反應(yīng)產(chǎn)生的電子受迫行進通過外部電路，之后到達SOFC的陰極 側(cè)。在典型的SOFC裝置中，金屬或?qū)щ娀ミB件以串聯(lián)布置電耦合相應(yīng)電池。如果采用陶瓷 互連件，那么其必須極端穩(wěn)定，因為其暴露于處于高溫下的SOFC的氧化側(cè)和還原側(cè)兩者。
從上文論述應(yīng)了解，制造此類SOFC裝置的成本是顯著的。此外，為了致使此類裝 置操作，必須采用相當(dāng)顯著且復(fù)雜的設(shè)備平衡布置來以可控制方式將SOFC裝置加熱直到
19操作溫度，且隨后將裝置維持在可接受的溫度范圍內(nèi)。相比之下，PEM燃料電池不需要SOFC 裝置中所采用的極高溫度以便致使電解質(zhì)(通常為Nafion)變?yōu)殡婋x活性。此外，這些高 溫已規(guī)定針對陽極和陰極使用耐熱陶瓷材料。制造這些組件的成本是顯著的。在典型的 PEM燃料電池裝置中，其設(shè)計者已持續(xù)努力采用較低成本組件，且簡化任何設(shè)備平衡要求以 便減少其成本且使每產(chǎn)生的功率瓦特的成本對于謹慎的市場應(yīng)用來說更加可接受。
雖然傳統(tǒng)的PEM燃料電池堆疊已以某種程度的成功來操作，但若干缺點持續(xù)分散 其有用性。這些缺點中的第一者是傳統(tǒng)堆疊設(shè)計的個別組件的高制造成本。這些高成本組 件中的首要組件是對于其而采用的雙極板。為了節(jié)約成本，許多燃料電池堆疊制造商已嘗 試將若干功能組合到雙極板中?，F(xiàn)代的雙極板是精確制造的組件，其執(zhí)行若干功能，包含燃 料管理、冷卻、電傳導(dǎo)和氣體分離。此功能組合的結(jié)果是必須犧牲許多區(qū)域中的性能以便節(jié) 省成本。此布置的實例參見第5， 252， 410號和第5， 863， 671號美國專利，其教示以引用的 方式并入本文中。 影響傳統(tǒng)燃料電池堆疊的另一主要成本或因素是貢獻于使此類裝置操作所需的 力壓縮的成本或因素。為了實現(xiàn)質(zhì)子交換薄膜、氣體擴散層和/或雙極板之間的操作上有 效的電傳導(dǎo)性，必須在傳統(tǒng)堆疊的端板之間施加大量力。通常，這些壓縮力超過每平方英寸 100磅。為了實現(xiàn)此壓縮力水平，常常需要昂貴的、重的且復(fù)雜的組件。此力的施加通常壓 縮堆疊內(nèi)的相同組件，對于多孔的那些組件，此相同的力可能減少其多孔性。可歸因于傳統(tǒng) 燃料電池堆疊設(shè)計或布置的又一缺點是熱管理。因為燃料電池在產(chǎn)生電的同時產(chǎn)生熱，所 以過量熱常常在堆疊內(nèi)的中心和其它位置中產(chǎn)生并累積。已開發(fā)出若干復(fù)雜的技術(shù)和設(shè)計 以管理這些熱點，但結(jié)果是所得燃料電池堆疊系統(tǒng)的較高制造成本和較大復(fù)雜性。
對與現(xiàn)有技術(shù)力壓縮布置的成本和復(fù)雜性相關(guān)聯(lián)的問題的一種提出的解決方案 已揭示于第6，716，549號美國專利中，所述專利的教示以引用的方式并入本文中。此提出 的解決方案涉及用金屬涂覆傳統(tǒng)的剛性碳氣體擴散層的表面，使得所得金屬化氣體擴散層 保持其多孔性。碳氣體擴散層的所得金屬化表面形成與鄰近金屬集電極的歐姆接觸，而無 需在沒有金屬層的情況下通常將需要的高壓縮力。雖然此解決方案解決了與力壓縮相關(guān)聯(lián) 的某些問題，但其仍需要使用剛性的碳氣體擴散層，其已變得越來越昂貴且難以采購。因 此，長期需要對現(xiàn)在此項技術(shù)中揭示的現(xiàn)有技術(shù)高力壓縮質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊的較 低成本且較高性能的替代物。 現(xiàn)有技術(shù)充分具有嘗試解決這些和其它問題的其它現(xiàn)有技術(shù)燃料電池裝置的許 多實例。官方注意涉及第5， 470， 671號、第5， 482， 792號美國專利和第2006/0134498號美 國申請公開案，其教示均以引用的方式并入本文中。 避免伴隨現(xiàn)有技術(shù)裝置和在此之前利用的實踐的缺點的質(zhì)子交換薄膜燃料電池 堆疊和相關(guān)聯(lián)的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊是本申請案的標(biāo)的物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面涉及一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包含多個重復(fù)的串聯(lián) 電耦合的燃料電池堆疊模塊，所述模塊通過小于每平方英寸約60磅的壓縮力以可密封方 式安裝在一起。 本發(fā)明的另一方面涉及一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包含第一和第二端
20板，其以大體上平行間隔關(guān)系而安置；以及多個重復(fù)的空氣冷卻的燃料電池堆疊模塊，其定 位在所述第一與第二端板之間且串聯(lián)電耦合在一起，且其中所述相應(yīng)端板通過向所述相應(yīng) 燃料電池堆疊模塊中的每一者施加小于每平方英寸約60磅的壓縮力而以可密封方式將所 述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊耦合在一起，且其中所述質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊具有在所述 第一與第二端板之間測量的改變小于約10%的操作溫度分布。 本發(fā)明的再一方面涉及一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，其包含質(zhì)子交換 薄膜，其具有陽極側(cè)和陰極側(cè)；第一氣體擴散層，其相對于所述陽極側(cè)并置；第二氣體擴散 層，其相對于所述陰極側(cè)并置；導(dǎo)電散熱片，其具有導(dǎo)熱質(zhì)量且相對于所述第二氣體擴散層 并置；以及集電隔板，其相對于所述第一氣體擴散層成歐姆電接觸而并置，且其中多個燃料 電池堆疊模塊串聯(lián)電連接，且進一步安裝在第一與第二端板之間以形成燃料電池堆疊，且 其中第一燃料電池模塊的所述集電隔板相對于所述第一端板并置，且其中遠端的第二燃料 電池模塊的散熱片相對于所述第二端板以受力關(guān)系而定位，且其中所述第一和第二端板向 所述多個質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊中的每一者提供小于每平方英寸約60磅的壓縮 力。 本發(fā)明的又一方面涉及一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包含多個重復(fù)的串 聯(lián)電耦合的燃料電池堆疊模塊，其通過小于每平方英寸約60磅的壓縮力以可密封方式安 裝在一起，且其中所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊進一步包括框架，所述框架具有內(nèi)部和外部 周邊邊緣以及第一和第二側(cè)，且其中所述內(nèi)部周邊邊緣界定內(nèi)部腔，且其中所述相應(yīng)框架 以操作定向自對準(zhǔn)且配合地嵌套在一起，且其中所述相應(yīng)框架各自界定空氣通路，所述空 氣通路在所述內(nèi)部與外部周邊邊緣之間延伸且與其內(nèi)部腔連通。 此外，本發(fā)明的另一方面涉及一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，其包含質(zhì) 子交換薄膜，其具有陽極側(cè)和陰極側(cè)；第一氣體擴散層，其相對于所述陽極側(cè)并置；第二氣 體擴散層，其相對于所述陰極側(cè)并置；導(dǎo)電散熱片，其相對于所述第二氣體擴散層并置；框 架，其具有內(nèi)部和外部周邊邊緣以及第一和第二側(cè)，且其中所述內(nèi)部周邊邊緣在所述框架 內(nèi)界定內(nèi)部腔，且其中所述質(zhì)子交換薄膜、所述第一和第二氣體擴散層以及所述散熱片封 閉在所述內(nèi)部腔內(nèi)；以及第一集電隔板，其安裝在所述框架的第一側(cè)上，且相對于所述第一 氣體擴散層并置，以便形成燃料電池堆疊模塊，且其中多個燃料電池堆疊模塊定位在第一 與第二端板之間，且進一步串聯(lián)電耦合在一起，且其中所述相應(yīng)端板在所述相應(yīng)燃料電池 堆疊模塊中的每一者上施加小于每平方英寸約60磅的壓縮力。 本發(fā)明的另一方面涉及一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包含多個重復(fù)的串 聯(lián)電耦合的燃料電池堆疊模塊，其各自界定內(nèi)部腔且通過小于每平方英寸約60磅的壓縮 力以可密封方式安裝在一起；以及質(zhì)子交換薄膜相對于至少一個陶瓷氣體擴散層以操作定 向而放置，且接納在所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊的所述腔內(nèi)。 本發(fā)明的再一方面涉及一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包含第一和第二端 板，其以大體上平行間隔關(guān)系而安置；以及多個重復(fù)的空氣冷卻的燃料電池堆疊模塊，其定 位在所述第一與第二端板之間且串聯(lián)電耦合在一起，且所述燃料電池堆疊模塊進一步具有 在所述第一與第二端板之間測量的操作上有效的傳導(dǎo)性，所述操作上有效的傳導(dǎo)性是在小 于施加于所述多個所述燃料電池堆疊模塊中的每一者的壓縮力的壓力下實現(xiàn)的，且所述燃 料電池堆疊模塊進一步具有在所述第一與第二端板之間測量的大體上均勻的操作上有效的溫度分布。 本發(fā)明的又一方面涉及一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，其包含質(zhì)子交換 薄膜，其具有陽極側(cè)和陰極側(cè)；第一導(dǎo)電陶瓷層，其相對于所述陽極側(cè)并置；第二導(dǎo)電陶瓷 層，其相對于所述陰極側(cè)并置；導(dǎo)電散熱片，其相對于所述第二導(dǎo)電陶瓷層并置；框架，其 具有內(nèi)部和外部周邊邊緣以及第一和第二側(cè)，且其中所述內(nèi)部周邊邊緣界定內(nèi)部腔，且其 中所述相應(yīng)框架各自界定空氣通路，所述空氣通路在所述內(nèi)部與外部周邊邊緣之間延伸且 與其內(nèi)部腔連通，且其中所述質(zhì)子交換薄膜、第一和第二導(dǎo)電陶瓷層以及所述導(dǎo)電散熱片 封閉在所述內(nèi)部腔內(nèi)；以及集電隔板，其安裝在所述框架的第一側(cè)上且相對于所述第一導(dǎo) 電陶瓷層并置。 本發(fā)明的另一方面涉及一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包含第一端板和相 對的第二端板；多個燃料電池堆疊模塊，其安裝在所述第一與第二端板中的每一者之間， 且其中所述燃料電池堆疊模塊中的每一者進一步包含質(zhì)子交換薄膜，其具有陽極側(cè)和陰 極側(cè)；第一導(dǎo)電陶瓷擴散層，其相對于所述陽極側(cè)并置；第二導(dǎo)電陶瓷氣體擴散層，其相對 于所述陰極側(cè)并置；導(dǎo)電散熱片，其相對于所述第二陶瓷氣體擴散層并置，且其中所述散 熱片界定多個流體通路，所述流體通路準(zhǔn)許空氣源穿過其中且到達所述第二陶瓷氣體擴散 層；框架，其具有第一和第二側(cè)以及內(nèi)部和外部周邊邊緣，且其中所述內(nèi)部周邊邊緣界定內(nèi) 部腔，且其中所述質(zhì)子交換薄膜、所述第一和第二陶瓷氣體擴散層以及所述散熱片封閉在 所述內(nèi)部腔內(nèi)，且其中所述框架界定各自相對于第一陶瓷氣體擴散層以流體流動關(guān)系而安 置的燃料和排放氣體通路，且其中所述框架進一步界定相對于所述散熱片以流體流動關(guān)系 而定向的空氣通路，且其中所述框架進一步具有延伸到所述內(nèi)部腔中且大體上外接所述框 架的內(nèi)部周邊邊緣的安裝凸緣，且其中所述質(zhì)子交換薄膜以可密封方式附接到所述安裝凸 緣；第一集電隔板，其安裝在所述框架的第一側(cè)上，且相對于第一氣體擴散層并置；以及第 二集電隔板，其相對于所述第二端板并置，且其中第一燃料電池模塊的第一集電隔板相對 于所述第一端板并置，且其中第二集電隔板相對于鄰近于所述第二端板而定位的第二燃料 電池模塊的散熱片并置，且其中所述第一和第二端板向所述多個燃料電池模塊中的每一者 提供小于每平方英寸約60磅的壓縮力。 本發(fā)明的另一方面涉及一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包含多個框架，其各 自具有內(nèi)部和外部周邊邊緣以及第一和第二側(cè)，且其中所述內(nèi)部周邊邊緣界定內(nèi)部腔，且 其中所述相應(yīng)框架以操作定向自對準(zhǔn)且配合地嵌套在一起，且其中所述相應(yīng)框架各自界定 空氣通路，所述空氣通路在所述內(nèi)部與外部周邊邊緣之間延伸且與其內(nèi)部腔連通，且其中 所述相應(yīng)框架中的每一者進一步界定燃料氣體通路，所述燃料氣體通路相對于至少部分由 所述框架中的每一者的第一側(cè)界定的多個燃料氣體通道以流體流動關(guān)系而耦合，且其中所 述燃料氣體通道中的每一者以流體流動關(guān)系而耦合到所述框架的所述內(nèi)部腔，且其中所述 相應(yīng)燃料電池堆疊模塊的個別燃料氣體通路各自相對于彼此以流體流動關(guān)系而耦合，且其 中所述框架進一步界定相對于至少部分由所述框架的第一側(cè)界定的多個排放氣體通道以 流體流動關(guān)系耦合，且其中所述個別排放氣體通道以流體流動關(guān)系而耦合到所述框架的所 述內(nèi)部腔，且其中所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊的個別排放氣體通路各自相對于彼此以流體 流動關(guān)系而耦合；安裝凸緣，其與所述框架中的每一者的內(nèi)部周邊邊緣一體制成且相對于 所述框架中的每一者的第一側(cè)成大體上共面定向而安置，且其中所述安裝凸緣延伸到所述框架中的每一者的內(nèi)部腔中且界定與所述框架的內(nèi)部腔連通的孔，且其中所述安裝凸緣具 有第一和第二側(cè)以及由所述第一與第二側(cè)之間的距離界定的厚度尺寸；第一氣體擴散層， 其具有面向內(nèi)部和面向外部的表面且定位在所述框架的所述內(nèi)部腔內(nèi)，且其中所述第一氣 體擴散層的所述面向外部的表面相對于所述框架的所述第一側(cè)成大體上共面定向而定向， 且具有大體上類似于所述安裝凸緣的所述厚度尺寸的厚度尺寸，且其中所述第一氣體擴散 層大體上堵塞由所述安裝凸緣界定的所述孔；質(zhì)子交換薄膜，其接納在所述框架的所述內(nèi) 部腔內(nèi)，且相對于所述安裝凸緣以貼靠密封關(guān)系而安置，且其中所述質(zhì)子交換薄膜具有相 對于所述第一氣體擴散層的所述面向內(nèi)部的表面并置的陽極側(cè)和相對的陰極側(cè)；第二氣體 擴散層，其定位在所述框架的內(nèi)部腔內(nèi)且相對于所述質(zhì)子交換薄膜的所述陰極側(cè)并置；導(dǎo) 電散熱片，其具有面向內(nèi)部和面向外部的表面且接納在所述框架中的每一者的內(nèi)部腔內(nèi)， 且其中其面向內(nèi)部的表面相對于所述第二氣體擴散層并置，且其中所述散熱片的所述面向 外部的表面相對于所述框架中的每一者的第二側(cè)成大體上共面定向而定向，且進一步相對 于由所述框架界定的所述空氣通路以流體流動關(guān)系而定向，且其中所述散熱片具有大于約 IO毫米的厚度尺寸；集電隔板，其安裝在所述框架中的每一者的第一側(cè)上，且進一步至少 部分與所述第一氣體擴散層成歐姆電接觸而定位，且其中所述導(dǎo)電散熱片與鄰近燃料電池 堆疊模塊的集電隔板成歐姆電接觸而安置，且其中所述集電隔板與所述框架配合地耦合且 相對于所述框架自對準(zhǔn)，且其中所述集電隔板進一步是無孔的大體上光滑的金屬板，所述 金屬板粘結(jié)到所述框架的第一側(cè)，以便有效地密封由所述框架的第一側(cè)界定的所述多個燃 料氣體和排放氣體通道；以及第一和第二端板，其相對于彼此以預(yù)定間隔關(guān)系而安置，且其 中所述多個框架位于所述第一與第二端板之間且相對于所述第一和第二端板以受力關(guān)系 而安置，且其中所述相應(yīng)第一和第二端板向所述相應(yīng)框架中的每一者施加小于每平方英寸 約60磅的壓縮力。 本發(fā)明的又一方面涉及一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包含多個質(zhì)子交換 薄膜，其各自具有陽極側(cè)和陰極側(cè)；第一多孔導(dǎo)電陶瓷層，其相對于所述質(zhì)子交換薄膜中
的每一者的陽極側(cè)并置；以及第二多孔導(dǎo)電陶瓷層，其相對于所述質(zhì)子交換薄膜中的每一 者的陰極側(cè)并置，且其中所述質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊具有小于約200攝氏度的操作溫 度。 本發(fā)明的再一方面涉及一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包含多個重復(fù)的串 聯(lián)電耦合的燃料電池堆疊模塊，其通過小于每平方英寸約60磅的壓縮力以可密封方式安 裝在一起，且其中所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊進一步包括具有內(nèi)部和外部周邊邊緣的框 架，且其中所述內(nèi)部周邊邊緣界定內(nèi)部腔，且其中所述相應(yīng)框架各自界定具有橫截面積的 空氣通路，且所述空氣通路在所述內(nèi)部與外部周邊邊緣之間延伸且進一步與其內(nèi)部腔連 通，且其中具有有效操作溫度的質(zhì)子交換薄膜接納在所述框架中的每一者的內(nèi)部腔內(nèi)，且 其中具有導(dǎo)熱質(zhì)量的導(dǎo)電散熱片接納在所述相應(yīng)框架的內(nèi)部腔內(nèi)，且進一步相對于由所述 框架界定的所述空氣通路以流體流動關(guān)系而定向，且耗散在操作期間由所述質(zhì)子交換薄膜 產(chǎn)生的熱能，且其中所述質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊的所述相應(yīng)質(zhì)子交換薄膜的操作溫度 在彼此的小于約百分之十以內(nèi)。 本發(fā)明的又一方面涉及一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，其包含質(zhì)子交換 薄膜，其具有陽極側(cè)和陰極側(cè)，且其中所述陽極和陰極側(cè)各自具有有源區(qū)域表面，且其中所述質(zhì)子交換薄膜的陽極側(cè)或陰極側(cè)中的至少一者的有源區(qū)域表面和/或具有相對于其至 少成部分覆蓋關(guān)系而定向的區(qū)的燃料電池組件大體上沒有用于容納反應(yīng)氣體流的預(yù)定通 路。
本發(fā)明的再一方面涉及一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包含多個質(zhì)子交換
薄膜，其各自具有陽極側(cè)和陰極側(cè)，且其中所述陽極和陰極側(cè)中的每一者具有有源區(qū)域表
面，且其中所述質(zhì)子交換薄膜的陽極側(cè)的有源區(qū)域表面和具有相對于所述陽極側(cè)的所述有
源區(qū)域表面成至少部分覆蓋關(guān)系的區(qū)的燃料電池堆疊組件均大體上沒有用于容納反應(yīng)氣
體流的預(yù)定通路；多個第一氣體擴散層，其分別相對于所述陽極側(cè)中的每一者并置；多個
第二氣體擴散層，其分別相對于所述陰極側(cè)中的每一者并置；以及多個集電隔板，其分別相
對于所述第一氣體擴散層中的每一者成歐姆電接觸并置。 下文將更詳細描述本發(fā)明的這些和其它方面。


下文參看以下附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1是采用本發(fā)明的特征的燃料電池電力系統(tǒng)的示意性表示。
圖2是本發(fā)明的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊的一種形式的透視圖。 圖3是如圖2所見的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊的形式的分解透視圖。 圖4是本發(fā)明的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊的另一形式的分解透視圖。 圖5是形成本發(fā)明的特征的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊的一種形式的片段
分解透視圖。 圖6是從與圖5中所見的位置相對的位置取得且形成本發(fā)明的特征的相同質(zhì)子交 換薄膜燃料電池堆疊模塊的片段分解透視圖。 圖7是本發(fā)明的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊的另一形式的透視圖。 圖8是形成本發(fā)明的特征的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊框架的一種形式的
透視側(cè)視立面圖。 圖9是形成本發(fā)明的特征的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊框架的另一形式的 透視側(cè)視立面圖。 圖10是形成本發(fā)明的特征的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊框架的又一形式的 透視側(cè)視立面圖。 圖11是從與圖9中所見的位置相對的位置取得的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模 塊框架的第二透視側(cè)視立面圖。 圖12是形成本發(fā)明的特征的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊的又一形式的透視圖。
圖13是由網(wǎng)狀金屬泡沫制成且形成本發(fā)明的特征的散熱片的一種形式的俯視平 面圖。 圖14是如圖13所見的相同散熱片的側(cè)視立面圖。 圖15是如圖13所見且以不同尺寸制造的相同散熱片的第二側(cè)視立面圖。
圖16是形成本發(fā)明的特征的波紋金屬散熱片的透視側(cè)視立面圖。
圖17是形成本發(fā)明的特征的擠壓鋁散熱片的透視側(cè)視立面圖。
圖18是形成本發(fā)明的特征的沖壓的彈性網(wǎng)狀散熱片的透視側(cè)視立面圖。
24
圖19是形成本發(fā)明的特征的具有多個冷卻通道的散熱片的透視側(cè)視圖立面圖。
圖20是形成本發(fā)明的特征的如圖19中說明但具有可變大小設(shè)計的冷卻通道的散 熱片的側(cè)視立面圖。 圖21是形成本發(fā)明的特征的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊的又一形式的透視側(cè)視 立面圖。 圖22是定位在陶瓷氣體擴散層之間的質(zhì)子交換薄膜的顯著夸大的分解橫向垂直 截面圖，所述陶瓷氣體擴散層各自具有涂覆于其的催化劑層。 圖23是定位于一對陶瓷氣體擴散層之間的質(zhì)子交換薄膜電極組合件的顯著放大 的分解橫向垂直截面圖。 圖24是展示定位于兩個陶瓷氣體擴散層之間的質(zhì)子交換薄膜電極組合件的顯著
放大的分解橫向垂直截面圖，且其中一個氣體擴散層大于另一氣體擴散層。 圖25是形成本發(fā)明的特征的具有氣體擴散層的質(zhì)子交換薄膜電極組合件的顯著
放大的橫向垂直截面圖，所述氣體擴散層具有涂覆于其的金屬化涂層。 圖26是如圖25中所見的布置的顯著放大的分解橫向垂直截面圖。 圖27是在本發(fā)明的一種形式中使用的燒結(jié)金屬網(wǎng)的透視分解的顯著放大的橫向
垂直截面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參看圖l，質(zhì)子交換薄膜(PEM)燃料電池堆疊電力系統(tǒng)在其中大體上由標(biāo)號 IO指示。如在此較大簡化的視圖中所見，PEM燃料電池堆疊電力系統(tǒng)10包含透氣的外殼 或柜體ll，其可安裝在支撐表面(未圖示)上。外殼11包含多個側(cè)壁12，其界定個別的隔 間，且進一步支撐子機架，所述子機架大體上由標(biāo)號13指示且支撐并另外至少部分封閉將 在下文更詳細論述的新穎的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊。外殼11可進一步支撐個別可移 動門14，所述門允許操作者(未圖示)取用個別隔間以用于修理或替換下文將描述的個別
質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊。再者，燃料電池堆疊電力系統(tǒng)io包含數(shù)字控制系統(tǒng)，其大體
上由標(biāo)號15指示且通常安裝在外殼11上但也可相對于外殼11在遠處定位。控制燃料電 池電力堆疊系統(tǒng)10的操作的數(shù)字控制系統(tǒng)15是此項技術(shù)中眾所周知的。官方注意特定涉 及第6， 387， 556號美國專利，其教示以引用的方式并入本文中。數(shù)字控制系統(tǒng)15可尤其包 含字母數(shù)字顯示器16，其向操作者提供關(guān)于燃料電池堆疊電力系統(tǒng)10的操作特征和性能 的信息，且進一步可包含其它控制件17，例如開關(guān)、撥盤和類似物，其允許操作者(未圖示) 控制燃料電池堆疊電力系統(tǒng)10的操作。 如圖l所見的發(fā)明IO預(yù)期一電布置，借此如下文將描述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池 堆疊可被去活且從外殼或柜體11移除，同時如將描述的其余質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊 保持操作且繼續(xù)服務(wù)負載20，如圖l所見。此性能特征是此項技術(shù)中眾所周知的，且在此之 前已在模塊化燃料電池中采用，所述模塊化燃料電池更完整地描述于例如第6， 030， 718號 和第6，468，682號美國專利等參考中，所述美國專利的教示以引用的方式并入本文中。如 圖1所見，電纜21電耦合質(zhì)子交換薄膜燃料電池電力系統(tǒng)10與待服務(wù)的電負載20。質(zhì)子 交換薄膜燃料電池電力系統(tǒng)10如本申請案中較早描述通過眾所周知的方式產(chǎn)生電。如下 文將描述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊被供應(yīng)來自大體上由標(biāo)號30指示的源的反應(yīng)燃料氣體。反應(yīng)燃料氣體的源30也可為加壓氫氣瓶31，其將處于壓力下的純氫提供到質(zhì)子交換 薄膜燃料電池電力系統(tǒng)IO。再者，反應(yīng)燃料氣體的源30可包含氫產(chǎn)生器、燃料處理器或重 整器32，其可將富含氫的重整流或大體上純氫提供到質(zhì)子交換薄膜燃料電池電力系統(tǒng)10。 如圖1所見，反應(yīng)燃料氣體的源30中的每一者可借助于大體上由標(biāo)號33指示的氫氣遞送 導(dǎo)管而耦合到燃料電池電力系統(tǒng)10。 形成本發(fā)明的特征的一種可能形式的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊在圖4中大體 上由標(biāo)號40指示。如圖4中最佳所見，此形式的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊40包含第一 端板41和第二端板42。第一端板41具有大體上由標(biāo)號43指示的主體。主體包含面向內(nèi) 部的表面44和相對的面向外部的表面45。再者，主體由周邊邊緣46界定。例如如圖4中 所見，應(yīng)了解系桿孔50形成于主體43中且在其面向內(nèi)部的表面44與面向外部的表面45 之間延伸。如應(yīng)了解，系桿孔可操作以穿過其接納如下文將描述的系桿，且允許分別將第一 端板41和第二端板42朝向彼此推動，以便在下文將更詳細論述的燃料電池模塊框架上施 加壓縮力。在此方面，第一端板41的主體43進一步在其中形成有大體上由標(biāo)號51指示的 燃料氣體通路和大體上由標(biāo)號52指示的排放氣體通路。燃料氣體通路51和排放氣體通路 52在面向內(nèi)部的表面44與面向外部的表面45之間延伸。燃料氣體通路51允許來自源30 的將供應(yīng)到質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊40的合適燃料氣體的通過。排放氣體通路允許可 能包含未使用燃料氣體和水蒸氣的組合的排放氣體以有效方式從質(zhì)子交換薄膜燃料電池 堆疊40逸出。如圖4所見，第二端板42類似地具有主體53，其由面向內(nèi)部的表面54和面 向外部的表面55界定。第二端板42的主體53也具有周邊邊緣56。位于圍繞周邊邊緣56 的預(yù)定位置處的是系桿孔57，其分別在面向內(nèi)部的表面54與面向外部的表面55之間延伸。 系桿孔57可操作以接納下文將論述的合適系桿。 如圖4中所見，將了解此形式的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊40包含多個大體上由 標(biāo)號60指示的系桿。這些多個系桿或耦合件在本發(fā)明的此形式中分別包含第一系桿61 、第 二系桿62、第三系桿63和第四系桿64。所述多個系桿各自具有可操作以嚙合第二端板42 的面向外部的表面55的第一末端65以及可操作以由合適螺母67嚙合的相對的帶螺紋第 二末端66，所述螺母67相對于第一端板41的面向外部的表面45處于力傳遞嚙合中。在 如圖4所見的本發(fā)明的所描繪形式中，將了解系桿60可操作以分別穿過第一端板41和第 二端板42的系桿孔50和57而被接納。系桿60還可操作以穿過下文將更詳細描述的多個 燃料電池堆疊模塊框架而被接納。如將了解，通過相對于相應(yīng)系桿60中的每一者收緊螺母 67，第一端板41和第二端板42被朝向彼此拉動，且組合地向相應(yīng)燃料電池堆疊模塊中的 每一者施加小于每平方英寸約60磅的壓縮力，如下文將更詳細描述。在本發(fā)明的替代形式 (其未說明，但將從圖4的研究中了解到)中，個別系桿或耦合件60個別地與相應(yīng)的第一 端板41和第二端板42協(xié)作且將所述端板連接在一起。然而，在本發(fā)明的此形式中，個別的 第一端板41和第二端板42在某種程度上從圖4所見的視圖放大。在本發(fā)明的此形式中， 所述多個系桿或耦合件60不穿過相應(yīng)燃料電池堆疊模塊，如下文將相對于本發(fā)明的所述 形式而描述，而是相對于所述燃料電池堆疊模塊位于外部。在本發(fā)明的此未說明的形式中， 第一端板41和第二端板42仍向相應(yīng)燃料電池堆疊模塊中的每一者施加小于每平方英寸約 60磅的壓縮力。 現(xiàn)在參看圖7，展示另一形式的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其大體上由標(biāo)號70指示。在本發(fā)明的此形式中，質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊70類似地具有第一端板71和 第二端板72。如所述圖中所見，第一端板具有由周邊邊緣74界定的主體73。再者，主體具 有面向外部的表面75。如同所描述的本發(fā)明的較早形式，主體73具有形成于其中的燃料氣 體通路76和排放氣體通路77。燃料氣體通路76允許將燃料氣體的源30供應(yīng)到質(zhì)子交換 薄膜燃料電池堆疊70。排放氣體通路77允許可能包含未使用燃料氣體以及水蒸氣的排放 氣體從本發(fā)明的此形式70逸出。如圖7中所見，第二端板72具有主體80。主體具有面向 外部的表面81和相對的面向內(nèi)部的表面82。再者，主體81由周邊邊緣83界定。如圖7中 說明，具有第一末端85和相對的第二末端86的第一可釋放耦合件84分別個別地附接到第 一端板71和第二端板72。第二且相對的耦合件88也可提供于燃料電池堆疊70的相對側(cè) 上，且類似地附接到第一端板71和第二端板72。耦合件84進一步具有可移動的閂組合件 87，且其可操作以在完全嚙合或閉合時致使第一端板71和第二端板72強制地一起移動，進 而在如下文將更詳細論述的個別燃料電池堆疊模塊上施加小于每平方英寸約60磅的壓縮 力。如圖中所見，分別具有相對末端85和86的耦合件84與相應(yīng)的第一端板71和第二端 板72協(xié)作且強制地將第一端板71和第二端板72連接在一起，且不穿過相應(yīng)的燃料電池模 塊，如下文將描述。此布置還便于在故障或失靈的情況下容易修理和替換個別的燃料電池 模塊。當(dāng)然，此耦合布置大大便于以在此之前不可能的方式對燃料電池堆疊進行維護。
現(xiàn)在參看圖3 ，展示本發(fā)明的另 一形式且其大體上由標(biāo)號90指示。如本發(fā)明的此 形式中所見，質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊90具有第一端板91和相對的第二端板92。第一 端板具有主體93，其由面向外部的表面94和相對的面向內(nèi)部的表面95界定。再者，主體93 由外接的周邊邊緣96界定。如所說明，燃料氣體通路100在面向外部的表面94與面向內(nèi) 部的表面95之間延伸，且提供燃料氣體的源30可通過燃料氣體接頭106進入燃料電池堆 疊90所借助的方式。排放氣體通路101也在面向外部的表面94與面向內(nèi)部的表面95之 間延伸，且提供任何未使用燃料氣體和/或水蒸氣可在操作期間通過排放氣體接頭107退 出質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊90所借助的方式。如本發(fā)明的此形式中所見，多個扣件接納 孔102形成于面向內(nèi)部的表面95和周邊邊緣96中。這些扣件接納孔102可操作以嚙合由 相應(yīng)質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊支承且相對于所述模塊向外延伸的彈性扣件，如下文 將描述。再者，且如圖3所見，第一端板91包含一對彈性閂或扣件部件103，其通常相對于 面向內(nèi)部的表面95向外延伸，且沿著主體93的周邊邊緣96安裝。這些個別扣件或閂部件 103具有遠端104，其包含嚙合部分105，所述嚙合部分105可操作以用可釋放方式嚙合如下 文將描述的鄰近的并置燃料電池堆疊模塊，以便相對于其施加足夠的壓縮力以便實現(xiàn)本發(fā) 明的益處。 仍參看圖3，將看到第二端板92具有主體110，所述主體110具有面向外部的表面 111和相對的面向內(nèi)部的表面112。如圖3的分解圖中說明，主體110也由外部周邊邊緣 113和相對的內(nèi)部周邊邊緣114界定。內(nèi)部周邊邊緣114至少部分界定內(nèi)部腔115，其可操 作以接納導(dǎo)電散熱片，如下文將更詳細論述。再者，如圖3所見，應(yīng)了解，多個空氣通路116 形成于主體110中，且在外部周邊邊緣113與內(nèi)部周邊邊緣114之間延伸。所述多個空氣通 路116允許合適的冷卻空氣通過其中且嚙合下文詳細論述的導(dǎo)電散熱片，所述導(dǎo)電散熱片 接納在內(nèi)部腔115內(nèi)以完成本發(fā)明的特征。在第二端板92上且更具體來說在其面向內(nèi)部 的表面112的周邊邊緣113上安裝相對于其大體上通常向外延伸的多個彈性扣件117。所述多個扣件具有遠端118，其形成用于嚙合鄰近燃料電池堆疊模塊的嚙合部分119，如下文 將更詳細描述。所述多個彈性扣件117與鄰近燃料電池堆疊模塊的嚙合(如下文將描述) 產(chǎn)生足夠壓縮力以便實現(xiàn)本發(fā)明的若干益處，如下文將更詳細論述。 現(xiàn)在參看圖12，展示質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊的又一替代形式，且其大體上由 標(biāo)號130指示。如其中所見，此形式的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊分別具有第一端板131 和第二端板132，且其如在本發(fā)明的先前形式中可操作以在下文將描述的燃料電池堆疊模 塊上施加壓縮力以便致使質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊130操作。在本發(fā)明的此形式中，第 一端板131具有主體133，其具有面向外部的表面134和相對的面向內(nèi)部的表面135。再 者，主體133由外接的周邊邊緣136界定。如圖12中所見，多個彈性扣件140與周邊邊緣 136 —體制成且具有遠嚙合部分141，所述遠嚙合部分141彈性地以可釋放方式嚙合如下文 將描述的鄰近燃料電池堆疊模塊，進而以可釋放方式以相對于其的強制嚙合附接第一端板 131。如圖12中進一步說明，第二端板132類似地具有主體142，其由面向外部的表面143 和相對的面向內(nèi)部的表面144界定。應(yīng)了解，主體142在其總體設(shè)計上非常類似于關(guān)于上 文緊接段落中描述的本發(fā)明的較早描述形式所描述的設(shè)計。在本發(fā)明的此形式中，主體142 具有外部周邊邊緣145，其類似地在其中形成有多個空氣通路146，所述空氣通路146允許 冷卻空氣源通過其中且相對于在隨后的段落中將詳細描述的導(dǎo)電散熱片成除熱接觸。在本 發(fā)明的本形式中，且如圖12所見，應(yīng)了解，提供燃料氣體歧管150且其跨越于第一端板131 與第二端板132之間。燃料氣體歧管150可操作以通過燃料氣體接頭152將反應(yīng)燃料氣體 的源30遞送到相應(yīng)燃料電池模塊，以致使其以如下文將更詳細描述的方式個別地操作。再 者，在本發(fā)明的此形式130中，提供排放氣體歧管151且其相對于相應(yīng)質(zhì)子交換薄膜燃料電 池堆疊模塊成流體接納關(guān)系而耦合，如下文將更詳細論述，以通過排放氣體接頭153移除 任何未使用的燃料氣體和/或水蒸氣。在本發(fā)明的此形式中，如在本發(fā)明的先前形式中，應(yīng) 了解，第一端板131和第二端板132以可釋放方式扣緊到定位于其間的鄰近燃料電池堆疊 模塊。此扣緊布置產(chǎn)生壓縮力，所述壓縮力施加于如下文描述的相應(yīng)燃料電池堆疊模塊以 便致使PEM燃料電池堆疊130完全操作。 現(xiàn)在參看圖21，展示質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊的又一替代形式且其在其中大體 上由標(biāo)號160指示。如在本發(fā)明的此形式中所見，本發(fā)明包含第一端板161和第二端板162， 其以類似于上文論述的本發(fā)明的先前形式中描述的端板的方式操作。在此方面，第一端板 161由具有面向外部的表面164和相對的面向內(nèi)部的表面165的主體163界定。主體還由 面向外部的周邊邊緣166界定。如所說明，燃料氣體通路170和排放氣體通路171形成于 主體163中且分別在面向外部的表面164與面向內(nèi)部的表面165之間延伸。如較早論述， 燃料氣體通路可操作以將反應(yīng)燃料氣體的源30遞送到燃料電池堆疊模塊，如下文將描述， 以便致使PEM燃料電池堆疊160操作。類似地，排放氣體通路171可操作以移除未使用燃 料氣體和可能作為PEM燃料電池堆疊160的操作的副產(chǎn)品產(chǎn)生的水蒸氣，如將在本申請案 的操作階段中更詳細描述。在某些方面類似于上文描述的本發(fā)明的其它形式，多個扣件接 納孔172形成于面向內(nèi)部的表面165和主體163的周邊邊緣166中，且可操作以接納相對 于下文將描述的個別燃料電池堆疊模塊通常向外延伸的彈性扣件。如圖21所見，第二端板 162也由主體173界定，且主體173具有面向外部的表面和相對的面向內(nèi)部的表面175。如 應(yīng)了解，面向內(nèi)部的表面至少部分界定用于接納導(dǎo)電散熱片(未圖示)的腔。再者，主體具有面向外部的周邊邊緣176，其具有形成于其中的多個空氣通路177?？諝馔?77允許冷卻空氣源到達至少部分由面向內(nèi)部的表面175界定的腔內(nèi)所含有的導(dǎo)電散熱片，且相對于所述散熱片成除熱關(guān)系。這類似于如圖3所見的本發(fā)明的較早形式。再次，本發(fā)明的此形式160以類似于上文論述的本發(fā)明的較早形式的方式操作，借此以允許致使質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊160完全操作的方式產(chǎn)生壓縮力的方式，將個別的第一端板161和第二端板162扣緊到如下文將描述的鄰近燃料電池模塊。 現(xiàn)在參看圖2和隨后圖式，將了解，呈如已經(jīng)識別的各種形式40 、 70 、 90 、 130 、 160且可并入在PEM燃料電池堆疊電力系統(tǒng)10中的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊包含多個重復(fù)的串聯(lián)電耦合的燃料電池堆疊模塊，其大體上由標(biāo)號180指示。所述多個燃料電池堆疊模塊180安置于在此之前論述的第一端板41與第二端板42之間、第一端板71與第二端板72之間、第一端板91與第二端板92之間、第一端板131與第二端板132之間以及第一端板161與第二端板162之間，且通過小于每平方英寸約60磅的壓縮力以可密封方式安裝在一起。此壓縮力可借助于各種端板41和42、71和72、91和92、131和132及161和162以及耦合件組合件(例如多個系桿60和可釋放的耦合件84)來施加。再者，如下文將描述的其它扣緊布置也將產(chǎn)生壓縮力。應(yīng)了解，燃料電池堆疊模塊180中的每一者包括框架。在此方面，本發(fā)明預(yù)期至少五個不同的質(zhì)子交換薄膜堆疊模塊框架，其在下文將僅稱為"框架"。在此方面，相應(yīng)的框架包含如圖3中最佳所見的第一形式1S1、如圖5和9中最佳所見的第二形式1S2、如圖8中最佳所見的第三形式1S3、如圖10中最佳所見的第四形式184以及如圖21中最佳所見的第五形式185。在隨后的段落中，應(yīng)了解，相同標(biāo)號分別指代呈個別框架形式181到185的相同結(jié)構(gòu)。從隨后的論述將了解，相應(yīng)的框架形式具有細微變化，其對如所描述的本發(fā)明的各種形式提供優(yōu)點。在隨后的段落中將更詳細論述這些特征。在本發(fā)明的此形式中，相應(yīng)框架中的每一者是由熱塑性可注射模制塑料制成的，但其它材料也可能合適。
圖8到10中分別展示呈其各種形式181到185的相應(yīng)質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊框架。分別相對于框架的各種形式181到185，將了解相應(yīng)的框架181到185各自具有主體200。主體200由第一側(cè)201和相對的第二側(cè)202界定。第一和第二側(cè)通過具有給定寬度尺寸的外部周邊邊緣203安置成預(yù)定間隔關(guān)系。再者，主體200具有內(nèi)部周邊邊緣204，其界定內(nèi)部腔205。如參看圖2和隨后圖式最佳所見，將了解，空氣通路206形成于周邊邊緣203中，且分別在內(nèi)部周邊邊緣203與外部周邊邊緣204之間延伸。此空氣通路206與其內(nèi)部腔205連通。從研究框架的各種形式181到185中應(yīng)了解，框架是大體上自對準(zhǔn)的，如下文將更詳細描述。本發(fā)明的此特征大大有利于本發(fā)明的有效組裝。
框架的各種形式181到185分別各自具有安裝凸緣210，其與主體200的內(nèi)部周邊邊緣204 —體制成且延伸到框架的內(nèi)部腔205中。安裝凸緣210具有相對于框架的第一側(cè)201安置成大體上共面定向的第一側(cè)211，以及第二側(cè)212。厚度尺寸213(圖5)界定于安裝凸緣210的第一側(cè)211與第二側(cè)212之間。再者，安裝凸緣界定內(nèi)部周邊邊緣214(圖3)，其界定與框架180的內(nèi)部腔205連通的孔215?？蚣艿娜舾尚问?81到185中的每一者分別在其中形成有燃料氣體通路220，其延伸通過框架180的相應(yīng)主體200且與框架的內(nèi)部腔205連通。在此方面，相應(yīng)燃料氣體通路220具有第一末端221 (圖5)，其相對于較早描述的由本發(fā)明的各種形式40、70、90和160的端板41、42、71、72、91、92、131、132、161、162界定的燃料氣體通路51、76、100、170成流體流動連通而耦合。因此，提供到由本發(fā)明的各種形式的端板界定的燃料氣體通路的反應(yīng)燃料氣體的源30將進而通過端板且沿著形成于框架180中的大體同軸對準(zhǔn)的燃料氣體通路220行進，且接納在框架的內(nèi)部腔205內(nèi)。應(yīng)了解，且在本發(fā)明的一種形式中，相應(yīng)框架181到185的燃料氣體通路220的第二末端222相對于鄰近框架的燃料氣體通路220的第一末端221成流體流動關(guān)系而定位。再者，且如圖中最佳所見，多個燃料氣體通道223(圖5)形成于主體200的第一側(cè)201中，且其耦合相對于框架181到185的內(nèi)部腔205成流體流動關(guān)系的燃料氣體通路220且耦合到由安裝凸緣210的內(nèi)部周邊邊緣214界定的孔215。再者，通過對例如圖5等圖式的研究將認識到，主體200的第一側(cè)201進一步在其中形成有排放氣體通路224，其具有第一末端225和相對的第二末端226。類似于上文論述，排放氣體通路224的第一末端225相對于較早揭示的如在相應(yīng)端板41、71、91、131、161中界定的排放氣體通路52、77、101、171成流體流動關(guān)系而耦合。類似地，第二末端226相對于鄰近主體200的第一末端225成流體流動關(guān)系而耦合。圖5中將看到，多個排放氣體通道227形成于主體200的第一側(cè)201中，進而相對于排放氣體通路224成流體流動關(guān)系而耦合內(nèi)部腔205和孔215。如將了解，相應(yīng)燃料電池堆疊模塊180的燃料氣體通路220和排放氣體通路224在本發(fā)明的一種可能形式中相對于彼此成流體流動關(guān)系而耦合。 現(xiàn)在參看圖12，應(yīng)了解在如其中所見的本發(fā)明的形式130中，燃料氣體通路230可替代地形成于框架180的外部周邊邊緣203中，以便相對于燃料氣體歧管150成流體流動關(guān)系而耦合。類似地，排放氣體通路(未圖示)可替代地形成于框架180的外部周邊邊緣203中，以便相對于排放氣體歧管151成流體流動關(guān)系而耦合?，F(xiàn)在參看圖IO，且在本發(fā)明的另一替代形式中，排放氣體通路231可以一方式形成于框架180的外部周邊邊緣203中，使得由質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊形成且可能包含未使用燃料氣體和作為燃料電池堆疊的操作的副產(chǎn)品形成的水蒸氣的排放氣體可被排放到周圍環(huán)境。在如圖4所見的本發(fā)明的一種可能形式40中，框架180中的鄰近于第一端板41而定位的一者不包含孔215。而是，框架180的第一側(cè)201大體上是連續(xù)的且由鄰近端板強制地嚙合。這類似于如圖3所見的本發(fā)明的形式90的情況，且其中第二端板92看上去很類似于定位于其間的框架180。第一端板91和第二端板92具有大體上連續(xù)的面向外部的表面94，且不界定與其內(nèi)部腔115連通的孔215。 如例如參看圖9和ll最佳所見，且在本發(fā)明的一種形式中，框架的各種形式181到185可包含多個對準(zhǔn)腔240 (圖11)，其形成于框架180的第一側(cè)201中的預(yù)定位置中且可操作以配合地接納或嵌套多個陽對準(zhǔn)部件241，所述陽對準(zhǔn)部件241支承在相對于其并置的鄰近框架180的第二側(cè)202上且另外相對于所述第二側(cè)202向外延伸。應(yīng)了解，通路可能但確實需要延伸通過241與242(未圖示)之間。第一陽對準(zhǔn)部件241可操作以呈摩擦配合的性質(zhì)接納或配合地嵌套在個別對準(zhǔn)腔240內(nèi)。陽對準(zhǔn)部件的此種伸縮接納在個別對準(zhǔn)腔240內(nèi)有利于相應(yīng)框架181到185相對于彼此的自對準(zhǔn)。此大大有利于如本文描述的個別質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊40、70、90、130和160的準(zhǔn)確且快速組裝。將認識到，采用0形環(huán)密封件244以便將鄰近燃料電池堆疊模塊的相應(yīng)燃料氣體通路220和排放氣體通路224密封在一起。在本發(fā)明的某些形式中，如例如圖4中所見，所述多個系桿或耦合件61到64分別穿過個別地同軸對準(zhǔn)的對準(zhǔn)腔和陽對準(zhǔn)部件而被接納，以便允許特定形式的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊40的端板41和42強制聯(lián)合或耦合在一起。在如圖3所見的本發(fā)明的替代形式90中，為了安裝在主體200的第二側(cè)202上且相對于第二側(cè)202通常向外延伸的多個彈性扣件242而消除了較早提到的對準(zhǔn)腔240和陽對準(zhǔn)部件241。所述多個彈性扣件242個別地同軸對準(zhǔn)，以便以搭扣配合的性質(zhì)接納在形成于鄰近框架181到185的主體200的第一側(cè)201中的多個扣件接納孔243內(nèi)?？扇∮脗€別彈性扣件242以便借助于部分延伸通過如圖3所見的外部周邊邊緣203的多個扣件接納孔243而釋放鄰近燃料電池模塊。當(dāng)利用本發(fā)明的此形式時，個別框架181到185可以如下方式組裝個別框架180相對于彼此施加適當(dāng)量的力，以便實現(xiàn)本發(fā)明的益處，且不使用例如關(guān)于本發(fā)明的某些形式描述的耦合件。因此，所述多個彈性扣件242和扣件接納孔243在其相對于彼此成操作關(guān)系定向時組合地為相應(yīng)框架180提供相同自對準(zhǔn)特征，且進一步可操作以嚙合鄰近框架的扣件接納孔243以便提供適當(dāng)?shù)呐浜详P(guān)系以便實現(xiàn)本發(fā)明的益處。
現(xiàn)在參看圖21，通過比較所述視圖與圖3的視圖將了解，在框架180的此形式185中，如主體200界定的相應(yīng)空氣通路206的數(shù)目和橫截面積可變化以便實現(xiàn)在操作期間從質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊160的操作上有效的熱耗散。在如圖21所見的本發(fā)明的當(dāng)前形式160以及如圖所見的本發(fā)明的其它形式中，應(yīng)了解，質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊160當(dāng)在操作期間PEM燃料電池堆疊160產(chǎn)生最佳量的電功率時具有操作上有效的溫度。在所揭示的本發(fā)明中，個別質(zhì)子交換薄膜燃料電池模塊180各自被維持在相對于相同質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊40、70、90、130和160內(nèi)所含有的任何其它燃料電池模塊180小于約10%以內(nèi)的操作溫度。 現(xiàn)在參看圖3和隨后圖式，如本文揭示的質(zhì)子交換薄膜模塊180中的每一者包含密封部件250，其以可密封方式附接到框架181到185的主體200中的每一者的第一側(cè)201，且鄰近于其外部周邊邊緣203而定位。分別相對于個別框架181到185成大體密封關(guān)系且對準(zhǔn)而定位的是大體上由標(biāo)號251指示的集電隔板。集電隔板251通常是通常由導(dǎo)電金屬制成的無孔的大體上光滑的板。與相應(yīng)框架181到185配合地協(xié)作且相對于相應(yīng)框架181到185大體上自對準(zhǔn)的集電隔板251具有第一面向內(nèi)部的表面252和相對的第二面向外部的表面253。當(dāng)相對于主體200的第一側(cè)201適當(dāng)定位時，面向內(nèi)部的表面252分別相對于相應(yīng)(和示范性)燃料氣體通道223和排放氣體通道227 (圖11)成覆蓋關(guān)系而安置且大體上密封所述燃料氣體通道223和排放氣體通道227，進而將反應(yīng)或燃料氣體30和任何未使用反應(yīng)氣體和/或水蒸氣限制于那些通道區(qū)223、221。如圖所見，集電隔板251由周邊邊緣254界定且在本發(fā)明的某些形式中，集電隔板具有導(dǎo)電突出部255，其相對于所述框架181到185中的每一者的主體200的外部周邊邊緣203向外延伸以用于允許移除電或進一步允許從其傳輸電信號。這將例如允許由圖1所見的數(shù)字控制系統(tǒng)15監(jiān)視本發(fā)明。在本發(fā)明的其它形式中，一個或一個以上集電隔板251上的導(dǎo)電突出部255可用于將燃料電池堆疊40、70、90、130、160電學(xué)分段，如以引用的方式并入本文中的第6， 703， 155號美國專利中教示。在如圖5所見的本發(fā)明的一種形式中，可沿著周邊邊緣252形成多個對準(zhǔn)孔256以便容納陽對準(zhǔn)部件241或鄰近框架181到185的多個彈性扣件242以穿過其中。在本發(fā)明的某些形式中，相同的集電隔板251將具有形成于其中的燃料氣體通路257以及排放氣體通路258兩者，其將相對于形成于鄰近主體200中的燃料氣體通路220和排放氣體通路224大體上同軸對準(zhǔn)。 質(zhì)子交換薄膜燃料電池模塊180中的每一者在適當(dāng)定向上包含且封閉大體上由
31標(biāo)號270指示的第一多孔氣體擴散層。在本發(fā)明的一種可能形式中，第一氣體擴散層至 少部分包括多孔導(dǎo)電陶瓷材料層，其選自基本上由以下各項組成的群組二硼化鈦、二硼 化鋯、二硅化鉬、二硅化鈦、氮化鈦、氮化鋯、碳化釩、碳化鴇及其復(fù)合物、層壓物和固溶體。 通常選擇的多孔導(dǎo)電陶瓷材料具有小于約60微歐-厘米的電阻率，具有位于大于約5格 利_秒到小于約2000格利-秒的范圍內(nèi)的磁導(dǎo)率，且進一步具有約0. 5到約200微米的孔 大小。另外，第一多孔氣體擴散層270具有主體271，其具有相對于主體200的第一側(cè)201 成大體共面定向而定位的面向外部的表面272，以及第二面向內(nèi)部的表面273。應(yīng)了解，主 體271具有近似等于界定于安裝凸緣210的第一側(cè)211與第二側(cè)212之間的厚度尺寸213 的厚度尺寸。再者，主體271經(jīng)大小設(shè)計以便大體上堵塞由安裝凸緣210的內(nèi)部周邊邊緣 214界定的孔215。應(yīng)認識到，如上文論述的形成于框架181到185的第一側(cè)201上的燃 料氣體通道223將燃料氣體源30遞送到第一氣體擴散層270。將第一多孔導(dǎo)電氣體擴散 層270的面向外部的表面272放置成抵靠著以可密封方式安裝在第一側(cè)201上的集電隔板 251的面向內(nèi)部的表面252成歐姆電接觸。 現(xiàn)在參看圖6，本發(fā)明包含外接陽極密封件280，其接納在框架的內(nèi)部腔205內(nèi)， 且沿著其配合且抵靠著安裝凸緣210的第二側(cè)212以可密封接觸而擱置。陽極密封件280 可由壓敏粘合劑或其它密封和粘結(jié)構(gòu)件形成，其形狀將大體上符合安裝凸緣210的第二側(cè) 212的形狀。 如圖3到6所示，本發(fā)明還包含PEM薄膜電極組合件(MEA)，其大體上由標(biāo)號310 指示。PEM MEA是此項技術(shù)中眾所周知的且關(guān)于其組成物和操作的進一步論述不再說明， 而是應(yīng)注意PEM燃料電池通常具有小于約200攝氏度的操作溫度。此外，所屬領(lǐng)域的技術(shù) 人員將容易認識到PEM MEA在操作期間產(chǎn)生水作為副產(chǎn)品。長久以來已經(jīng)知道，必須存在 某些量的水以致使MEA完全操作。此外，如果存在過多的水，那么MEA將不會最佳地操作。 如圖23所示，MEA包括質(zhì)子交換薄膜290，其具有第一陽極側(cè)291且具有相對的第二陰極側(cè) 292。再者，MEA由大體上由標(biāo)號293指示的有源區(qū)域界定。將陽極電極催化劑層295涂覆 于薄膜290的陽極側(cè)291的有源區(qū)域293。將陰極電極催化劑層296涂覆于薄膜290的陰 極側(cè)292的有源區(qū)域293。這些電極催化劑層295和296的可能組成物是此項技術(shù)中眾所 周知的，且陽極和陰極電極催化劑層的相對組成物可有所不同。而且，如圖3到7中所示， MEA還包含周邊邊緣294，其在有源區(qū)域293外部且以可密封方式抵靠著陽極密封件280擱 置，且進而以可密封方式將MEA或質(zhì)子交換薄膜緊固到安裝凸緣210。如上文揭示的施加 于燃料電池堆疊模塊180中的每一者的小于每平方英寸約60磅的壓縮力抵靠著陽極密封 件280向安裝凸緣210施加質(zhì)子交換薄膜密封力，其位于每平方英寸約5到約50磅的范圍 內(nèi)。 在本發(fā)明的某些形式中，第一多孔導(dǎo)電氣體擴散層270可為多孔碳層或板。再者， 在如圖25和26所見的本發(fā)明的另一可能形式中，第一多孔導(dǎo)電氣體擴散層270可進一步 包含涂覆于第二面向外部的表面272的多孔金屬化層275。此層揭示于第6， 716， 549號美 國專利中，其教示以引用的方式并入本文中。在此方面，此多孔金屬涂層或?qū)?75選自基本 上由以下各項組成的金屬群組鋁、鈦、鎳、鐵、不銹鋼、錳、鋅、鉻、銅、鋯、銀和鎢及其合金、 氮化物、氧化物和碳化物。在圖25所示的本發(fā)明的形式中，具有金屬涂層275的第一氣體 擴散層270相對于MEA 310的陽極側(cè)311并置。金屬涂層275允許多孔氣體擴散層270與集電隔板251形成有效的歐姆電接觸。 在如圖22所見的本發(fā)明的一種可能形式中，第一多孔導(dǎo)電氣體擴散層270可包含 粘結(jié)或涂覆到其表面(這里說明為第一面向內(nèi)部的表面273)的電極或催化劑層274。在此 情況下，質(zhì)子交換薄膜290的陽極側(cè)291隨后相對于粘結(jié)或涂覆到第一傳導(dǎo)氣體擴散層270 的催化劑層274并置。同樣，在如圖26所見的本發(fā)明的形式中，將催化劑層274涂覆于多 孔氣體擴散層270的一個表面，因此在所述多孔氣體擴散層270上將多孔金屬涂層275涂 覆于相對表面。質(zhì)子交換薄膜290的陽極側(cè)291隨后相對于催化劑層274并置。
現(xiàn)在參看圖3和隨后圖式，將了解，相應(yīng)的燃料電池堆疊模塊180進一步包含第二 氣體擴散層，其大體上由標(biāo)號300指示且定位在相應(yīng)框架181到185的內(nèi)部腔205內(nèi)，且相 對于質(zhì)子交換薄膜310的陰極側(cè)312并置。第二氣體擴散層300通常是由可類似于形成第 一多孔氣體擴散層270的材料的導(dǎo)電陶瓷材料制成的，但第一氣體擴散層270和第二氣體 擴散層300的組成物可有所不同。第二氣體擴散層300具有主體301，其具有相對于MEA 310的陰極側(cè)312成并置關(guān)系放置的第一面向內(nèi)部的表面302，以及相對的第二或面向外部 的表面303。再者，主體由周邊邊緣304界定。如圖22和26中所見，在本發(fā)明的某些形式 中，可首先將催化劑層305涂覆于面向內(nèi)部的表面302。隨后，可將質(zhì)子交換薄膜290粘結(jié) 在第一氣體擴散層270與第二氣體擴散層300之間。在如圖23所見的本發(fā)明的形式中，質(zhì) 子交換薄膜290具有涂覆于其相對的陽極側(cè)291和陰極側(cè)292的催化劑層295，且此后可 將第一多孔氣體擴散層270和第二多孔氣體擴散層300粘結(jié)到催化劑層295。圖24展示 本發(fā)明的另一形式，且其中第二多孔氣體擴散層300具有比第一多孔導(dǎo)電陶瓷氣體擴散層 270的大小大的大小。在此情況下，第二氣體擴散層300的大小使得其完全堵塞框架181到 185的內(nèi)部腔205，而第一氣體擴散層270經(jīng)大小設(shè)計以完全堵塞由MEA安裝凸緣210的內(nèi) 部周邊邊緣214界定的較小孔215。 在如圖25和26最佳所見的本發(fā)明的再一可能形式中，多孔導(dǎo)電陶瓷氣體擴散層 270和300分別涂覆有個別催化劑層305以及分別多孔金屬涂層275和306。金屬涂層306 類似于較早相對于涂覆于第一陶瓷導(dǎo)電層270的涂層或金屬化層275揭示的涂層。在組裝 時，與鄰近于其定位的催化劑層組合的質(zhì)子交換薄膜290包括薄膜電極組合件310，其隨后 接納在相應(yīng)框架200的內(nèi)部腔205內(nèi)。在完全組裝時，第一氣體擴散層270和第二氣體擴 散層300分別位于抵靠著質(zhì)子交換薄膜290分別的相對陽極側(cè)291和陰極側(cè)292成歐姆電 接觸。 如較早在PEM燃料電池的操作期間提到，水作為副產(chǎn)品產(chǎn)生。在先前現(xiàn)有技術(shù)裝 置中，已設(shè)想出各種方案和布置以便有效管理質(zhì)子交換薄膜所產(chǎn)生的水，以便從任何所得 燃料電池提供最佳電輸出。在此之前已被采用的一種布置是向定位在MEA的陽極或陰極側(cè) 上的氣體擴散層提供各種材料涂層，以便向氣體擴散層給予較大或較小程度的疏水性。通 過這樣做，設(shè)計者已嘗試在質(zhì)子交換薄膜中保持足夠量的水，以便最大化燃料電池的操作。 無論在此之前采用的方案和方法如何，氣體擴散層已被設(shè)計以便保持恰好足夠的水以將薄 膜維持在最佳水合狀態(tài)，且同時從薄膜移除過量的水以便防止薄膜被水淹沒且關(guān)閉燃料電 池的電產(chǎn)生。 在如本申請案中論述的布置中，應(yīng)了解多孔導(dǎo)電陶瓷氣體擴散層270和300是由 大體上表征為親水材料(即，其具有吸附、吸收或通過水的親合性)的多孔陶瓷材料制成的。鑒于這些材料的親水性質(zhì)，曾預(yù)期水管理問題將從多孔導(dǎo)電陶瓷材料的使用中產(chǎn)生。通 過未被完全了解的機制，已驚人地發(fā)現(xiàn)，在例如第一氣體擴散層270和第二氣體擴散層300 中采用的這些相同的多孔陶瓷材料以某種方式保持足夠的水，以便維持質(zhì)子交換薄膜290 最佳水合，同時允許氣體穿過其中。鑒于在此之前在固體氧化物燃料電池(S0FC)中已利用 陶瓷材料的方式，由多孔導(dǎo)電陶瓷氣體擴散層270和300保持某些量的水以致使燃料電池 操作是非常新穎的且出乎預(yù)期的。此外，本發(fā)明關(guān)于陶瓷陽極和陰極氣體擴散層的初始測 試已展示操作溫度范圍的出乎預(yù)期的增加。雖然具有碳氣體擴散層的相同PEM薄膜將具有 近似46°C的最大操作溫度，但具有陶瓷氣體擴散層的相同薄膜可操作直達54°C ，而沒有由 質(zhì)子交換薄膜的脫水引起的熱流失。此出乎預(yù)期的特征允許燃料電池系統(tǒng)io在較高環(huán)境 溫度條件下操作。如本發(fā)明的背景技術(shù)中所提到，SOFC裝置已采用多孔導(dǎo)電陶瓷材料來制 造其陽極和陰極。然而，在SOFC裝置的操作中，鑒于高操作溫度(600到900° )，水無法也 無需由與其一起采用的陶瓷氣體擴散層保持。另外，雖然必須需要某些量的水以致使質(zhì)子 交換薄膜290操作，但并不必須需要水以致使SOFC中使用的陶瓷電解質(zhì)操作，而是SOFC的 操作的高溫度致使電解質(zhì)電離傳導(dǎo)。 現(xiàn)在參看圖27，在本發(fā)明的一種可能形式中，提供替代的導(dǎo)電氣體擴散層320且 其可分別代替如較早描述的第一導(dǎo)電陶瓷氣體擴散層270和第二導(dǎo)電陶瓷氣體擴散層 300。在本發(fā)明的此形式中，導(dǎo)電氣體擴散層320可包括多個具有減小的多孔性的燒結(jié)金屬 絲網(wǎng)，所述金屬絲網(wǎng)一體式接合在一起以便提供借助于通常分別在第一氣體擴散層270和 第二氣體擴散層300的制造中利用的導(dǎo)電且多孔的陶瓷材料而提供的優(yōu)點。如所述視圖中 所見，所述多個金屬絲網(wǎng)321具有減小的多孔性且以常規(guī)方式燒結(jié)，進而變?yōu)榭膳c如較早 描述的質(zhì)子交換薄膜290組合使用的單式物體。在本發(fā)明的另一可能形式中，導(dǎo)電氣體擴 散層320可涂覆有催化劑層，且隨后與質(zhì)子交換薄膜290組合，如較早相對于圖25到26所 見。 現(xiàn)在參看圖22到27，質(zhì)子交換薄膜290、電極或催化劑層274、295、296或305以 及氣體擴散層270或300的粘結(jié)或并置組合常稱為薄膜電極擴散組合件(MEDA)313。所屬 領(lǐng)域的技術(shù)人員現(xiàn)在可了解，在本發(fā)明的各種形式的每一者中，第一或第二氣體擴散層270 和/或300中的至少一者包括一材料或組成物，其中導(dǎo)電性建立于第一或第二氣體擴散層 270和/或300與燃料電池堆疊模塊180的緊鄰于氣體擴散層270和/或300的組件之間， 使得導(dǎo)電性大體上與施加于相應(yīng)燃料電池堆疊模塊180中的每一者的壓縮力無關(guān)。本發(fā)明 的此特征允許施加大體上小于通常施加于現(xiàn)有技術(shù)裝置的力的壓縮力。以稍微不同的方式 陳述，采用由相應(yīng)燃料電池堆疊模塊180或由相對端板施加的壓縮力以用于將相應(yīng)組件密 封在一起，維持組件之間的熱接觸，且/或?qū)Ξa(chǎn)品提供剛性，且其基本上不用于維持操作上 有效的導(dǎo)電性。另外，將注意，施加于氣體擴散層270和300的減少的壓縮力改進了相應(yīng)的 氣體擴散層質(zhì)量輸送能力，因為通常在現(xiàn)有技術(shù)堆疊布置中施加的高壓縮力往往使多孔材 料碎裂，進而阻礙穿過其的質(zhì)量輸送。 因此，在本發(fā)明的一種形式中，提供質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊180且其包 含具有第一陽極側(cè)311和第二陰極側(cè)312的薄膜電極組合件310，且其中陽極側(cè)311和陰極 側(cè)312各自具有有源區(qū)域表面293。在本發(fā)明的此形式中，如例如圖5所見，MEA290的陽極 側(cè)311和陰極側(cè)312中的至少一者的有源區(qū)域表面293和/或例如各自具有相對于有源區(qū)
34域表面293以至少部分覆蓋關(guān)系而定向的區(qū)的第一氣體擴散層270和第二氣體擴散層300 和/或集電隔板251等燃料電池組件大體上沒有用于容納反應(yīng)氣體流的預(yù)定通路。鑒于在 此之前提供的許多現(xiàn)有技術(shù)參考的較早教示，本發(fā)明的此特征是非常獨特的。明確地說，應(yīng) 注意，陽極側(cè)291或陰極側(cè)292的有源區(qū)域表面或相關(guān)聯(lián)的陶瓷氣體擴散層270、300大體 上沒有用于容納反應(yīng)氣體流的預(yù)定通路。類似地，鄰近的電流傳導(dǎo)隔板沒有沿著其面向內(nèi) 部或面向外部的表面延伸的預(yù)定氣體通路。 如參看圖3和隨后圖式最佳所見，本發(fā)明進一步包含導(dǎo)電散熱片330，其具有導(dǎo)熱 質(zhì)量且接納在框架的內(nèi)部腔205內(nèi)，且相對于第二氣體擴散層300成歐姆電接觸而并置。 如圖所見，散熱片330相對于由框架界定的空氣通路206成流體流動關(guān)系而定向。在如圖 所見的布置中將看到，散熱片330可采用各種形式。舉例來說，如圖13、14和15所見，散熱 片330可包括網(wǎng)狀導(dǎo)電金屬泡沫331。具有網(wǎng)狀金屬泡沫散熱片的空氣冷卻燃料電池揭示 于第6， 939， 636號美國專利中，其教示以引用的方式并入本文中。再者，如圖16和19中所 見，散熱片330可包括各種形式的波紋或折疊金屬散熱片332。在本發(fā)明的一種可能形式 中，波紋散熱片可如圖所示由實心材料制造，或在替代方案中，可由金屬網(wǎng)制造。此外且現(xiàn) 在參看圖17，本發(fā)明的散熱片330可包括擠壓鋁板333。此外，如圖18所見，散熱片330可 包括沖壓的彈性網(wǎng)狀金屬散熱片334。再者，散熱片330可包括散熱片的這些相同形式331 到334中的一者或一者以上的組合。上文描述的散熱片330中的每一者包含具有向內(nèi)面向 的表面341的主體340，所述向內(nèi)面向的表面341相對于第二導(dǎo)電陶瓷氣體擴散層300并置 且抵靠著第二導(dǎo)電陶瓷氣體擴散層300成歐姆電接觸而定位。再者，相應(yīng)散熱片331到334 具有第二向外面向的表面342，其分別相對于相應(yīng)框架181到185的第二側(cè)202成大體上共 面定向而定位。第二向外面向的表面342與鄰近燃料電池堆疊模塊180的集電隔板251成 歐姆電接觸而放置，因此電耦合燃料電池堆疊40、70、90、130和160內(nèi)的燃料電池堆疊模塊 180中的每一者。應(yīng)了解，如果組合使用兩個或兩個以上散熱片形式331到334，那么最外 的散熱片仍將具有分別與相應(yīng)框架181到185的向外面向的表面202大體上共面的向外面 向的表面。因此，相應(yīng)散熱片封閉在相應(yīng)框架181到185的內(nèi)部腔205內(nèi)。相應(yīng)散熱片330 進一步具有周邊邊緣343和分別在向內(nèi)面向的表面341與向外面向的表面342之間測量的 厚度尺寸。在如圖14所見的本發(fā)明的一種形式中，散熱片33的厚度尺寸是從大于約IO毫 米到小于約100毫米。再者，散熱片340中的每一者的主體具有第一末端344和第二末端 345。相應(yīng)散熱片330的主體340中的每一者界定多個空氣通路346，其允許冷卻空氣穿過 其中以利于移除在操作期間由質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊40、70、90、130和160產(chǎn)生的熱 能和濕氣。如從圖中將了解，所述多個空氣通路346相對于分別由相應(yīng)框架181到185界 定的空氣通路206成流體流動關(guān)系而定向。如從圖14和15的研究應(yīng)了解，散熱片330的 熱質(zhì)量和/或厚度可改變，以便實現(xiàn)燃料電池模塊180中的每一者的大體上均勻的操作溫 度。 在如圖所見的布置中應(yīng)了解，燃料電池堆疊模塊180中的每一者具有在位于同一 燃料電池堆疊40、70、90、130和160內(nèi)的任何其它燃料堆疊模塊180的小于約10%以內(nèi)的 操作溫度。此外，在如圖所示的布置中應(yīng)了解，燃料電池堆疊模塊180中的每一者的個別 散熱片330的導(dǎo)熱質(zhì)量為燃料電池堆疊40、70、90、130和160內(nèi)的相應(yīng)燃料電池堆疊模塊 180中的每一者提供顯著不同程度的冷卻，使得所述多個燃料電池堆疊模塊180中的任一者的所得操作溫度與所述多個燃料電池堆疊模塊180中的任何其它者的操作溫度相差小 于約10%。在如圖所見的布置中應(yīng)了解，個別模塊180可具有具可變導(dǎo)熱質(zhì)量的導(dǎo)電散熱 片330。更具體來說，朝向質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊40、70、90、130和160的中心部分逐 漸向內(nèi)定位的那些模塊180通常將具有比那些例如較靠近端板41和42定位的燃料電池堆 疊模塊180大的導(dǎo)熱質(zhì)量。相應(yīng)燃料電池堆疊模塊180的此導(dǎo)熱質(zhì)量變化有利于作為質(zhì)子 交換薄膜燃料電池堆疊的操作的副產(chǎn)品的熱能的有效耗散。此外，如圖19和20最佳所見 的本發(fā)明的另一可能形式波紋或折疊金屬散熱片332沿著散熱片的長度可能具有或不具 有空氣通路的橫截面尺寸變化。折疊金屬散熱片332由界定多個通路346的導(dǎo)電襯底形成， 所述通路346當(dāng)在其第一末端344與第二末端345之間測量這些通路時具有各種橫截面尺 寸。如圖20所示的散熱片的形式中所見，應(yīng)注意到，在第一末端344處開始的所述多個空氣 通路346大體來說具有比位于相對第二末端345處的相同空氣通路346寬的橫截面尺寸。 所述多個通路的此橫截面尺寸變化可相對于相應(yīng)通路346提供至少第一空氣冷卻速度351 和第二空氣冷卻速度352。應(yīng)了解，這些第一和第二冷卻空氣速度各自相對于散熱片330沿 著其長度分別提供在第一末端344與第二末端345之間測量的顯著不同程度的冷卻。因此， 本發(fā)明的散熱片330不僅提供用于在任何燃料電池堆疊40、70、90、130和160內(nèi)的個別燃 料電池堆疊模塊180之間維持小于約10%的大體上恒定操作溫度的手段，而且進一步提供 用于無論質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊10內(nèi)燃料電池堆疊模塊180的位置如何均以大體上 均勻方式顯著冷卻每一模塊以為相應(yīng)燃料電池模塊中的每一者提供最佳操作效率的手段。
此外且現(xiàn)在參看圖21且如較早論述，相同質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊布置160進 一步提供了如相應(yīng)框架181界定的空氣通路206可具有可變的橫截面面積。因此，應(yīng)了解， 本發(fā)明不僅提供用于改變相應(yīng)導(dǎo)電散熱片330中的每一者的導(dǎo)熱質(zhì)量的手段，而且借助于 改變空氣通路206的數(shù)目和橫截面尺寸而提供可變量的空氣，以便分別為質(zhì)子交換薄膜燃 料電池堆疊40、70、90、130和160提供操作上有效且大體上均勻的操作溫度。
操作 相信本發(fā)明的所描述實施例的操作是容易明白的且在此點簡要概述。
在其最廣義方面的一者中，本發(fā)明涉及一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊40、70、 90、130和160，其包含多個重復(fù)的串聯(lián)電耦合的燃料電池堆疊模塊180，所述燃料電池堆疊 模塊180通過小于每平方英寸約60磅的壓縮力而以可密封方式安裝在一起。在如圖所見 的布置中，燃料電池堆疊模塊180各自具有在位于同一質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊內(nèi)的燃 料電池堆疊模塊180中的任何其它者的小于約10%以內(nèi)的操作溫度。此壓縮力向安裝凸緣 210施加質(zhì)子交換薄膜密封力，其位于約5磅PSI到約50磅PSI的范圍內(nèi)。在如各圖中所 見的布置中，質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊40、70、90、130和160具有在第一與第二端板41、 42 ;71、72 ;91、92 ;131、132 ;161與162之間測量的操作上有效的傳導(dǎo)性，且所述操作上有 效的傳導(dǎo)性是在小于由第一和第二端板施加的壓縮力的壓力下實現(xiàn)的。這確實是相對于在 此之前揭示的現(xiàn)有燃料電池堆疊來說為獨特的，且其中這些現(xiàn)有技術(shù)裝置的端板施加相當(dāng) 大的壓縮力以利于適當(dāng)?shù)牟僮魃嫌行У膫鲗?dǎo)性，且進一步實現(xiàn)定位于其間的個別質(zhì)子交換 薄膜燃料電池組件的適當(dāng)密封。另外，這些現(xiàn)有技術(shù)裝置遭受與PEM堆疊的各種部分中不 適當(dāng)熱累積及其操作上有效的傳導(dǎo)性的可變性(鑒于不適當(dāng)?shù)乃?相關(guān)聯(lián)的問題以及此 項技術(shù)中眾所周知的其它問題。
在如圖所見的布置中，質(zhì)子交換薄膜290的陽極側(cè)291具有有源區(qū)域293。在本發(fā) 明的一種可能形式中，質(zhì)子交換薄膜290的有源區(qū)域293或相對于其成至少部分覆蓋關(guān)系 而定位的集電隔板251兩者大體上沒有用于容納反應(yīng)氣體流30的預(yù)定通路。這確實是相 對于先前質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊來說為獨特且新穎的，其中在此之前已利用相當(dāng)精細 的預(yù)定通路來管理反應(yīng)氣體流且優(yōu)化這些現(xiàn)有技術(shù)裝置的性能。 本發(fā)明的另一方面涉及質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊40、70、90、130和160，其包 含相對于彼此成大體上平行間隔關(guān)系而安置的第一和第二端板41、42 ;71、72 ;91、92 ;131、 132 ;161和162 ;且多個重復(fù)的空氣冷卻的燃料電池堆疊模塊180定位于第一與第二端板 之間，且其串聯(lián)電耦合在一起，且其中相應(yīng)端板通過向相應(yīng)燃料電池堆疊模塊180中的每 一者至少部分施加小于每平方英寸約60磅的壓縮力而以可密封方式將相應(yīng)燃料電池堆疊 模塊180耦合在一起，且其中質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊具有在第一與第二端板之間測量 的改變小于約10%的操作溫度分布。如較早說明，質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊具有在第一 與第二端板之間測量的操作上有效的傳導(dǎo)性，其是在小于由相應(yīng)質(zhì)子交換模塊180經(jīng)歷的 壓縮力的壓力下實現(xiàn)的。 本發(fā)明的另一方面涉及一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊180，其包含質(zhì)子 交換薄膜290，其具有陽極側(cè)291和陰極側(cè)292 ;第一氣體擴散層270，其相對于陽極側(cè)291 并置；第二氣體擴散層300，其相對于陰極側(cè)292并置；導(dǎo)電散熱片330，其具有導(dǎo)熱質(zhì)量且 相對于第二氣體擴散層300并置；以及集電隔板251，其相對于第一氣體擴散層270成歐姆 電接觸而并置。在如各圖所見的布置中，所述多個燃料電池堆疊模塊180串聯(lián)電連接，且進 一步安裝在第一與第二端板41、42 ;71、72 ;91、92 ;131、132 ;161與162之間以形成燃料電 池堆疊40、70、90、130和160。在所述圖式中，第一燃料電池模塊180的集電隔板251相對 于第一端板并置，且其中遠端的第二燃料電池模塊180的散熱片330相對于第二端板以受 力關(guān)系而定位。第一和第二端板向所述多個質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊中的每一者提 供小于每平方英寸約60磅的壓縮力。 本發(fā)明的再一方面涉及一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊40、70、90、130和160，其 包含多個重復(fù)的串聯(lián)電耦合的燃料電池堆疊模塊180，且所述燃料電池堆疊模塊180通過 小于每平方英寸約60磅的壓縮力以可密封方式安裝在一起，且其中相應(yīng)燃料電池堆疊模 塊180進一步包括框架181到185，其分別具有內(nèi)部周邊邊緣204和外部周邊邊緣203以及 第一側(cè)201和第二側(cè)202。內(nèi)部周邊邊緣204界定內(nèi)部腔205，且其中相應(yīng)框架181到185 以操作定向自對準(zhǔn)且配合地嵌套在一起。相應(yīng)框架181到185各自界定空氣通路206，所述 空氣通路206在內(nèi)部周邊邊緣與外部周邊邊緣之間延伸且與其內(nèi)部腔連通。
在本發(fā)明的再一方面中，提供一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊180且其進一 步包含具有陽極側(cè)291和陰極側(cè)292的質(zhì)子交換薄膜290，以及相對于陽極側(cè)291并置的 第一氣體擴散層270。在此布置中，提供第二氣體擴散層300且其相對于陰極側(cè)292并置。 再者，導(dǎo)電散熱片330相對于第二氣體擴散層300并置。再者，提供分別具有內(nèi)部周邊邊緣 204和外部周邊邊緣203以及第一側(cè)201和第二側(cè)202的框架181到185。在此布置中，內(nèi) 部周邊邊緣204分別在個別框架181到185內(nèi)界定內(nèi)部腔205。再者，質(zhì)子交換薄膜290、 分別第一氣體擴散層270和第二氣體擴散層300以及散熱片330封閉在內(nèi)部腔205內(nèi)。再 者，第一集電隔板251分別安裝在相應(yīng)框架181到185的第一側(cè)201上。集電隔板251相對于第一氣體擴散層270并置，以便形成燃料電池堆疊模塊180。在如圖所見的布置中，多個燃料電池堆疊模塊180定位在第一與第二端板41、42 ;71、72 ;91、92 ;131、132 ;161與162之間且進一步串聯(lián)電耦合在一起，且其中相應(yīng)端板在相應(yīng)燃料電池堆疊模塊180中的每一者上施加小于每平方英寸約60磅的壓縮力。在如各圖所見的布置中，第一氣體擴散層270和第二氣體擴散層300分別至少部分包括多孔導(dǎo)電陶瓷材料層。此陶瓷材料層選自基本上由以下各項組成的群組二硼化鈦、二硼化鋯、二硅化鉬、二硅化鈦、氮化鈦、氮化鋯、碳化釩、碳化鎢及其復(fù)合物、層壓物和固溶體。 本發(fā)明的另一方面涉及一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊40、70、90、130和160，且其包含多個重復(fù)的串聯(lián)電耦合的燃料電池堆疊模塊180，所述燃料電池堆疊模塊180每一者界定內(nèi)部腔205且進一步通過小于每平方英寸約60磅的壓縮力以可密封方式安裝在一起。再者，提供質(zhì)子交換薄膜290且其相對于至少一個陶瓷氣體擴散層270或300以操作定向而放置，且其進一步接納在相應(yīng)燃料電池堆疊模塊180的腔205內(nèi)。
在本發(fā)明的再一方面中，質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊40、70、90、130和160包含以大體上平行間隔關(guān)系而安置的第一和第二端板41、42 ;71、72 ;91、92 ;131、132 ;161和162，且多個重復(fù)的空氣冷卻的燃料電池堆疊模塊180定位在第一與第二端板之間且串聯(lián)電耦合在一起，且其進一步具有在第一與第二端板之間測量的操作上有效的傳導(dǎo)性，所述操作上有效的傳導(dǎo)性是在小于施加于所述多個所述燃料電池堆疊模塊180中的每一者的壓縮力的壓力下實現(xiàn)的，且其進一步具有在第一與第二端板之間測量的大體上均勻的操作上有效的溫度分布。 在本發(fā)明的再一方面中包含一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊180。模塊180封閉具有陽極側(cè)291和陰極側(cè)292的質(zhì)子交換薄膜290 ;且第一導(dǎo)電陶瓷層270相對于陽極側(cè)并置。在本發(fā)明的此形式中，提供第二導(dǎo)電陶瓷層300且其相對于陰極側(cè)并置；且導(dǎo)電散熱片330相對于第二導(dǎo)電陶瓷層并置。在本發(fā)明的此形式中，提供框架181到185且其分別具有內(nèi)部周邊邊緣204和外部周邊邊緣203。再者，框架181到185具有第一側(cè)201和第二側(cè)202，且其中內(nèi)部周邊邊緣204界定內(nèi)部腔205。在本發(fā)明的此形式中，相應(yīng)框架181到185各自界定空氣通路206，所述空氣通路206分別在內(nèi)部周邊邊緣204與外部周邊邊緣203之間延伸且與其內(nèi)部腔205連通。質(zhì)子交換薄膜290、分別第一導(dǎo)電陶瓷層270和第二導(dǎo)電陶瓷層300以及導(dǎo)電散熱片330各自大體上封閉在內(nèi)部腔205內(nèi)。再者，在本發(fā)明的此形式中，集電隔板251安裝在框架181到185的第一側(cè)201上，且其相對于第一導(dǎo)電陶瓷層270并置。 在本發(fā)明的再一方面中，提供一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊40、70、90、130和160，且其包含各自具有陽極側(cè)291和陰極側(cè)292的多個質(zhì)子交換薄膜290以及相對于質(zhì)子交換薄膜290中的每一者的陽極側(cè)291并置的第一多孔導(dǎo)電陶瓷層270。再者，在本發(fā)明的此形式中，第二多孔導(dǎo)電陶瓷層300相對于質(zhì)子交換薄膜290中的每一者的陰極側(cè)292并置，且其中質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊具有小于約200攝氏度的操作溫度。
在本發(fā)明的再一形式中，提供一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊180且其包含具有陽極側(cè)291和陰極側(cè)292的質(zhì)子交換薄膜290，且其中陽極側(cè)291和陰極側(cè)292各自具有有源區(qū)域表面293。在本發(fā)明的一種形式中，質(zhì)子交換薄膜290的陽極側(cè)291或陰極側(cè)292中的至少一者的有源區(qū)域表面293和/或例如分別第一陶瓷氣體擴散層270或第二陶
38瓷氣體擴散層300和/或集電隔板251等燃料電池組件具有相對于其至少成部分覆蓋關(guān)系 而定向的區(qū)，且其大體上沒有用于容納反應(yīng)氣體流30的預(yù)定通路。 在如提供的本發(fā)明的每一形式中，質(zhì)子交換薄膜燃料電池模塊70各自包含分別 具有面向內(nèi)部的表面341和面向外部的表面342的導(dǎo)電散熱片330，其分別接納在框架181 到185中的每一者的內(nèi)部腔205中，且其中面向內(nèi)部的表面341相對于第二氣體擴散層300 并置，且散熱片330的面向外部的表面342分別相對于框架181到185中的每一者的第二 側(cè)202以大體上共面定向而定向。再者，散熱片相對于分別由相應(yīng)框架181到185界定的 空氣通路206以流體流動關(guān)系而定向。再者，散熱片330具有大于約10mm的厚度尺寸以及 導(dǎo)熱質(zhì)量，所述導(dǎo)熱質(zhì)量可在個別質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊180之間變化，以便提 供分別在第一與第二端板41、42 ;71、72 ;91、92 ;131、132 ;161與162之間測量的操作上均 勻的溫度。 因此，將看到，描述一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊電力系統(tǒng)10，且其提供優(yōu)于在 此之前已利用的常規(guī)質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊的各種各樣的優(yōu)點。本發(fā)明是空氣冷卻 的，容易制造和組裝，且在小于將個別質(zhì)子交換薄膜模塊180密封在一起所必要的壓力量 的壓力下實現(xiàn)操作上有效的傳導(dǎo)性，且進一步提供用于以成本有效方式產(chǎn)生電力且在此之 前并不可能的方便手段。
39
權(quán)利要求
一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包括多個重復(fù)的串聯(lián)電耦合的燃料電池堆疊模塊，其通過小于每平方英寸約60磅的壓縮力以可密封方式安裝在一起。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其進一步包括 第一和第二端板，其相對于彼此以預(yù)定間隔關(guān)系而安置，且其中所述多個燃料電池堆疊模塊安置在所述相應(yīng)第一與第二端板之間，且其中所述第一和第二端板耦合在一起，且 組合地向所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊中的每一者施加所述小于每平方英寸約60磅的壓縮 力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其進一步包括耦合件，其具有相對的末端，所述末端個別地與所述相應(yīng)第一和第二端板協(xié)作且將所 述相應(yīng)第一和第二端板連接在一起，且所述耦合件穿過所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊中的每一者。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其進一步包括耦合件，其具有相對的末端，所述末端個別地與所述相應(yīng)第一和第二端板協(xié)作且將所 述相應(yīng)第一和第二端板連接在一起，且所述耦合件不穿過所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述相應(yīng)燃料電池堆疊 模塊被個別地扣緊在一起以便產(chǎn)生所述小于每平方英寸約60磅的壓縮力。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其進一步包括扣件，其為所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊中的每一者所具有且嚙合鄰近的并置燃料電池堆疊模塊，且產(chǎn)生所述小于每平方英寸約60磅的壓縮力。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊進一步包括框架，其具有相對的第一和第二側(cè)以及內(nèi)部和外部周邊邊緣，且其中所述內(nèi)部周邊邊 緣界定內(nèi)部腔，且其中所述相應(yīng)框架大體上自對準(zhǔn)，且其中所述相應(yīng)框架各自界定空氣通 路，所述空氣通路在所述內(nèi)部與外部周邊邊緣之間延伸且與其所述內(nèi)部腔連通。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中安裝凸緣與所述框架的 所述內(nèi)部周邊邊緣一體制成且延伸到所述框架的所述內(nèi)部腔中，且其中所述框架進一步界 定各自相對于所述腔以流體流動關(guān)系而耦合的燃料氣體通路和排放氣體通路，且其中所述 相應(yīng)燃料電池堆疊模塊的所述燃料氣體和排放氣體通路相對于彼此以流體流動關(guān)系而耦合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述相應(yīng)燃料氣體通路 相對于至少部分由所述框架的所述第一側(cè)界定的多個燃料氣體通道以流體流動關(guān)系而耦 合，且其中所述燃料氣體通道以流體流動關(guān)系而耦合到所述框架的所述內(nèi)部腔。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述相應(yīng)燃料電池堆 疊模塊進一步包括第一氣體擴散層，其定位在所述框架的所述腔內(nèi)；質(zhì)子交換薄膜，其接納在所述腔內(nèi)且相對于所述安裝凸緣以貼靠密封關(guān)系而安置，且 其中所述質(zhì)子交換薄膜具有相對于所述第一氣體擴散層并置的陽極側(cè)和相對的陰極側(cè)； 第二氣體擴散層，其定位在所述框架的所述腔內(nèi)且相對于所述質(zhì)子交換薄膜的所述陰極側(cè)并置；以及導(dǎo)電散熱片，其具有導(dǎo)熱質(zhì)量且接納在所述框架的所述腔內(nèi)，且相對于所述第二氣體 擴散層并置，且其中所述散熱片相對于由所述框架界定的所述空氣通路以流體流動關(guān)系而 定向。
11. 根據(jù)權(quán)利要求io所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述散熱片是波紋金屬。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述散熱片是網(wǎng)狀金 屬泡沫。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述散熱片包括界定 多個通路的擠壓鋁板。
14. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述散熱片包括沖壓 的彈性網(wǎng)狀金屬。
15. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述散熱片是由界定 多個通路的導(dǎo)電襯底制成的，所述多個通路相對于由所述框架界定的所述空氣通路以流體 流動關(guān)系而定向。
16. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述燃料電池堆疊模 塊中的每一者具有在所述燃料電池堆疊內(nèi)的所述燃料電池堆疊模塊中的任何其它者的小 于約10%以內(nèi)的操作溫度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述燃料電池堆疊模 塊中的每一者的所述個別散熱片的所述導(dǎo)熱質(zhì)量為所述燃料電池堆疊內(nèi)的所述相應(yīng)燃料 電池堆疊模塊中的每一者提供顯著不同程度的冷卻，使得所述多個燃料電池堆疊模塊中的 任一者的所得操作溫度與所述多個燃料電池堆疊模塊中的任何其它者的所述操作溫度相 差小于約百分之十。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述燃料電池模塊中 的每一者的所述個別散熱片的所述導(dǎo)熱質(zhì)量是可變的。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述燃料電池堆疊模 塊中的至少一者的所述散熱片界定多個通路，所述多個通路相對于所述通路提供第一和第 二冷卻空氣速度，且其中所述第一和第二冷卻空氣速度各自相對于所述散熱片提供顯著不 同程度的冷卻。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中由所述框架界定的 所述空氣通路具有橫截面積，且其中所述相應(yīng)框架的所述空氣通路的所述橫截面積是可變 的。
21. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述相應(yīng)燃料電池堆 疊模塊進一步包括集電隔板，其安裝在所述框架的所述第一側(cè)上，且至少部分與所述第一氣體擴散層成 歐姆電接觸而定位，且其中所述導(dǎo)電散熱片與鄰近燃料電池堆疊模塊的所述集電隔板成歐 姆電接觸而放置。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述集電隔板是無孔 的大體上光滑的金屬板，其以可密封方式附接到所述框架的所述第一側(cè)且進一步相對于由所述框架的所述第一側(cè)界定的所述多個燃料氣體通道以覆蓋關(guān)系而安置。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述集電隔板與所述框架配合地協(xié)作，且相對于所述框架自對準(zhǔn)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述壓縮力向所述安裝凸緣施加質(zhì)子交換薄膜密封力，其位于每平方英寸約5磅到每平方英寸約50磅的范圍內(nèi)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述質(zhì)子交換薄膜的所述陽極側(cè)具有有源區(qū)域表面，且其中薄膜電極組合件的所述陽極側(cè)的所述有源區(qū)域表面或所述集電隔板的相對于所述陽極側(cè)的所述有源區(qū)域表面成至少部分覆蓋關(guān)系的區(qū)大體上沒有用于容納反應(yīng)氣體流的預(yù)定通路。
26. —種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包括第一和第二端板，其以大體上平行間隔關(guān)系而安置；以及多個重復(fù)的空氣冷卻的燃料電池堆疊模塊，其定位在所述第一與第二端板之間且串聯(lián)電耦合在一起，且其中所述相應(yīng)端板通過向所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊中的每一者施加小于每平方英寸約60磅的壓縮力而以可密封方式將所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊耦合在一起，且其中所述質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊具有在所述第一與第二端板之間測量的改變小于約10%的操作溫度分布。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊具有在所述第一與第二端板之間測量的操作上有效的傳導(dǎo)性，所述操作上有效的傳導(dǎo)性是在小于約由所述第一和第二端板施加的所述壓縮力的壓力下實現(xiàn)的。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊進一步包括至少一個氣體擴散層，且其中導(dǎo)電性建立于所述至少一個氣體擴散層與所述燃料電池堆疊模塊的緊鄰于所述至少一個氣體擴散層的組件之間，且其中所述導(dǎo)電性與施加于所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊中的每一者的所述壓縮力大體上無關(guān)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述至少一個氣體擴散層至少部分由多孔導(dǎo)電陶瓷材料組成。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述陶瓷材料選自基本上由以下各項組成的群組二硼化鈦、二硼化鋯、二硅化鉬、二硅化鈦、氮化鈦、氮化鋯、碳化釩、碳化鎢及其復(fù)合物、層壓物和固溶體。
31. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊具有小于約200攝氏度的操作溫度。
32. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述多孔導(dǎo)電陶瓷材料具有小于約60微歐-厘米的電阻率，具有位于大于約5格利-秒到小于約2000格利-秒的范圍內(nèi)的磁導(dǎo)率，且進一步具有約0. 5到約200微米的孔大小。
33. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中將催化劑層涂覆于所述多孔導(dǎo)電陶瓷材料的表面。
34. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中質(zhì)子交換薄膜至少部分粘結(jié)到所述多孔導(dǎo)電陶瓷材料的表面。
35. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中質(zhì)子交換薄膜與所述多孔導(dǎo)電陶瓷材料的表面成歐姆電接觸而定位。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述氣體擴散層具有相對于所述質(zhì)子交換薄膜并置的第一側(cè)和相對的第二側(cè)，且其中多孔金屬涂層由所述氣體擴散層的所述第二側(cè)支承。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中催化劑層涂覆于所述氣體擴散層的所述第一側(cè)。
38. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述多孔金屬涂層選自基本上由以下各項組成的金屬群組鋁、鈦、鎳、鐵、不銹鋼、錳、鋅、鉻、銅、鋯、銀和鎢及其合金、氮化物、氧化物和碳化物。
39. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述氣體擴散層至少部分由燒結(jié)金屬網(wǎng)組成。
40. —種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，其包括質(zhì)子交換薄膜，其具有陽極側(cè)和陰極側(cè)；第一氣體擴散層，其相對于所述陽極側(cè)并置；第二氣體擴散層，其相對于所述陰極側(cè)并置；導(dǎo)電散熱片，其具有導(dǎo)熱質(zhì)量且相對于所述第二氣體擴散層并置；以及集電隔板，其相對于所述第一氣體擴散層成歐姆電接觸而并置，且其中多個燃料電池堆疊模塊串聯(lián)電連接，且進一步安裝在第一與第二端板之間以形成燃料電池堆疊，且其中第一燃料電池模塊的所述集電隔板相對于所述第一端板并置，且其中遠端的第二燃料電池模塊的所述散熱片相對于所述第二端板以受力關(guān)系而定位，且其中所述第一和第二端板向所述多個質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊中的每一者提供小于每平方英寸約60磅的壓縮力。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述質(zhì)子交換薄膜的所述陽極側(cè)具有有源區(qū)域表面，且其中所述質(zhì)子交換薄膜的所述陽極側(cè)的所述有源區(qū)域表面或相對于其成至少部分覆蓋關(guān)系而定位的所述集電隔板大體上沒有用于容納反應(yīng)氣體流的預(yù)定通路。
42. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片具有大于約10毫米的厚度尺寸。
43. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片具有大于約20毫米的厚度尺寸。
44. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片包括波紋導(dǎo)電襯底。
45. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片包括網(wǎng)狀金屬泡沫。
46. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片包括界定多個通路的擠壓鋁板。
47. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片包括沖壓的彈性網(wǎng)狀金屬。
48. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述相應(yīng)散熱片的所述導(dǎo)熱質(zhì)量是可變的。
49. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述多個燃料電池堆疊模塊中的每一者的所述個別散熱片的所述可變導(dǎo)熱質(zhì)量為所述燃料電池堆疊內(nèi)的所述多個燃料電池堆疊模塊中的每一者提供顯著不同程度的冷卻，使得所述多個燃料電池堆疊模塊中的任一者的操作溫度與所述多個燃料電池堆疊模塊中的任何其它者的所述操作溫度相差小于約百分之十。
50. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片界定多個通路，所述多個通路相對于所述相應(yīng)通路提供第一和第二冷卻空氣速度，且其中所述第一和第二冷卻空氣速度各自相對于所述散熱片提供顯著不同程度的冷卻。
51. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述第一或第二端板中的一者具有內(nèi)部和外部周邊邊緣，且其中所述第一或第二端板中的一者的所述內(nèi)部周邊邊緣界定內(nèi)部腔，且其中空氣通路在所述內(nèi)部與外部周邊邊緣之間延伸且與其所述內(nèi)部腔連通，且其中散熱片安置在由所述第一或第二端板中的一者界定的所述內(nèi)部腔內(nèi)，且相對于所述空氣通路以流體流動關(guān)系而安置。
52. —種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包括多個重復(fù)的串聯(lián)電耦合的燃料電池堆疊模塊，其通過小于每平方英寸約60磅的壓縮力以可密封方式安裝在一起，且其中所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊進一步包括框架，所述框架具有內(nèi)部和外部周邊邊緣以及第一和第二側(cè)，且其中所述內(nèi)部周邊邊緣界定內(nèi)部腔，且其中所述相應(yīng)框架以操作定向自對準(zhǔn)且配合地嵌套在一起，且其中所述相應(yīng)框架各自界定空氣通路，所述空氣通路在所述內(nèi)部與外部周邊邊緣之間延伸且與其所述內(nèi)部腔連通。
53. 根據(jù)權(quán)利要求52所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其進一步包括第一和第二端板，其相對于彼此以預(yù)定間隔關(guān)系而安置，且其中所述多個燃料電池堆疊模塊位于所述第一與第二端板之間，且相對于所述第一和第二端板以受力關(guān)系而安置。
54. 根據(jù)權(quán)利要求53所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其進一步包括耦合件，其具有相對的末端，所述末端個別地與所述相應(yīng)第一和第二端板協(xié)作且連接到所述相應(yīng)第一和第二端板，且所述耦合件穿過所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊中的每一者。
55. 根據(jù)權(quán)利要求53所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其進一步包括耦合件，其具有相對的末端，所述末端個別地與所述相應(yīng)第一和第二端板協(xié)作且連接到所述相應(yīng)第一和第二端板，且所述耦合件不穿過所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊。
56. 根據(jù)權(quán)利要求52所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊被個別地扣緊在一起以便產(chǎn)生所述小于每平方英寸約60磅的壓縮力。
57. 根據(jù)權(quán)利要求52所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其進一步包括扣件，其為所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊中的每一者所具有且以可釋放方式嚙合鄰近的并置燃料電池堆疊模塊，且產(chǎn)生所述小于每平方英寸約60磅的壓縮力。
58. 根據(jù)權(quán)利要求52所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中安裝凸緣與所述框架的所述內(nèi)部周邊邊緣一體制成且相對于所述框架的第一側(cè)成大體上共面定向而安置，且進一步延伸到所述框架的所述內(nèi)部腔中，且其中所述安裝凸緣具有內(nèi)部周邊邊緣，所述內(nèi)部周邊邊緣界定與所述框架的所述內(nèi)部腔連通的孔。
59. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述安裝凸緣具有第一和第二側(cè)以及由所述第一與第二側(cè)之間的距離界定的厚度尺寸，且其中所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊進一步包含第一氣體擴散層，所述第一氣體擴散層具有大體上類似于所述安裝凸緣的所述厚度尺寸的厚度尺寸，且其中所述第一氣體擴散層大體上堵塞由所述安裝凸緣的所述內(nèi)部周邊邊緣界定的所述孔。
60. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊進一步包括第一氣體擴散層，其具有面向內(nèi)部和面向外部的表面，所述第一氣體擴散層定位在所述框架的所述內(nèi)部腔內(nèi)，且處于其中所述第一氣體擴散層大體上堵塞由所述安裝凸緣界定的所述孔的定向，且其中所述第一氣體擴散層的所述面向外部的表面相對于所述框架的所述第一側(cè)成大體上共面定向而定向；質(zhì)子交換薄膜，其接納在所述腔內(nèi)且相對于所述安裝凸緣以貼靠密封關(guān)系而安置，且其中所述質(zhì)子交換薄膜具有相對于所述第一氣體擴散層的所述面向內(nèi)部的表面并置的陽極側(cè)和相對的陰極側(cè)；第二氣體擴散層，其定位在所述框架的所述腔內(nèi)且相對于所述質(zhì)子交換薄膜的所述陰極側(cè)并置；以及導(dǎo)電散熱片，其具有面向內(nèi)部和面向外部的表面，所述導(dǎo)電散熱片接納在所述框架的所述內(nèi)部腔內(nèi)且相對于所述第二氣體擴散層并置，且其中所述散熱片的所述面向外部的表面相對于所述框架的所述第二側(cè)成大體上共面定向而定向，且進一步相對于由所述框架界定的所述空氣通路以流體流動關(guān)系而定向。
61. 根據(jù)權(quán)利要求60所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述壓縮力向所述安裝凸緣施加質(zhì)子交換薄膜密封力，其位于每平方英寸約5磅到每平方英寸約50磅的范圍內(nèi)。
62. 根據(jù)權(quán)利要求60所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述第一或第二端板中的一者具有內(nèi)部和外部周邊邊緣，且其中所述第一或第二端板中的一者的所述內(nèi)部周邊邊緣界定內(nèi)部腔，且其中空氣通路在所述內(nèi)部與外部周邊邊緣之間延伸且與其所述內(nèi)部腔連通，且其中散熱片安置在由所述第一或第二端板中的一者界定的所述內(nèi)部腔內(nèi)，且進一步相對于由所述第一或第二端板界定的所述空氣通路以流體流動關(guān)系而安置。
63. 根據(jù)權(quán)利要求60所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述散熱片具有大于約IO毫米的厚度尺寸。
64. 根據(jù)權(quán)利要求60所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述散熱片具有小于約100毫米的厚度尺寸。
65. 根據(jù)權(quán)利要求60所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述相應(yīng)質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊進一步包括集電隔板，其安裝在所述框架的所述第一側(cè)上，且至少部分與所述第一氣體擴散層成歐姆電接觸而定位，且其中所述導(dǎo)電散熱片與鄰近燃料電池堆疊模塊的所述集電隔板成歐姆電接觸而放置。
66. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述集電隔板與所述框架配合地耦合且相對于所述框架自對準(zhǔn)。
67. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述集電隔板進一步包括導(dǎo)電突出部，所述導(dǎo)電突出部延伸超過所述框架的所述外部周邊邊緣以利于與所述集電隔板的電連接。
68. 根據(jù)權(quán)利要求67所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述導(dǎo)電突出部利于電力連接。
69. 根據(jù)權(quán)利要求68所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述導(dǎo)電突出部利于電信號連接。
70. 根據(jù)權(quán)利要求52所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述框架進一步界定相對于所述腔以流體流動關(guān)系而耦合的燃料氣體通路，且其中所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊的所述燃料氣體通路彼此以流體流動關(guān)系而耦合。
71. 根據(jù)權(quán)利要求70所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述燃料氣體通路中的至少一者以流體流動關(guān)系而耦合到燃料氣體歧管，所述燃料氣體歧管相對于所述框架的所述外部周邊邊緣以間隔關(guān)系而安置。
72. 根據(jù)權(quán)利要求52所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述框架進一步界定相對于所述框架的所述內(nèi)部腔以流體流動關(guān)系而耦合的排放氣體通路，且其中所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊的所述排放氣體通路彼此以流體流動關(guān)系而耦合。
73. 根據(jù)權(quán)利要求52所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述框架進一步界定相對于所述框架的所述內(nèi)部腔以流體流動關(guān)系而耦合的排放氣體通路，且其中所述排放氣體通路相對于周圍環(huán)境以流體流動關(guān)系而耦合。
74. 根據(jù)權(quán)利要求70所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述相應(yīng)燃料氣體通路相對于至少部分由所述框架的所述第一側(cè)界定的多個燃料氣體通道以流體流動關(guān)系而耦合，且其中所述燃料氣體通道以流體流動關(guān)系而耦合到所述框架的所述內(nèi)部腔。
75. 根據(jù)權(quán)利要求74所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其進一步包括安裝在所述框架的所述第一側(cè)上的集電隔板，且其中所述集電隔板是無孔的大體上光滑的金屬板，所述金屬板以可密封方式附接到所述框架的所述第一側(cè)，且在由所述框架的所述第一側(cè)界定的所述多個燃料氣體通道上方以覆蓋關(guān)系而定向。
76. 根據(jù)權(quán)利要求75所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述相應(yīng)燃料氣體通道將燃料氣體源遞送到封閉在所述框架的所述內(nèi)部腔內(nèi)的第一氣體擴散層。
77. 根據(jù)權(quán)利要求72所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述相應(yīng)排放氣體通路相對于至少部分由所述框架的所述第一側(cè)界定的多個排放氣體通路以流體流動關(guān)系而耦合，且其中所述排放氣體通路以流體流動關(guān)系而耦合到所述框架的所述內(nèi)部腔。
78. —種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，其包括質(zhì)子交換薄膜，其具有陽極側(cè)和陰極側(cè)；第一氣體擴散層，其相對于所述陽極側(cè)并置；第二氣體擴散層，其相對于所述陰極側(cè)并置；導(dǎo)電散熱片，其相對于所述第二氣體擴散層并置；框架，其具有內(nèi)部和外部周邊邊緣以及第一和第二側(cè)，且其中所述內(nèi)部周邊邊緣在所述框架內(nèi)界定內(nèi)部腔，且其中所述質(zhì)子交換薄膜、所述第一和第二氣體擴散層以及所述散熱片封閉在所述內(nèi)部腔內(nèi)；以及第一集電隔板，其安裝在所述框架的所述第一側(cè)上，且相對于所述第一氣體擴散層并置，以便形成燃料電池堆疊模塊，且其中多個燃料電池堆疊模塊定位在第一與第二端板之間，且進一步串聯(lián)電耦合在一起，且其中所述相應(yīng)端板在所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊中的每一者上施加小于每平方英寸約60磅的壓縮力。
79. 根據(jù)權(quán)利要求78所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊具有在所述第一與第二端板之間測量的操作上有效的傳導(dǎo)性，所述操作上有效的傳導(dǎo)性是在小于由所述第一和第二端板施加的所述壓縮力的壓力下實現(xiàn)的。
80. 根據(jù)權(quán)利要求78所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊具有在所述第一與第二端板之間測量的改變小于約10%的操作上有效的溫度分布。
81. 根據(jù)權(quán)利要求78所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述框架界定空氣通路，所述空氣通路在所述內(nèi)部與外部周邊邊緣之間延伸且與其所述內(nèi)部腔連通。
82. 根據(jù)權(quán)利要求78所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中一個燃料電池堆疊模塊的所述框架的至少一部分嵌套在鄰近燃料電池堆疊模塊的所述框架內(nèi)，以利于所述相應(yīng)框架的適當(dāng)操作對準(zhǔn)。
83. 根據(jù)權(quán)利要求78所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中具有外接內(nèi)部周邊邊緣的安裝凸緣與所述框架的所述內(nèi)部周邊邊緣一體制成，且其中所述安裝凸緣延伸到所述框架的所述內(nèi)部腔中，且其中所述安裝凸緣的所述外接內(nèi)部周邊邊緣界定與所述框架的所述內(nèi)部腔連通的孔，且其中薄膜電極組合件相對于所述安裝凸緣以貼靠密封關(guān)系而安置，且所述第一氣體擴散層大體上堵塞所述孔。
84. 根據(jù)權(quán)利要求83所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述安裝凸緣相對于所述框架的所述第一側(cè)以大體上共面定向而安置，且其中所述第一氣體擴散層相對于所述框架的所述第一側(cè)以大體上共面定向而定位。
85. 根據(jù)權(quán)利要求84所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述安裝凸緣具有第一和第二側(cè)以及由所述第一與第二側(cè)之間的距離界定的厚度尺寸，且其中所述第一氣體擴散層具有大體上類似于所述安裝凸緣的所述厚度尺寸的厚度尺寸。
86. 根據(jù)權(quán)利要求83所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述壓縮力向所述安裝凸緣施加薄膜電極組合件密封力，其位于每平方英寸約5磅到每平方英寸約50磅的范圍內(nèi)。
87. 根據(jù)權(quán)利要求78所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述模塊中的每一者的所述框架進一步界定燃料氣體通路和排放氣體通路，且其中所述燃料氣體和排放氣體通路中的每一者相對于所述腔以流體流動關(guān)系而個別地耦合，且其中所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊的所述燃料氣體和排放氣體通路相對于彼此以流體流動關(guān)系而耦合。
88. 根據(jù)權(quán)利要求87所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中至少一個燃料電池堆疊模塊的所述燃料氣體通路相對于燃料氣體歧管以流體流動關(guān)系而耦合，所述燃料氣體歧管相對于所述框架的所述外部周邊邊緣以間隔關(guān)系而定位。
89. 根據(jù)權(quán)利要求87所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中每一燃料電池堆疊模塊的所述燃料氣體通路相對于至少部分由所述框架的所述第一側(cè)界定的多個燃料氣體通道以流體流動關(guān)系而耦合，且其中所述多個燃料氣體通道以流體流動關(guān)系而耦合到所述框架的所述內(nèi)部腔。
90. 根據(jù)權(quán)利要求89所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述集電隔板是無孔的大體上光滑的金屬板，其以可密封方式附接到所述框架的所述第一側(cè)且進一步相對于由所述框架的所述第一側(cè)界定的所述多個燃料氣體通道以覆蓋關(guān)系而安置。
91. 根據(jù)權(quán)利要求78所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述第一或第二氣體擴散層中的至少一者至少部分包括多孔導(dǎo)電陶瓷材料層。
92. 根據(jù)權(quán)利要求91所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述陶瓷材料層選自基本上由以下各項組成的群組二硼化鈦、二硼化鋯、二硅化鉬、二硅化鈦、氮化鈦、氮化鋯、碳化釩、碳化鎢及其復(fù)合物、層壓物和固溶體。
93. 根據(jù)權(quán)利要求91所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中催化劑層涂覆于所述多孔導(dǎo)電陶瓷材料層的表面。
94. 根據(jù)權(quán)利要求91所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述質(zhì)子交換薄膜粘結(jié)到所述多孔導(dǎo)電陶瓷材料層的表面。
95. 根據(jù)權(quán)利要求91所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述質(zhì)子交換薄膜與所述多孔導(dǎo)電陶瓷材料層的表面成歐姆電接觸而定位。
96. 根據(jù)權(quán)利要求78所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述第一和第二氣體擴散層中的每一者具有相對于所述薄膜電極組合件并置的第一側(cè)和相對的第二側(cè)，且其中多孔金屬涂層由所述第一或第二氣體擴散層中的至少一者的所述第二側(cè)支承。
97. 根據(jù)權(quán)利要求96所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中催化劑層涂覆于所述第一或第二氣體擴散層中的至少一者的所述第一側(cè)。
98. 根據(jù)權(quán)利要求96所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述多孔金屬涂層選自基本上由以下各項組成的金屬群組鋁、鈦、鎳、鐵、不銹鋼、錳、鋅、鉻、銅、鋯、銀和鎢及其合金、氮化物、氧化物和碳化物。
99. 根據(jù)權(quán)利要求78所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述第一或第二氣體擴散層中的至少一者至少部分包括燒結(jié)金屬網(wǎng)。
100. 根據(jù)權(quán)利要求78所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片是波紋金屬。
101. 根據(jù)權(quán)利要求78所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片是網(wǎng)狀金屬泡沫。
102. 根據(jù)權(quán)利要求78所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片包括界定多個通路的擠壓鋁板。
103. 根據(jù)權(quán)利要求78所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片包括沖壓的彈性網(wǎng)狀金屬。
104. 根據(jù)權(quán)利要求81所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片是由界定多個通路的導(dǎo)電襯底制成的，所述多個通路相對于由所述框架界定的所述空氣通路以流體流動關(guān)系而定向。
105. 根據(jù)權(quán)利要求104所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中由所述散熱片界定的所述多個通路相對于所述通路提供第一和第二冷卻空氣速度，且其中所述第一和第二冷卻空氣速度各自相對于所述散熱片提供顯著不同程度的冷卻。
106. 根據(jù)權(quán)利要求78所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述集電隔板與所述框架配合地耦合且相對于所述框架自對準(zhǔn)。
107. —種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包括多個重復(fù)的串聯(lián)電耦合的燃料電池堆疊模塊，其各自界定內(nèi)部腔且通過小于每平方英寸約60磅的壓縮力以可密封方式安裝在一起；以及質(zhì)子交換薄膜相對于至少一個陶瓷氣體擴散層以操作定向而放置，且接納在所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊的所述腔內(nèi)。
108. 根據(jù)權(quán)利要求107所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其進一步包括第一和第二端板，其相對于彼此以預(yù)定間隔關(guān)系而安置，且其中所述多個燃料電池堆疊模塊安置在所述相應(yīng)第一與第二端板之間，且其中所述第一和第二端板向所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊施加所述壓縮力，且其中所述燃料電池堆疊模塊具有在所述第一與第二端板之間測量的操作上有效的傳導(dǎo)性，所述操作上有效的傳導(dǎo)性是在小于由所述第一和第二端板施加于所述多個燃料電池堆疊模塊的所述壓縮力的壓力下實現(xiàn)的。
109. 根據(jù)權(quán)利要求108所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊具有在所述第一與第二端板之間測量的大體上均勻的操作溫度分布。
110. 根據(jù)權(quán)利要求107所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中導(dǎo)電性建立于所述至少一個陶瓷擴散層與燃料電池堆疊模塊的緊鄰于所述至少一個陶瓷擴散層而定位的組件之間，且其中所述建立的導(dǎo)電性與施加于所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊中的每一者的所述壓縮力大體上無關(guān)。
111. 根據(jù)權(quán)利要求107所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述陶瓷擴散層是由選自基本上由以下各項組成的群組的陶瓷材料制成的二硼化鈦、二硼化鋯、二硅化鉬、二硅化鈦、氮化鈦、氮化鋯、碳化釩、碳化鎢及其復(fù)合物、層壓物和固溶體。
112. 根據(jù)權(quán)利要求107所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述質(zhì)子交換薄膜具有小于約200攝氏度的操作溫度。
113. 根據(jù)權(quán)利要求107所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述陶瓷擴散層是由多孔導(dǎo)電陶瓷材料制成的，所述多孔導(dǎo)電陶瓷材料具有小于約60微歐-厘米的電阻率，具有位于大于約5格利-秒到小于約2000格利-秒的范圍內(nèi)的磁導(dǎo)率，且進一步具有約0. 5到約200微米的孔大小。
114. 一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包括第一和第二端板，其以大體上平行間隔關(guān)系而安置；以及多個重復(fù)的空氣冷卻的燃料電池堆疊模塊，其定位在所述第一與第二端板之間且串聯(lián)電耦合在一起，且所述燃料電池堆疊模塊進一步具有在所述第一與第二端板之間測量的操作上有效的傳導(dǎo)性，所述操作上有效的傳導(dǎo)性是在小于施加于所述多個所述燃料電池堆疊模塊中的每一者的壓縮力的壓力下實現(xiàn)的，且所述燃料電池堆疊模塊進一步具有在所述第一與第二端板之間測量的大體上均勻的操作上有效的溫度分布。
115. 根據(jù)權(quán)利要求114所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述相應(yīng)端板向所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊中的每一者施加小于每平方英寸約60磅的壓縮力。
116. 根據(jù)權(quán)利要求115所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中每一燃料電池堆疊模塊進一步包括至少一個氣體擴散層，且其中導(dǎo)電性建立于所述至少一個氣體擴散層與燃料電池堆疊模塊的緊鄰于所述至少一個氣體擴散層而定位的組件之間，且其中所述建立的導(dǎo)電性與施加于所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊中的每一者的所述壓縮力大體上無關(guān)。
117. 根據(jù)權(quán)利要求116所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述至少一個氣體擴散層是至少部分由多孔導(dǎo)電陶瓷材料制成的。
118. 根據(jù)權(quán)利要求117所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述陶瓷材料選自基本上由以下各項組成的群組二硼化鈦、二硼化鋯、二硅化鉬、二硅化鈦、氮化鈦、氮化鋯、碳化釩、碳化鎢及其復(fù)合物、層壓物和固溶體。
119. 根據(jù)權(quán)利要求118所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊具有小于約200攝氏度的操作溫度。
120. 根據(jù)權(quán)利要求119所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中催化劑層涂覆于所述多孔導(dǎo)電陶瓷材料的表面。
121. 根據(jù)權(quán)利要求117所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中質(zhì)子交換薄膜粘結(jié)到所述多孔導(dǎo)電陶瓷材料的表面。
122. 根據(jù)權(quán)利要求117所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中質(zhì)子交換薄膜與所述導(dǎo)電陶瓷材料的表面成歐姆電接觸而定位。
123. 根據(jù)權(quán)利要求122所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述氣體擴散層具有相對于所述質(zhì)子交換薄膜并置的第一側(cè)和相對的第二側(cè)，且其中多孔金屬涂層由所述氣體擴散層的第二側(cè)支承。
124. 根據(jù)權(quán)利要求123所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中催化劑層定位于所述氣體擴散層的所述第一側(cè)與所述質(zhì)子交換薄膜之間。
125. 根據(jù)權(quán)利要求123所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述多孔金屬涂層選自基本上由以下各項組成的金屬群組鋁、鈦、鎳、鐵、不銹鋼、錳、鋅、鉻、銅、鋯、銀和鎢及其合金、氮化物、氧化物和碳化物。
126. 根據(jù)權(quán)利要求116所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述氣體擴散層是至少部分由燒結(jié)金屬網(wǎng)制成的。
127. —種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，其包括質(zhì)子交換薄膜，其具有陽極側(cè)和陰極側(cè)；第一導(dǎo)電陶瓷層，其相對于所述陽極側(cè)并置；第二導(dǎo)電陶瓷層，其相對于所述陰極側(cè)并置；導(dǎo)電散熱片，其相對于所述第二導(dǎo)電陶瓷層并置；框架，其具有內(nèi)部和外部周邊邊緣以及第一和第二側(cè)，且其中所述內(nèi)部周邊邊緣界定內(nèi)部腔，且其中所述相應(yīng)框架各自界定空氣通路，所述空氣通路在所述內(nèi)部與外部周邊邊緣之間延伸且與其內(nèi)部腔連通，且其中所述質(zhì)子交換薄膜、第一和第二導(dǎo)電陶瓷層以及所述導(dǎo)電散熱片封閉在所述內(nèi)部腔內(nèi)；以及集電隔板，其安裝在所述框架的所述第一側(cè)上且相對于所述第一導(dǎo)電陶瓷層并置。
128. 根據(jù)權(quán)利要求127所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中具有預(yù)定尺寸的至少一個腔形成于所述框架的所述第一側(cè)；且陽部件相對于所述框架的所述第二側(cè)垂直向外延伸，且經(jīng)大小設(shè)計以便以摩擦配合的性質(zhì)以伸縮方式接納在由鄰近框架的所述第一側(cè)界定的所述腔內(nèi)，以利于所述相應(yīng)框架相對于彼此的自對準(zhǔn)。
129. 根據(jù)權(quán)利要求127所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述集電隔板與所述框架配合地耦合且相對于所述框架自對準(zhǔn)。
130. 根據(jù)權(quán)利要求127所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片具有面向內(nèi)部的表面和面向外部的表面，且其中所述面向外部的表面相對于所述框架的所述第二側(cè)成大體上共面定向而定位。
131. 根據(jù)權(quán)利要求127所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片是由波紋金屬制成的。
132. 根據(jù)權(quán)利要求127所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片包括網(wǎng)狀金屬泡沫。
133. 根據(jù)權(quán)利要求127所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片包括界定多個通路的擠壓鋁板。
134. 根據(jù)權(quán)利要求127所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片包括沖壓的彈性網(wǎng)狀金屬。
135. 根據(jù)權(quán)利要求127所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片是由界定多個通路的導(dǎo)電襯底制成的，所述多個通路相對于由所述框架界定的所述空氣通路以流體流動關(guān)系而定向。
136. 根據(jù)權(quán)利要求135所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中由所述散熱片界定的所述多個通路相對于所述通路提供第一和第二冷卻空氣速度，且其中所述第一和第二冷卻空氣速度各自相對于所述散熱片提供顯著不同程度的冷卻。
137. 根據(jù)權(quán)利要求127所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片具有大于約io毫米的厚度尺寸。
138. 根據(jù)權(quán)利要求127所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述散熱片具有小于約100毫米的厚度尺寸。
139. 根據(jù)權(quán)利要求127所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中安裝凸緣與所述框架的所述內(nèi)部周邊邊緣一體制成，且延伸到所述框架的所述內(nèi)部腔中，且其中所述安裝凸緣界定與所述框架的所述內(nèi)部腔連通的孔，且其中所述質(zhì)子交換薄膜相對于所述安裝凸緣以貼靠密封關(guān)系而安置，且所述第一導(dǎo)電陶瓷層大體上堵塞由所述安裝凸緣界定的所述孔。
140. 根據(jù)權(quán)利要求139所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述安裝凸緣具有第一和第二側(cè)以及由所述第一與第二側(cè)之間的距離界定的厚度尺寸，且其中所述第一導(dǎo)電陶瓷層具有大體上類似于所述安裝凸緣的所述厚度尺寸的厚度尺寸。
141. 根據(jù)權(quán)利要求127所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述框架進一步界定相對于所述腔以流體流動關(guān)系而耦合的燃料氣體通路，且其中所述燃料氣體通路耦合到燃料氣體源。
142. 根據(jù)權(quán)利要求141所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述燃料氣體通路以流體流動關(guān)系而耦合到燃料氣體歧管，所述燃料氣體歧管相對于所述框架的所述外部周邊邊緣以間隔關(guān)系而安置。
143. 根據(jù)權(quán)利要求141所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述燃料氣體通路將所述燃料氣體源遞送到所述第一導(dǎo)電陶瓷層。
144. 根據(jù)權(quán)利要求141所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述框架進一步界定相對于所述框架的所述內(nèi)部腔和/或周圍環(huán)境以流體流動關(guān)系而耦合的排放氣體通路。
145. 根據(jù)權(quán)利要求144所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述集電隔板是粘結(jié)到所述框架的所述第一側(cè)的無孔的大體上光滑的金屬板，且其中所述燃料氣體通路和排放氣體通路各自延伸穿過所述集電隔板。
146. 根據(jù)權(quán)利要求127所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述第一和第二導(dǎo)電陶瓷層中的至少一者是由選自基本上由以下各項組成的群組的陶瓷材料制成的二硼化鈦、二硼化鋯、二硅化鉬、二硅化鈦、氮化鈦、氮化鋯、碳化釩、碳化鴇及其復(fù)合物、層壓物和固溶體。
147. 根據(jù)權(quán)利要求127所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中多個燃料電池堆疊模塊定位在第一與第二端板之間，且串聯(lián)電耦合在一起，且其中所述相應(yīng)端板在所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊中的每一者上施加小于每平方英寸約60磅的壓縮力。
148. 根據(jù)權(quán)利要求127所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊具有小于約200攝氏度的大體上均勻的操作溫度分布。
149. 一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包括第一端板和相對的第二端板；多個燃料電池堆疊模塊，其安裝在所述第一和第二端板中的每一者之間，且其中所述燃料電池堆疊模塊中的每一者進一步包括質(zhì)子交換薄膜，其具有陽極側(cè)和陰極側(cè)；第一導(dǎo)電陶瓷擴散層，其相對于所述陽極側(cè)并置；第二導(dǎo)電陶瓷氣體擴散層，其相對于所述陰極側(cè)并置；導(dǎo)電散熱片，其相對于所述第二陶瓷氣體擴散層并置，且其中所述散熱片界定多個流體通路，所述流體通路準(zhǔn)許空氣源穿過其中且到達所述第二陶瓷氣體擴散層；框架，其具有第一和第二側(cè)以及內(nèi)部和外部周邊邊緣，且其中所述內(nèi)部周邊邊緣界定內(nèi)部腔，且其中所述質(zhì)子交換薄膜、所述第一和第二陶瓷氣體擴散層以及所述散熱片封閉在所述內(nèi)部腔內(nèi)，且其中所述框架界定各自相對于所述第一陶瓷氣體擴散層以流體流動關(guān)系而安置的燃料和排放氣體通路，且其中所述框架進一步界定相對于所述散熱片以流體流動關(guān)系而定向的空氣通路，且其中所述框架進一步具有延伸到所述內(nèi)部腔中且大體上外接所述框架的所述內(nèi)部周邊邊緣的安裝凸緣，且其中所述質(zhì)子交換薄膜以可密封方式附接到所述安裝凸緣；第一集電隔板，其安裝在所述框架的所述第一側(cè)上，且相對于所述第一氣體擴散層并置；以及第二集電隔板，其相對于所述第二端板并置，且其中第一燃料電池模塊的所述第一集電隔板相對于所述第一端板并置，且其中所述第二集電隔板相對于鄰近于所述第二端板而定位的第二燃料電池模塊的所述散熱片并置，且其中所述第一和第二端板向所述多個燃料電池模塊中的每一者提供小于每平方英寸約60磅的壓縮力。
150. 根據(jù)權(quán)利要求149所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述壓縮力向所述安裝凸緣施加質(zhì)子交換薄膜密封力，其位于每平方英寸約5磅到每平方英寸約50磅的范圍內(nèi)。
151. 根據(jù)權(quán)利要求149所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述集電隔板中的至少一者進一步包含突出部，所述突出部延伸超過所述框架的所述外部周邊邊緣以利于與所述集電隔板的電連接。
152. 根據(jù)權(quán)利要求151所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述突出部利于與所述集電隔板的電力連接。
153. 根據(jù)權(quán)利要求152所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述突出部利于與所述集電隔板的電信號連接。
154. 根據(jù)權(quán)利要求149所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述散熱片具有大于約10毫米的寬度尺寸。
155. 根據(jù)權(quán)利要求149所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述散熱片具有小于約IOO毫米的寬度尺寸。
156. 根據(jù)權(quán)利要求149所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述第一和第二陶瓷氣體擴散層各自是由選自基本上由以下各項組成的群組的陶瓷材料制成的二硼化鈦、二硼化鋯、二硅化鉬、二硅化鈦、氮化鈦、氮化鋯、碳化釩、碳化鎢及其復(fù)合物、層壓物和固溶體。
157. 根據(jù)權(quán)利要求149所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述燃料電池堆疊模塊中的每一者的所述相應(yīng)燃料氣體通路相對于至少部分由所述框架的所述第一側(cè)界定的多個燃料氣體通道以流體流動關(guān)系而耦合，且其中所述相應(yīng)燃料氣體通道相對于所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊的所述框架的所述內(nèi)部腔以流體流動關(guān)系而耦合。
158. 根據(jù)權(quán)利要求157所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述第一集電隔板包含無孔的大體上光滑的金屬板，其粘結(jié)到所述框架的所述第一側(cè)且相對于所述多個燃料氣體通道以覆蓋關(guān)系而定位，以便有效地密封由所述框架的所述第一側(cè)界定的所述多個流體通道。
159. —種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包括多個框架，其各自具有內(nèi)部和外部周邊邊緣以及第一和第二側(cè)，且其中所述內(nèi)部周邊邊緣界定內(nèi)部腔，且其中所述相應(yīng)框架以操作定向自對準(zhǔn)且配合地嵌套在一起，且其中所述相應(yīng)框架各自界定空氣通路，所述空氣通路在所述內(nèi)部與外部周邊邊緣之間延伸且與其所述內(nèi)部腔連通，且其中所述相應(yīng)框架中的每一者進一步界定相對于多個燃料氣體通道以流體流動關(guān)系而耦合的燃料氣體通路，且所述多個燃料氣體通道至少部分由所述框架中的每一者的所述第一側(cè)界定，且其中所述燃料氣體通道中的每一者以流體流動關(guān)系而耦合到所述框架的所述內(nèi)部腔，且其中所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊的所述個別燃料氣體通路各自相對于彼此以流體流動關(guān)系而耦合，且其中所述框架進一步界定相對于多個排放氣體通道以流體流動關(guān)系而耦合的排放氣體通路，且所述多個排放氣體通道至少部分由所述框架的所述第一側(cè)界定，且其中所述個別排放氣體通道以流體流動關(guān)系而耦合到所述框架的所述內(nèi)部腔，且其中所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊的所述個別排放氣體通路各自相對于彼此以流體流動關(guān)系而耦合；安裝凸緣，其與所述框架中的每一者的所述內(nèi)部周邊邊緣一體制成且相對于所述框架中的每一者的所述第一側(cè)成大體上共面定向而安置，且其中所述安裝凸緣延伸到所述框架中的每一者的所述內(nèi)部腔中且界定與所述框架的所述內(nèi)部腔連通的孔，且其中所述安裝凸緣具有第一和第二側(cè)以及由所述第一與第二側(cè)之間的距離界定的厚度尺寸；第一氣體擴散層，其具有面向內(nèi)部和面向外部的表面且定位在所述框架的所述內(nèi)部腔內(nèi)，且其中所述第一氣體擴散層的所述面向外部的表面相對于所述框架的所述第一側(cè)成大體上共面定向而定向，且具有大體上類似于所述安裝凸緣的所述厚度尺寸的厚度尺寸，且其中所述第一氣體擴散層大體上堵塞由所述安裝凸緣界定的所述孔；質(zhì)子交換薄膜，其接納在所述框架的所述內(nèi)部腔內(nèi)，且相對于所述安裝凸緣以貼靠密封關(guān)系而安置，且其中所述質(zhì)子交換薄膜具有相對于所述第一氣體擴散層的所述面向內(nèi)部的表面并置的陽極側(cè)和相對的陰極側(cè)；第二氣體擴散層，其定位在所述框架的所述內(nèi)部腔內(nèi)且相對于所述質(zhì)子交換薄膜的所述陰極側(cè)并置；導(dǎo)電散熱片，其具有面向內(nèi)部和面向外部的表面且接納在所述框架中的每一者的所 述內(nèi)部腔內(nèi)，且其中所述導(dǎo)電散熱片的所述面向內(nèi)部的表面相對于所述第二氣體擴散層并 置，且其中所述散熱片的所述面向外部的表面相對于所述框架中的每一者的所述第二側(cè)成 大體上共面定向而定向，且進一步相對于由所述框架界定的所述空氣通路以流體流動關(guān)系 而定向，且其中所述散熱片具有大于約10毫米的厚度尺寸；集電隔板，其安裝在所述框架中的每一者的所述第一側(cè)上，且進一步至少部分與所述 第一氣體擴散層成歐姆電接觸而定位，且其中所述導(dǎo)電散熱片與鄰近燃料電池堆疊模塊的 所述集電隔板成歐姆電接觸而安置，且其中所述集電隔板與所述框架配合地耦合且相對于 所述框架自對準(zhǔn)，且其中所述集電隔板進一步是無孔的大體上光滑的金屬板，所述金屬板 粘結(jié)到所述框架的所述第一側(cè)，以便有效地密封由所述框架的所述第一側(cè)界定的所述多個 燃料氣體和排放氣體通道；以及第一和第二端板，其相對于彼此以預(yù)定間隔關(guān)系而安置，且其中所述多個框架位于所 述第一與第二端板之間且相對于所述第一和第二端板以受力關(guān)系而安置，且其中所述相應(yīng) 第一和第二端板向所述相應(yīng)框架中的每一者施加小于每平方英寸約60磅的壓縮力。
160. 根據(jù)權(quán)利要求159所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述質(zhì)子交換 薄膜燃料電池堆疊具有在所述第一與第二端板之間測量的操作上有效的傳導(dǎo)性，所述操作 上有效的傳導(dǎo)性是在小于施加于所述第一和第二端板的所述壓縮力的壓力下實現(xiàn)的。
161. —種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包括 多個質(zhì)子交換薄膜，其各自具有陽極側(cè)和陰極側(cè)；第一多孔導(dǎo)電陶瓷層，其相對于所述質(zhì)子交換薄膜中的每一者的所述陽極側(cè)并置；以及第二多孔導(dǎo)電陶瓷層，其相對于所述質(zhì)子交換薄膜中的每一者的所述陰極側(cè)并置，且 其中所述質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊具有小于約200攝氏度的操作溫度。
162. 根據(jù)權(quán)利要求161所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述第一和第二多 孔導(dǎo)電陶瓷層各自是由選自基本上由以下各項組成的群組的陶瓷材料制成的二硼化鈦、 二硼化鋯、二硅化鉬、二硅化鈦、氮化鈦、氮化鋯、碳化釩、碳化鎢及其復(fù)合物、層壓物和固溶 體。
163. 根據(jù)權(quán)利要求162所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其進一步包括多個界定 內(nèi)部腔的框架，且所述框架通過小于每平方英寸約60磅的壓縮力以可密封方式安裝在一起，且其中所述相應(yīng)質(zhì)子交換薄膜被個別地安裝在所述框架中的每一者的所述腔內(nèi)。
164. 根據(jù)權(quán)利要求163所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中催化劑層涂覆于所 述第一和第二多孔導(dǎo)電陶瓷層中的至少一者的表面。
165. 根據(jù)權(quán)利要求163所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述質(zhì)子交換薄膜 粘結(jié)到所述多孔導(dǎo)電陶瓷層中的至少一者的表面。
166. 根據(jù)權(quán)利要求163所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述質(zhì)子交換薄膜 與所述第一和第二多孔導(dǎo)電陶瓷層中的每一者成歐姆電接觸而定位。
167. —種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包括多個重復(fù)的串聯(lián)電耦合的燃料電池堆疊模塊，其通過小于每平方英寸約60磅的壓縮 力以可密封方式安裝在一起，且其中所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊進一步包括具有內(nèi)部和外 部周邊邊緣的框架，且其中所述內(nèi)部周邊邊緣界定內(nèi)部腔，且其中所述相應(yīng)框架各自界定 具有橫截面積的空氣通路，且所述空氣通路在所述內(nèi)部與外部周邊邊緣之間延伸且進一步 與其所述內(nèi)部腔連通，且其中具有有效操作溫度的質(zhì)子交換薄膜接納在所述框架中的每一 者的所述內(nèi)部腔內(nèi)，且其中具有導(dǎo)熱質(zhì)量的導(dǎo)電散熱片接納在所述相應(yīng)框架的所述內(nèi)部腔 內(nèi)，且進一步相對于由所述框架界定的所述空氣通路以流體流動關(guān)系而定向，且耗散在操 作期間由所述質(zhì)子交換薄膜產(chǎn)生的熱能，且其中所述質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊的所述相 應(yīng)質(zhì)子交換薄膜的所述操作溫度在彼此的小于約百分之十以內(nèi)。
168. 根據(jù)權(quán)利要求167所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中一個燃料電池堆疊 模塊的所述散熱片相對于所述燃料電池堆疊內(nèi)的另一燃料電池堆疊模塊提供顯著不同程 度的冷卻。
169. 根據(jù)權(quán)利要求168所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述相應(yīng)框架的所 述空氣通路的所述橫截面積是可變的。
170. 根據(jù)權(quán)利要求168所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述相應(yīng)散熱片的 所述導(dǎo)熱質(zhì)量是可變的。
171. 根據(jù)權(quán)利要求168所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述散熱片界定多 個通路，所述多個通路相對于所述通路提供第一和第二冷卻空氣速度，且其中所述第一和 第二冷卻空氣速度各自相對于所述散熱片提供顯著不同程度的冷卻。
172. —種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，其包括質(zhì)子交換薄膜，其具有陽極側(cè)和陰極側(cè)，且其中所述陽極和陰極側(cè)各自具有有源區(qū)域 表面，且其中所述質(zhì)子交換薄膜的所述陽極側(cè)或所述陰極側(cè)中的至少一者的所述有源區(qū)域 表面和/或具有相對于其至少成部分覆蓋關(guān)系而定向的區(qū)的燃料電池組件大體上沒有用 于容納反應(yīng)氣體流的預(yù)定通路。
173. 根據(jù)權(quán)利要求172所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述質(zhì)子交換 薄膜的所述陽極側(cè)的所述有源區(qū)域表面大體上沒有用于容納所述反應(yīng)氣體流的預(yù)定通路。
174. 根據(jù)權(quán)利要求172所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述質(zhì)子交換 薄膜的所述陰極側(cè)的所述有源區(qū)域表面大體上沒有用于容納所述反應(yīng)氣體流的預(yù)定通路。
175. 根據(jù)權(quán)利要求172所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其進一步包括 第一氣體擴散層，其相對于所述陽極側(cè)并置； 第二氣體擴散層，其相對于所述陰極側(cè)并置；集電隔板，其相對于所述第一氣體擴散層成歐姆電接觸而并置。
176. 根據(jù)權(quán)利要求175所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中多個燃料電池 堆疊模塊定位在第一與第二端板之間，且串聯(lián)電耦合在一起，且其中所述相應(yīng)端板在所述 相應(yīng)燃料電池堆疊模塊中的每一者上施加小于每平方英寸約60磅的壓縮力。
177. 根據(jù)權(quán)利要求172所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述第一或第 二氣體擴散層中的至少一者至少部分包括多孔導(dǎo)電陶瓷材料層。
178. 根據(jù)權(quán)利要求172所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊模塊，且其中所述第一或第 二氣體擴散層中的至少一者至少部分包括多孔導(dǎo)電碳材料層。
179. —種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，其包括多個質(zhì)子交換薄膜，其各自具有陽極側(cè)和陰極側(cè)，且其中所述陽極和陰極側(cè)中的每一 者具有有源區(qū)域表面，且其中所述質(zhì)子交換薄膜的所述陽極側(cè)的所述有源區(qū)域表面和具有 相對于所述陽極側(cè)的所述有源區(qū)域表面成至少部分覆蓋關(guān)系的區(qū)的燃料電池堆疊組件均 大體上沒有用于容納反應(yīng)氣體流的預(yù)定通路；多個第一氣體擴散層，其分別相對于所述陽極側(cè)中的每一者并置； 多個第二氣體擴散層，其分別相對于所述陰極側(cè)中的每一者并置；以及 多個集電隔板，其分別相對于所述第一氣體擴散層中的每一者成歐姆電接觸而并置。
180. 根據(jù)權(quán)利要求179所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其進一步包括 多個重復(fù)的串聯(lián)電耦合的燃料電池堆疊模塊，其各自界定內(nèi)部腔，且通過小于每平方英寸約60磅的壓縮力以可密封方式安裝在一起；且其中多個薄膜電極組合件中的至少一 者和所述多個第一和第二氣體擴散層中的至少一者以及所述多個集電隔板中的至少一者 接納在所述相應(yīng)燃料電池堆疊模塊的所述腔內(nèi)。
181. 根據(jù)權(quán)利要求180所述的質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊，且其中所述多個第一或第 二氣體擴散層中的至少一者至少部分包括多孔導(dǎo)電陶瓷材料層。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊和新穎的質(zhì)子交換薄膜燃料電池模塊，且其中所述質(zhì)子交換薄膜燃料電池堆疊包含多個重復(fù)的串聯(lián)電耦合的燃料電池堆疊模塊，且所述燃料電池堆疊模塊通過小于每平方英寸約60磅的壓縮力以可密封方式安裝在一起。
文檔編號H01M8/00GK101711440SQ200880015047
公開日2010年5月19日 申請日期2008年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月8日
發(fā)明者埃里克·J·瑞安, 戴維·R·洛特, 斯科特·A·斯平克, 約翰·M·費希爾, 馬修·M·萊特 申請人:瑞理恩公司