專利名稱：用于燃料電池的隔板及燃料電池堆疊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池隔板(separator)及采用該燃料電池隔板的燃料電池堆疊(stack),該燃料電池隔板能夠通過降低電池性能的偏差及減少死空間(dead space)來改善堆疊性能。
背景技術(shù)：
近年來，已經(jīng)將燃料電池隔板用于燃料電池堆疊中，該燃料電池堆疊具有多個(gè)堆疊的燃料電池。在這種情況下，隔板設(shè)置在兩個(gè)燃料電池之間用于向相鄰的燃料電池供應(yīng)燃料或者氧化劑。隔板還具有將兩個(gè)相鄰的燃料電池彼此電耦接的功能。因此，隔板通常包括用于向燃料電池的陽極供應(yīng)燃料的通道和/或用于向燃料電池的陰極供應(yīng)氧化劑的通道。
對(duì)應(yīng)于預(yù)定的應(yīng)用，燃料電池堆疊可以以各種外觀和形狀制造。具體地，燃料電池堆疊可以制造為具有耦接孔鉆鑿(bore)在燃料電池的有效區(qū)域(active region )內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，或者具有隔板包括十字通道區(qū)域(cross channelregion)的結(jié)構(gòu)。這里，耦接孔鉆鑿在電池的有效區(qū)域中的堆疊結(jié)構(gòu)防止當(dāng)隔板堆疊在電池上時(shí)電池與隔板之間的邊界區(qū)域破裂。隔板具有十字通道區(qū)域的堆疊結(jié)構(gòu)可以用于在相同的堆疊體積下獲得最大的有效區(qū)域。
隔板的通道通常耦接在入口歧管(inlet manifold)和出口歧管(outletmanifold)之間，入口歧管和出口歧管可以安置在層疊的燃料電池堆疊中。當(dāng)多個(gè)通道安置在一個(gè)隔板的一個(gè)表面中時(shí)，多個(gè)通道從入口歧管延伸到出口歧管，入口歧管或者與出口歧管平行地排列，或者入口歧管與出口歧管彼此獨(dú)立地延伸。
然而，在耦接孔被鉆鑿在電池的有效區(qū)域內(nèi)部的燃料電池堆疊中，耦接孔的存在阻礙隔板具有彼此平行地延伸的多個(gè)通道。此外，當(dāng)彼此獨(dú)立延伸的多個(gè)通道安置在燃料電池堆疊(該燃料電池堆疊包括在電池的有效區(qū)域內(nèi)部的耦接孔)的不同區(qū)域中時(shí)，入口歧管和出口歧管設(shè)置在隔板的頂通道區(qū)域和底通道區(qū)域的中心區(qū)域，或者設(shè)置在隔板的左通道區(qū)域和右通道區(qū)域的中心區(qū)域中，這兩種情況都導(dǎo)致死空間增大。因?yàn)殡姵氐挠行^(qū)域隨著死空間的增大而減小，所以每電池體積的功率密度會(huì)降低。
此外，當(dāng)在燃料電池堆疊中使用具有在不同區(qū)域中獨(dú)立延伸的多個(gè)通道的隔板時(shí)，入口歧管和出口歧管相對(duì)于隔板的通道區(qū)域沿對(duì)角線方向設(shè)置。在此構(gòu)造中，在獨(dú)立形成在入口歧管和出口歧管之間的通道組中燃料流動(dòng)速率濃度會(huì)不均勻。非均勻的燃料流動(dòng)速率濃度會(huì)導(dǎo)致堆疊性能惡化。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，燃料電池隔板包括基底件(base member);第一通道組，具有至少一個(gè)通道；以及第二通道組，具有至少一個(gè)通道。在某些實(shí)施例中，第一通道組設(shè)置在基底件的至少一個(gè)表面上。在某些實(shí)施例中，第二通道組設(shè)置在基底件的至少一個(gè)表面上。在某些實(shí)施例中，該至少一個(gè)表面包括第一區(qū)域、第二區(qū)域以及設(shè)置在第一區(qū)域與第二區(qū)域之間的中心區(qū)域。在某些實(shí)施例中，第 一通道組和第二通道組在第 一 區(qū)域和第二區(qū)域中彼此平行地延伸。在某些實(shí)施例中，第一通道組和第二通道組在中心區(qū)域中彼此獨(dú)立地延伸。
在某些實(shí)施例中，中心區(qū)域小于該至少一個(gè)表面的區(qū)域的一半，該區(qū)域包括第 一通道組和第二通道組。在某些實(shí)施例中，該區(qū)域具有十字形狀(crossshape)。在某些實(shí)施例中，中心區(qū)域包括孔。在某些實(shí)施例中，燃料電池隔板還包括第一歧管和第二歧管，在第一歧管中第二通道組的第一端耦接到第一通道組的第一端，在第二歧管中第二通道組的第二端耦接到第一通道組的第二端。在某些實(shí)施例中，基底件的至少一個(gè)表面包括四邊形形狀。在某些實(shí)施例中，第一歧管設(shè)置在基底件的第一邊緣上并且第二歧管設(shè)置在基底件的第二邊緣上，第一邊緣和第二邊緣彼此相對(duì)地設(shè)置。在某些實(shí)施例中，第一通道組的第一端和第二通道組的第一端獨(dú)立地耦接到第一歧管。在某些實(shí)施例中，第 一通道組的第二端和第二通道組的第二端獨(dú)立地耦接到第二歧管。
在另一個(gè)方面，燃料電池堆疊包括燃料電池，該燃料電池包括陽極；陰極；將陰極與陽極分離的電解質(zhì)；以及隔板，與燃料電池的第一表面接觸，該隔板構(gòu)造為向陽極或者陰極供應(yīng)反應(yīng)物。
在某些實(shí)施例中，隔板包括基底件；第一通道組，具有至少一個(gè)通道；以及第二通道組，具有至少一個(gè)通道。在某些實(shí)施例中，第一通道組設(shè)置在基底件的至少一個(gè)表面上。在某些實(shí)施例中，第二通道組設(shè)置在基底件的至少一個(gè)表面上。在某些實(shí)施例中，該至少一個(gè)表面包括第一區(qū)域、第二區(qū)域以及設(shè)置在第一區(qū)域與第二區(qū)域之間的中心區(qū)域。在某些實(shí)施例中，第一通道組和第二通道組在第 一 區(qū)域和第二區(qū)域中彼此平行地延伸。在某些實(shí)施例中，第一通道組和第二通道組在中心區(qū)域中彼此獨(dú)立地延伸。
在某些實(shí)施例中，中心區(qū)域小于該至少一個(gè)表面的區(qū)域的一半，該區(qū)域包括第一通道組和第二通道組。在某些實(shí)施例中，該區(qū)域具有十字形狀。在某些實(shí)施例中，隔板具有形成在中心區(qū)域中的孔，通道形成在中心區(qū)域中。在某些實(shí)施例中，燃料電池堆疊還包括第一歧管和第二歧管，在第一歧管中第二通道組的第 一端耦接到第 一通道組的第 一端，在第二歧管中第二通道組的第二端耦接到第一通道組的第二端。在某些實(shí)施例中，基底件的至少一個(gè)表面包括四邊形形狀。在某些實(shí)施例中，第一歧管設(shè)置在基底件的第一邊緣上并且第二歧管設(shè)置在基底件的第二邊緣上，第 一邊緣和第二邊緣在基底件的兩個(gè)面對(duì)的邊緣區(qū)域中彼此相對(duì)地設(shè)置。在某些實(shí)施例中，第一通道組的第一端和第二通道組的第一端獨(dú)立地耦接到第一歧管。在某些實(shí)施例中，第一通道組的第二端和第二通道組的第二端獨(dú)立地耦接到第二歧管。在某些實(shí)施例中，該燃料電池是直接曱醇燃料電池。


在考慮根據(jù)"具體實(shí)施方式
"部分的附圖之后，本發(fā)明的特征如何提供優(yōu)點(diǎn)將易于理解，該些優(yōu)點(diǎn)包括制造和使用燃料電池隔板及使用該燃料電池隔板的燃料電池堆疊的能力。
圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的燃料電池隔板的平面圖；圖2是如圖1所示的隔板的沿線II-II剖取的截面圖；圖3是根據(jù)一個(gè)比較例的燃料電池隔板的平面圖；圖4是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的燃料電池隔板的平面圖；圖5是才艮據(jù)一個(gè)比較例的燃料電池隔板的平面圖；圖6是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的燃料電池堆疊中采用的燃料電池系統(tǒng)的示意圖7是示出根據(jù)本發(fā)明和比較例的燃料電池堆疊的輸出性能的圖線。
具體實(shí)施例方式
應(yīng)當(dāng)理解，下面的詳細(xì)描述涉及本發(fā)明的某些具體實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以以多種不同的方式實(shí)施。在下文中，將參照附圖描述本領(lǐng)域技術(shù)人員容易實(shí)施的代表性實(shí)施例。
在下面的描述中，高吸收和高吸收劑(high absorbent)實(shí)質(zhì)上不涉及能量的吸收，而是通過材料的相互作用由系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)來定義。具體地，盡管實(shí)施例可以構(gòu)造為用于氣體和/或固體的運(yùn)動(dòng)，作為慣例下面的描述僅描述液體的運(yùn)動(dòng)。此外，在下面的描述中，附圖中示出的每層的厚度或者尺寸可以被改變。將省略對(duì)已知功能和構(gòu)造的詳細(xì)描述以便不使本公開的主題才莫糊。
圖1是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的燃料電池隔板的平面圖。圖2是如圖1所示的隔板的沿線n-n剖取的截面圖。
如圖1和圖2所示，隔板10包括基底件12;通道區(qū)域14,形成在基底件12的至少一個(gè)表面中并且具有十字形狀；多個(gè)歧管16a、 16b、 17a和17b，形成在通道區(qū)域14的邊界中；多個(gè)耦接孔18a、 18b、 18c和18d,設(shè)置為以預(yù)定距離與每個(gè)歧管分隔開并且形成在有效通道區(qū)域14的邊界中；以及第一通道21和第二通道23,形成在一對(duì)歧管16a和16b之間。這里通道區(qū)域14表示其中形成通道的區(qū)域，并且可以-波稱為通過燃料電池隔板向其供應(yīng)反應(yīng)物的區(qū)域。
隔板IO可以包括雙極板結(jié)構(gòu)(bipolar plate structure)或者單極板結(jié)構(gòu)(monopolar plate structure )，該雙極板結(jié)構(gòu)具有形成在其兩側(cè)中的通道，該單極板結(jié)構(gòu)具有形成在其一側(cè)中的通道?；准?2可以包括由高密度石墨制成的碳隔板、由碳和聚合物制成的復(fù)合隔板或者主要由不銹鋼制成的金屬隔板。
歧管16a、 16b、 17a和17b包括用于燃料流動(dòng)的一對(duì)第一^^支管16a和16b以及用于氧化劑流動(dòng)的一對(duì)第二歧管17a和17b。 一對(duì)第一歧管16a和16b分別設(shè)置在基底件12的兩個(gè)面對(duì)的邊緣區(qū)域中，基底件12具有大致四邊形形狀。 一對(duì)第二歧管17a和17b分別設(shè)置在具有大致四邊形形狀的基底件12的另外兩個(gè)面對(duì)的邊緣區(qū)域中。第一歧管16a和16b安置在燃料電池堆疊中并構(gòu)造為向每個(gè)電池的陽極供應(yīng)燃料。第一歧管16a和16b還代表沿基底件12的厚度方向穿透基底件12的燃料流動(dòng)孔。第二歧管17a和17b安置在燃料電池堆疊中并構(gòu)造為向每個(gè)電池的陰極供應(yīng)氧化劑，且代表沿基底件12
的厚度方向穿透基底件12的氧化劑流動(dòng)孔。
耦接孔18a、 18b、 18c和18d代表穿透耦接單元的孔。例如，耦接孔可以包括耦接多個(gè)燃料電池的螺釘。兩個(gè)燃料電池可以包括插入且堆疊在其間的隔板IO。在該實(shí)施例中，四個(gè)耦接孔18a、 18b、 18c和18d分別設(shè)置在通道區(qū)域的向外延伸成十字形狀的延伸部分之間，從而以預(yù)定距離與每個(gè)歧管分隔開。在某些實(shí)施例中，上述耦接孔的一些或者全部可以根據(jù)具體的耦接結(jié)構(gòu)而省略。
第一通道21和第二通道23是燃料從入口歧管16a流動(dòng)通過其的流動(dòng)通道。在燃料電池堆疊中，燃料在通過第一通道21和第二通道23的同時(shí)擴(kuò)散到每個(gè)電池的陽極中。
如圖2所示，隔板IO還可以包括形成在兩個(gè)歧管16b和17b內(nèi)的第一攔截單元(first interception unit) 25a、形成在兩個(gè)耦接孔18c和18d內(nèi)的第二攔截單元25b以及形成在基底件12的兩個(gè)邊緣中的攔截單元25c。密封墊(未示出)密封電池與隔板10之間的空間。在安裝隔板10期間，密封墊可以部分插入到攔截單元中。如圖2所示，在某些實(shí)施例中，隔板10具有通道形成在隔板10的一側(cè)中的單極板結(jié)構(gòu)。
在包括多個(gè)通道且具有相同尺寸的隔板當(dāng)中，特定的隔板可以具有構(gòu)造為使死空間最小的結(jié)構(gòu)。這類隔板結(jié)構(gòu)可以被稱為不對(duì)稱通道結(jié)構(gòu)。在具有相同體積的隔板中，利用這類隔板可以通過擴(kuò)大電池的有效區(qū)域來改善堆疊性能。在下文中，將對(duì)該隔板的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
在某些實(shí)施例中，第一通道21和第二通道23沿第一方向彼此平行地延伸，該第一方向從用于燃料流動(dòng)的入口歧管16a行進(jìn)到用于氧化劑流動(dòng)的出口歧管17b。第一通道21和第二通道23在出口歧管17b的鄰近區(qū)域中一起彎曲180。角，然后再次沿第一方向的反方向彼此平行地延伸。第一通道21和第二通道23也在入口歧管16a的鄰近區(qū)域中一起彎曲180°角，然后再次沿第 一方向彼此平行地延伸。也就是說，第 一通道21和第二通道23以蜿蜒的形狀(meandered shape )在鄰近入口歧管16a的通道區(qū)域中彼此平行地延伸。
此外，第一通道21在其自己的中心區(qū)域中(也就是，在第一中部通道區(qū)域14a中)不與第二通道23平行地延伸，第一通道21以蜿蜒的方式延伸并具有其自己單獨(dú)的通道圖案。類似地，第二通道23在其自己的中心區(qū)域中(也就是，在第二中部通道區(qū)域14b中)不與第一通道21平行地延伸，第二通道23以蜿蜒的方式延伸并具有其自己單獨(dú)的通道圖案。此外，在鄰近燃料流動(dòng)出口歧管16b的通道區(qū)域中，第一通道21和第二通道23彼此平行地延伸，或者以蜿蜒的方式沿大致平行于用于燃料流動(dòng)的出口歧管16b連接到用于氧化劑流動(dòng)的入口歧管17a的線的第一方向延伸。而且，第一通道21的兩端和第二通道23的兩端分別獨(dú)立耦接到用于燃料流動(dòng)的入口歧管16a和出口歧管16b。第一通道21和第二通道23獨(dú)立地耦接到入口歧管I6a和/或出口歧管16b的結(jié)構(gòu)是此具體實(shí)施例的主要技術(shù)特征之一。由于第一通道21和第二通道23在鄰近入口歧管16a的通道區(qū)域中具有不同的長度，第一通道21和第二通道23的上述耦接結(jié)構(gòu)可以防止在第一通道21和第二通道23之間產(chǎn)生不希望的壓力差。
圖3示出根據(jù)一個(gè)比較例的燃料電池隔板的平面圖。為了與圖1和圖2中示出的上述實(shí)施例的隔板10的通道結(jié)構(gòu)相比較而示出隔板10a。在比較例的隔板10a的描述中，與如圖1所示的實(shí)施例的隔板10相同或者相似的部件具有相同的附圖標(biāo)記，為了清晰起見省略了對(duì)它們的重復(fù)描述。
參照?qǐng)D3,在隔板10a中，第一通道21a和第二通道23a在陽極入口側(cè)通道區(qū)域14c中并不彼此平行地延伸，而是以蜿蜒的方式延伸到不同的區(qū)域且每個(gè)具有自己獨(dú)特的通道圖案。此外，第一通道21a在其自己的中心區(qū)域中(也就是，在第一中部通道區(qū)域14a中)不與第二通道23a平行地延伸，相反地，第一通道21a以蜿蜒的方式延伸進(jìn)入實(shí)質(zhì)不同的區(qū)域且具有其自己單獨(dú)的通道圖案。此外，第二通道23a在其自己的中心區(qū)域中(也就是，在第二中部通道區(qū)域14b中)不與第一通道21a平行地延伸，而是以蜿蜒的方式延伸到不同的區(qū)域且具有其自己單獨(dú)的通道圖案。在鄰近燃料出口歧管16b的通道區(qū)域14d中，第一通道21a和第二通道23a并不彼此平行地延伸，而是以蜿蜒的方式延伸到不同的區(qū)域且每個(gè)也具有自己單獨(dú)的通道圖案。
根據(jù)比較例中的隔板10a的結(jié)構(gòu)，基于距入口歧管16a的距離，從經(jīng)過第 一通道21 a的燃料的氧化反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳的產(chǎn)生位置與從經(jīng)過第二通道23a的燃料的氧化反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳的產(chǎn)生位置極大不同。當(dāng)具有大體積的氣相二氧化碳在第一通道21a和第二通道23a的不同位置中產(chǎn)生時(shí)，在陽極入口側(cè)通道區(qū)域14c中，不同的壓力被施加到第一通道21a和第二通道200910202832.0 的產(chǎn)生會(huì)聚集在一個(gè)通道中，而且旁路流動(dòng)通道(bypass flow channel)會(huì)穿過氣體擴(kuò)散層形成。如上所述，比較例的隔板10a具有難以確保燃料電池堆疊的性能穩(wěn)定性的問題。
圖4示出根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的燃料電池的隔板的平面圖。隔板30包括耦接孔38a、 38b、 38c、 38d和38e，在耦接層疊的燃料電池堆疊時(shí)耦接件通過耦接孔插入。四個(gè)耦接孔38a、 38b、 38c和38d安置在其中形成通道的區(qū)域的外部(也就是在隔板30的通道區(qū)域外部)， 一個(gè)孔38e安置在隔板30的通道區(qū)域內(nèi)部。此外，隔板30包括多個(gè)通道31。多個(gè)通道31可以被分成兩組第一通道組，包括經(jīng)過第一中部通道區(qū)域34a的第一通道；以及第二通道組，包括經(jīng)過第二中部通道區(qū)域34b的第二通道。此外，隔板30包括第一燃料流動(dòng)入口歧管36a、第一燃料流動(dòng)出口歧管36b、第二氧化劑流動(dòng)入口歧管37a和第二氧化劑流動(dòng)出口歧管37b。第一通道組中的每個(gè)通道的第一端和第二通道組中的每個(gè)通道的第一端耦接到第一入口歧管36a。此外，第一通道組中的每個(gè)通道的第二端和第二通道組中的每個(gè)通道的第二端耦接到第一出口歧管36b。
第一通道組中的每個(gè)通道31和第二通道組中的每個(gè)通道31在陽極入口側(cè)通道區(qū)域34c中彼此平行地延伸。此外，第一通道組中的每個(gè)通道31和第二通道組中的每個(gè)通道31在陽極出口側(cè)通道區(qū)域34d中彼此平行地延伸。然而，第一通道組的通道和第二通道組的通道在中心區(qū)域的不同區(qū)域中獨(dú)立地延伸。也就是說，在某些實(shí)施例中，在第一中部通道區(qū)域34a中，第一通道組中的通道彼此平行地延伸；在第二中部通道區(qū)域34b中，第二通道組中的通道彼此平行地延伸。
圖5示出根據(jù)一個(gè)比較例的燃料電池隔板的平面圖。隔板30a包括第一燃料流動(dòng)入口歧管36a和第一燃料流動(dòng)出口歧管36b。隔板30a還包括在不同區(qū)域中獨(dú)立延伸的第一通道組的通道32a和第二通道組的通道32b。當(dāng)隔板30a的通道區(qū)域被分成第一上通道區(qū)域和第二下通道區(qū)域時(shí)，第一通道組的通道32a經(jīng)由第一上通道區(qū)域從第一入口歧管36a延伸到第一出口歧管36b。在某些實(shí)施例中，第二通道組的通道32b經(jīng)由第二下通道區(qū)域從第一入口歧管36a延伸到第 一 出口歧管36b。
與上述隔板30相比，隔板30a具有較大的死空間。也就是說，根據(jù)比較例的隔板30a具有增大的死空間，這是由于歧管的存在以及第一入口歧管36a和第 一 出口歧管36b沿隔板30a的寬度方向設(shè)置在中部區(qū)域中。然而，與根據(jù)比較例的P鬲板30a相比，隔板30可以具有更小的死空間，這是因?yàn)榈?一入口歧管36a和第一出口歧管36b安置在具有大致四邊形形狀的隔板30的兩個(gè)面對(duì)的邊緣區(qū)域中。當(dāng)然，在某些實(shí)施例中，上述隔板30a可以具有參照隔板30所述的技術(shù)特征。
圖6示出根據(jù)另 一個(gè)實(shí)施例的燃料電池堆疊中使用的燃料電池系統(tǒng)的示意圖。燃料電池堆疊100包括陽極、陰極以及將陽極與陰極分離的電解質(zhì)101。陽極包括陽極催化劑層103a和第一氣體擴(kuò)散層105a。陰極包括陰極催化劑層103b和第二氣體擴(kuò)散層105b。陽極、電解質(zhì)101和陰極的堆疊體組成一個(gè)電池，所謂的月莫電才及纟且^牛(membrane electrode#ssembly， MEA)。
此外，燃料電池堆疊100包括隔板107、密封墊109、 一對(duì)端板(end plate )111、耦接件113、燃料流動(dòng)入口歧管121和燃料流動(dòng)出口歧管123。隔板107可以稱為隔板片(separator plate )。隔板107可以置于電池之間以與電池一起形成堆疊體。在某些實(shí)施例中，向每個(gè)電池的陽極供應(yīng)混合燃料的多個(gè)燃料流動(dòng)通道108a和/或向每個(gè)電池的陰極供應(yīng)氧化劑的氧化劑流動(dòng)通道108b也設(shè)置在隔板107中。在某些實(shí)施例中，密封墊109用于在每個(gè)電池上形成不透氣密封以便防止外部空氣或者雜質(zhì)滲入電池中而且不使供應(yīng)到每個(gè)電池的混合燃料和氧化劑泄露。在某些實(shí)施例中， 一對(duì)端板111設(shè)置在堆疊體(電池和隔板107層疊在其上)的兩端，并通過耦接件113彼此耦接以便沿層疊方向支撐堆疊體。
隔板107可以與上述隔板10和30之一相同。在圖6的實(shí)施例中，隔板107構(gòu)造為使得每個(gè)電池中形成在鄰近入口歧管121的通道區(qū)域中的通道108a可以具有盡可能相似的長度，并且通道可以獨(dú)立地耦接到入口歧管121以彼此平行行進(jìn)。
根據(jù)燃料電池堆疊的某些實(shí)施例，可以通過解決已知問題和防止旁路流動(dòng)通道形成到氣體擴(kuò)散層105a中來確保堆疊的性能穩(wěn)定性，該已知問題是由通道在入口歧管121的相鄰有效區(qū)域中的不同長度引起的。具體地，可以穩(wěn)定地保持當(dāng)燃料和/或氧化劑以低的含量供應(yīng)時(shí)會(huì)變得不穩(wěn)定的堆疊性能。在圖6的實(shí)施例中，旁路流動(dòng)通道表示穿過蜿蜒通道的短路徑的流動(dòng)通道，或者表示形成在相鄰?fù)ǖ乐g的短路徑的流通通道。由于旁路流動(dòng)通道的形成阻礙燃料或者氧化劑供應(yīng)到某些通道，所以電池中產(chǎn)生電流的實(shí)際有效區(qū)域會(huì)減少，這導(dǎo)致電池性能的惡化。
', >是示出根據(jù)本發(fā)明和比較例的燃料電池堆疊的輸出性能妁圖-線。在此實(shí)驗(yàn)中，燃料電池堆疊具有相同的規(guī)格，除了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的燃料電池堆疊采用圖1中示出的隔板以及根據(jù)比較例的燃料電池堆疊采用圖3中示出
的隔板之外。本實(shí)驗(yàn)中采用的燃料電池堆疊包括20個(gè)電池，并且在堆疊正常工作時(shí)具有約4.5 V的電池平均電壓。
如圖7所示，當(dāng)供應(yīng)到陽極側(cè)入口歧管的燃料的化學(xué)計(jì)量比(stoichiometric ratio)(陽極化學(xué)計(jì)量)和供應(yīng)到陰極側(cè)入口歧管的空氣的化學(xué)計(jì)量比(陰極化學(xué)計(jì)量)的每個(gè)單獨(dú)為約么約2.5和約3時(shí)，根據(jù)比較例的燃料電池堆疊在電池電壓上具有最大的標(biāo)準(zhǔn)偏差。例如，當(dāng)空氣的化學(xué)計(jì)量比是約2時(shí)，電池電壓偏差根據(jù)燃料的化學(xué)計(jì)量比示出為約40mV、約39mV和約43mV。當(dāng)空氣的化學(xué)計(jì)量比是約2.5時(shí)，電池電壓偏差根據(jù)燃料的化學(xué)計(jì)量比示出為約19mV、約10mV和約15mV。此外，當(dāng)空氣的化學(xué)計(jì)量比是約3時(shí)，電池電壓偏差根據(jù)燃料的化學(xué)計(jì)量比示出為約25mV、約9mV和約8mV。如上所述已顯示出，當(dāng)空氣的化學(xué)計(jì)量比是約2 (也就是小于約3或者約2.5)時(shí)，在根據(jù)比較例的燃料電池堆疊中電池電壓偏差受影響很大。
此外，在根據(jù)比較例的燃料電池堆疊中，當(dāng)燃料的化學(xué)計(jì)量比為約2時(shí)測(cè)得的電池電壓偏差高于當(dāng)燃料的化學(xué)計(jì)量比為約2.5或者約3時(shí)的電池電壓偏差。例如，當(dāng)燃料的化學(xué)計(jì)量比為約2且空氣的化學(xué)計(jì)量比為約2.5時(shí)，電池電壓偏差為約19mV。這個(gè)值高于當(dāng)空氣的化學(xué)計(jì)量比為約2.5且燃料的化學(xué)計(jì)量比為約2.5或者約3時(shí)獲得的電池電壓偏差(例如，約10mV或者約15mV)。此外，當(dāng)燃料的化學(xué)計(jì)量比為約2且空氣的化學(xué)計(jì)量比為約3時(shí)，電池電壓偏差(1)為約25mV。這個(gè)值大致是當(dāng)空氣的化學(xué)計(jì)量比為約3且燃料的化學(xué)計(jì)量比為約2.5或者約3時(shí)獲得的電池電壓偏差(例如，約9mV或者約8mV)的三倍。如上所述已顯示出，當(dāng)燃料的化學(xué)計(jì)量比是約2(也就是小于約3或者約2.5)時(shí)，根據(jù)比較例的燃料電池堆疊中電池電壓偏差通常趨向?yàn)楦叩摹?br> 在根據(jù)比較例的上述燃料電池堆疊中，當(dāng)燃料的化學(xué)計(jì)量比和/或空氣的化學(xué)計(jì)量比為低時(shí)，電池電壓偏差增大的一個(gè)原因是電池之間的流動(dòng)速率偏差根據(jù)通道之間的燃料流動(dòng)速率嚴(yán)重增大，該通道獨(dú)立耦接在用于燃料流動(dòng)的入口歧管和出口歧管之間。類似地，電池電壓偏差增大的一個(gè)原因是電池之間的流動(dòng)速率偏差根據(jù)通道之間的氧化劑流動(dòng)速率嚴(yán)重增大，該通道獨(dú)立耦接在用于氧化劑流動(dòng)的入口歧管和出口歧管之間。例如，電池電壓偏差增
大的一個(gè)原因是由于這種現(xiàn)象燃料在兩個(gè)通道之一中流動(dòng)而在另一個(gè)通道
中燃料流動(dòng)緩慢。具體地，由于當(dāng)液相材料和氣相材料到處流動(dòng)時(shí)兩個(gè)通道之間產(chǎn)生的壓力差，這種現(xiàn)象更容易發(fā)生。
還參照?qǐng)D7，當(dāng)供應(yīng)到堆疊的燃料和空氣的化學(xué)計(jì)量比的每個(gè)單獨(dú)為約2、約2.5和約3時(shí)，才艮據(jù)該實(shí)施例的燃料電池堆疊具有幾乎恒定的低的電池電壓偏差。例如，當(dāng)空氣的化學(xué)計(jì)量比是約2時(shí)，電池電壓偏差根據(jù)燃料的化學(xué)計(jì)量比示出為約9mV、約llmV和約10mV。當(dāng)空氣的化學(xué)計(jì)量比是約2.5時(shí)，電池電壓偏差才艮據(jù)燃料的化學(xué)計(jì)量比示出為約7mV、約7mV和約6mV。此外，當(dāng)空氣的化學(xué)計(jì)量比是約3時(shí)，電池電壓偏差根據(jù)燃料的化學(xué)計(jì)量比示出為約6mV、約6mV和約6mV。如上所述，當(dāng)燃料的化學(xué)計(jì)量比是約2、約2.5和約3時(shí)并且當(dāng)空氣的化學(xué)計(jì)量比是約2、約2.5和約3時(shí)，根據(jù)該實(shí)施例的燃料電池堆疊具有幾乎恒定的約llmV到約6mV的低的電池電壓偏差。從而，根據(jù)該實(shí)施例和其他實(shí)施例的隔板可以有利于穩(wěn)定地保持堆疊性能而不使堆疊性能惡化，即使當(dāng)供應(yīng)到燃料電池堆疊的燃料和/或氧化劑的量改變時(shí)。
以上的描述詳述了本發(fā)明的某些代表性實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，不論以上的描述如何具體地出現(xiàn)在文本中，本發(fā)明仍然可以以其外的方式實(shí)踐。
示，即術(shù)語在這里被重新定義以被限制為包括本發(fā)明的特征或方面的與該術(shù)語相關(guān)聯(lián)的任何具體特性。此外，本公開的器件可以有許多應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在不脫離本發(fā)明范圍的前提下進(jìn)行各種修改和改變。這樣的修改和改變旨在落在由附加的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
本申請(qǐng)要求于2008年5月26日提交到韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的韓國專利申請(qǐng)No. 10-2008-0048560的優(yōu)先權(quán)及權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用的方式結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池隔板，包括基底件；第一通道組，具有至少一個(gè)通道，其中所述第一通道組設(shè)置在所述基底件的至少一個(gè)表面上；以及第二通道組，具有至少一個(gè)通道，其中所述第二通道組設(shè)置在所述基底件的所述至少一個(gè)表面上，其中所述至少一個(gè)表面包括第一區(qū)域、第二區(qū)域和設(shè)置在所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域之間的中心區(qū)域，其中，在所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域中，所述第一通道組和所述第二通道組彼此平行地延伸，并且其中，在所述中心區(qū)域中，所述第一通道組和所述第二通道組彼此獨(dú)立地延伸。
2. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池隔板，其中所述中心區(qū)域小于所述至少一個(gè)表面的區(qū)域的一半，所述區(qū)域包括所述第一通道組和所述第二通道組。
3. 如權(quán)利要求2所述的燃料電池隔板，其中所述區(qū)域具有十字形狀。
4. 如權(quán)利要求3所述的燃料電池隔板，其中所述中心區(qū)域包括孔。
5. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池隔板還包括第一歧管，在所述第 一歧管中所述第二通道組的第 一端耦接到所述第一通道組的第一端；以及第二歧管，在所述第二歧管中所述第二通道組的第二端耦接到所述第一通道組的第二端。
6. 如權(quán)利要求5所述的燃料電池隔板，其中所述基底件的所述至少一個(gè)表面包括四邊形形狀。
7. 如權(quán)利要求6所述的燃料電池隔板，其中所述第一歧管設(shè)置在所述基底件的第一邊緣上且所述第二歧管設(shè)置在所述基底件的第二邊緣上，所述第一邊緣和所述第二邊緣被置于彼此相對(duì)。
8. 如權(quán)利要求5所述的燃料電池隔板，其中所述第一通道組的第一端和所述第二通道組的第 一端獨(dú)立耦接到所述第 一歧管。
9. 如權(quán)利要求6所述的燃料電池隔板，其中所述第一通道組的第二端和所述第二通道組的第二端獨(dú)立耦接到所述第二歧管。
10. —種燃料電池堆疊，包括燃料電池，包括陽極、陰極以及將所述陰極與所述陽極分離的電解質(zhì)；以及隔板，與所述燃料電池的第一表面接觸，所述隔板被構(gòu)造為向所述陽極或者所述陰極供應(yīng)反應(yīng)物，其中所述隔板包括基底件；第一通道組，具有至少一個(gè)通道，其中所述第一通道組設(shè)置在所述基底件的至少一個(gè)表面上；以及第二通道組，具有至少一個(gè)通道，其中所述第二通道組設(shè)置在所述基底件的所述至少一個(gè)表面上，其中所述至少一個(gè)表面包括第一區(qū)域、第二區(qū)域和設(shè)置在所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域之間的中心區(qū)域，其中所述第一通道組和所述第二通道組在所述第 一 區(qū)域和所述第二區(qū)域中彼此平行地延伸，并且其中所述第 一通道組和所述第二通道組在所述中心區(qū)域中彼此獨(dú)立地延伸。
11. 如權(quán)利要求IO所述的燃料電池堆疊，其中所述中心區(qū)域小于所述至少一個(gè)表面的區(qū)域的一半，所述區(qū)域包括所述第一通道組和所述第二通道組。
12. 如權(quán)利要求IO所述的燃料電池堆疊，其中所述區(qū)域具有十字形狀。
13. 如權(quán)利要求12所述的燃料電池堆疊，其中所述隔板具有孔，所述孔形成在其中形成所述通道的區(qū)域的中心區(qū)域中。
14. 如權(quán)利要求IO所述的燃料電池堆疊，還包括第 一歧管，在所述第 一歧管中所述第二通道組的第 一端耦接到所述第一通道組的第一端；以及第二歧管，在所述第二歧管中所述第二通道組的第二端耦接到所述第一通道組的第二端。
15. 如權(quán)利要求14所述的燃料電池堆疊，其中所述基底件的所述至少一個(gè)表面包括四邊形形狀。
16. 如權(quán)利要求15所述的燃料電池堆疊，其中所述第一歧管設(shè)置在所述基底件的第一邊緣上且所述第二歧管設(shè)置在所述基底件的第二邊緣上，所述第 一 邊緣和所述第二邊緣在所述基底件的兩個(gè)面對(duì)的邊緣區(qū)域中被置于彼此相對(duì)。
17. 如權(quán)利要求12所述的燃料電池堆疊，其中所述第一通道組的第一端和所述第二通道組的第 一端獨(dú)立耦接到所述第 一歧管。
18. 如權(quán)利要求13所述的燃料電池堆疊，其中所述第一通道組的第二端和所述第二通道組的第二端獨(dú)立耦接到所述第二歧管。
19. 如權(quán)利要求IO所述的燃料電池堆疊，其中所述燃料電池是直接曱醇燃料電池。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于燃料電池的隔板及燃料電池堆疊。該燃料電池隔板能夠通過降低電池性能的偏差及減少死空間來改善堆疊性能。該燃料電池隔板包括基底件；第一通道組，設(shè)置在基底件的表面上；以及第二通道組，設(shè)置在基底件的該表面上。第一通道組可以包括至少一個(gè)通道，第二通道組可以包括至少一個(gè)通道。第一通道組和第二通道組可以在表面的第一區(qū)域和第二區(qū)域中彼此平行地延伸而在表面的中心區(qū)域中彼此獨(dú)立地延伸。
文檔編號(hào)H01M8/02GK101593821SQ20091020283
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月26日
發(fā)明者石峻晧, 羅永承 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社