專利名稱：高性能質(zhì)子交換膜(pem)燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池，并且更加具體地，本發(fā)明涉及一種具有可在交指型流場(chǎng)(interdigitated flowfield) (IDFF)構(gòu)型和常規(guī)流場(chǎng)(CFF) 構(gòu)型之間變化的流場(chǎng)的PEM燃料電池。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池，還已知為聚合物電解質(zhì)膜(PEM)燃料電池，使用諸如氫的燃料和諸如氧的氧化劑，以便產(chǎn)生電，將燃料和氧化劑的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中所釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。PEM燃料電池通常采用膜電極組件(MEA)，所述膜電極組件(MEA)包括布置在兩個(gè)多孔的導(dǎo)電電極層之間的PEM。在每個(gè)膜/電極層界面處典型地布置有電催化劑以誘導(dǎo)期望的電化學(xué)反應(yīng)。在典型的PEM燃料電池中，MEA布置在兩個(gè)導(dǎo)電隔板之間。每個(gè)隔板都采用流體流場(chǎng)，所述流體流場(chǎng)將燃料或氧化劑導(dǎo)引到相應(yīng)的電催化劑層。簡(jiǎn)單的流體流場(chǎng)可以包括敞開到相鄰的多孔電極層的室，所述室具有用作流體入口的第一端口和用作流體出口的第二端口。更加復(fù)雜的流體流場(chǎng)包括在入口和出口之間用于導(dǎo)引與電極層接觸的流體流的至少一個(gè)流體通道或用于控制穿過(guò)流場(chǎng)的反應(yīng)物的流動(dòng)路徑的導(dǎo)向屏障。被燃料流場(chǎng)導(dǎo)引到陽(yáng)極的燃料流遷移穿過(guò)多孔的陽(yáng)極，并且在陽(yáng)極電催化劑層處被氧化。被氧化劑流場(chǎng)導(dǎo)引到陰極的氧化劑流遷移穿過(guò)多孔的陰極，并且在陰極電催化劑層處被還原。已經(jīng)開發(fā)出多種流場(chǎng)設(shè)計(jì)。例如，常規(guī)流場(chǎng)(CFF)設(shè)計(jì)在輸入和輸出之間使用多個(gè)通道，并且構(gòu)造成在電極上提供比較均勻的反應(yīng)物分布。在該常規(guī)構(gòu)造中，通道中流動(dòng)的反應(yīng)物可以分配到電極中而與其它反應(yīng)物起反應(yīng)。然而，某些反應(yīng)物可以從輸入直接流到輸出，而沒(méi)有進(jìn)入電極中，并且因此，反應(yīng)物利用率較低。為了提高反應(yīng)物利用效率，已經(jīng)開發(fā)出交指型流場(chǎng)(IDFF)設(shè)計(jì)。IDFF包括一套入口流動(dòng)通道和一套出口流動(dòng)通道，并且入口流動(dòng)通道不連接到出口流動(dòng)通道。在IDFF中，入口流動(dòng)通道中的反應(yīng)氣體被壓入相鄰的多孔電極中，增加了反應(yīng)氣體與催化劑接觸的機(jī)會(huì)，并且由此提高了反應(yīng)物利用效率。隨著燃料氣體更加高效地?cái)U(kuò)散到電極，IDFF構(gòu)型可以提供更高的電池性能和較低的燃料消耗。然而，IDFF構(gòu)型也具有一些缺點(diǎn)。例如，在IDFF中，膜電極組件可能更加容易變干，尤其當(dāng)燃料電池在高溫下操作時(shí)。因此，需要一種可以增加燃料電池總體性能的、用于燃料電池的新的流場(chǎng)設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種燃料電池。燃料電池包括膜電極組件、布置在膜電極組件的第一側(cè)上的至少一個(gè)隔板、和布置在膜電極組件的第二側(cè)上的至少一個(gè)隔板。布置在膜電極組件的第一側(cè)上的隔板可以在膜電極組件上形成用于引導(dǎo)第一反應(yīng)物的第一組通道。第一組通道包括交替定位的第一套通道和第二套通道。第一套通道中的每個(gè)都定位成與第二套通道中的通道相鄰。布置在膜電極組件的第二側(cè)上的至少一個(gè)隔板可以在膜電極組件的第二側(cè)上形成用于引導(dǎo)第二反應(yīng)物的第二組通道。兩套通道中的每個(gè)都包括通過(guò)輸入閥控制的輸入和通過(guò)輸出閥控制的輸出。第一組通道可以通過(guò)關(guān)閉兩套通道中的一套通道的輸入閥并且關(guān)閉兩套通道中的另一套通道的輸出閥而形成交指型流場(chǎng)，并且第一組通道可以通過(guò)打開輸入閥和輸出閥二者而形成常規(guī)流場(chǎng)。根據(jù)另一方面，燃料電池組件包括堆疊在一起的多個(gè)燃料電池。每個(gè)燃料電池都包括膜電極組件。在膜電極組件的第一側(cè)上形成用于引導(dǎo)第一反應(yīng)物的第一組通道。第一組通道包括交替定位的第一套通道和第二套通道。第一套通道連接在第一輸入歧管和第一輸出歧管之間。第二套通道連接在第二輸入歧管和第二輸出歧管之間。每個(gè)歧管都通過(guò)閥控制。在膜電極組件的第二側(cè)上形成用于引導(dǎo)第二反應(yīng)物的第二組通道。第一組通道可以通過(guò)打開全部歧管而構(gòu)造成常規(guī)流場(chǎng)，并且第一組通道通過(guò)關(guān)閉第一輸出歧管和第二輸入歧管而構(gòu)造成交指型流場(chǎng)。


本發(fā)明包括附圖以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且附圖包括在本說(shuō)明書中且構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分，附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并且與本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例一起寫入詳細(xì)的說(shuō)明中以用于解釋本發(fā)明的原理。圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的一部分的透視圖；圖2是沿著圖1的線A-A得到的根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的燃料電池的一部分的剖視圖；圖3是沿著圖2的線B-B得到的根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的一組通道的剖視圖；圖4是沿著圖2的線C-C得到的根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的另一組通道的剖視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的采用常規(guī)流場(chǎng)構(gòu)型的示例性公開的燃料電池的平面圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的采用交指型流場(chǎng)構(gòu)型的示例性公開的燃料電池的平面圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明，在此一般地具體實(shí)施的PEM燃料電池組件包括多個(gè)燃料電池，所述多個(gè)燃料電池串聯(lián)地電連接在一起。根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)燃料電池都可以由隔板和布置在隔板之間的膜電極組件構(gòu)成。圖1大致示出包括堆疊在一起的三個(gè)隔板120、130和140的燃料電池100的截面。圖2大致示出沿著圖1的線A-A得到的圖1中所示的兩套隔板以及膜電極組件的剖視圖。如圖2中所示，燃料電池100可以包括如圖1中所示的兩套隔板，所述兩套隔板在其之間布置有膜電極組件150的情況下堆疊在一起。隔板和膜電極組件之間形成通道，反應(yīng)氣體和冷卻劑可以穿過(guò)所述通道。在優(yōu)選實(shí)施例中，大致如圖1和2中所示，每個(gè)隔板都具有基本梯形波狀形狀的橫截面。三個(gè)隔板120、130和140以及膜電極組件150形成分為三個(gè)組的多個(gè)通道，S卩形成在膜電極組件的第一側(cè)上以用于引導(dǎo)第一反應(yīng)物的第一組通道108和128 ；形成在膜電極組件的第二側(cè)上以用于引導(dǎo)第二反應(yīng)物的第二組通道138 ；和用于引導(dǎo)冷卻劑的第三組通道118。通道108由第一隔板120和與第一隔板120相鄰設(shè)置的膜電極組件150形成。通道108包括交替定位的通道108a和通道108b。通道128由第二隔板130和第三隔板140 形成。通道1 包括交替定位的通道128a和通道128b。第一組通道108和1 包括第一套通道108a和128a以及第二套通道108b和128b。第一套通道108a和128a包括第一子組(subset)通道108a和第二子組通道128a。第二套通道108b和128b包括第一子組通道 108b和第二子組通道128b。第二組通道138由第三隔板140和與第三隔板140相鄰設(shè)置的膜電極組件150形成。第三組通道118由第一隔板120和第二隔板130形成。作為示例，梯形波狀形狀的隔板120可以限定一系列基本梯形的凹槽，所述一系列基本梯形的凹槽包括面向第一方向(例如，在圖2中面朝上)的第一套凹槽和面向第二方向(例如，在圖2中面朝下)的第二套凹槽。面朝上的凹槽和面朝下的凹槽交替地定位。 如圖2中所示，面朝上的凹槽與隔板120上方相鄰的膜電極組件150 —起限定通道108，并且面朝下的凹槽與相鄰的第二隔板130 —起限定通道118。以與如圖2中所示以及如上所述相類似的方式限定其它通道。圖3示出沿著圖2的線B-B得到的通道108的剖視圖。如圖3中所示，通道108包括通道108a和通道108b。如圖3中所示，通道108a和通道108b交替地定位，以便使通道 108a中的每個(gè)通道都與通道108b中的通道相鄰。通道108中的每個(gè)都在第一端部112和第二端部114之間延伸。通道108a的第一端部112限定開口，而通道108a的第二端部114 被堵塞住。通道10 的第一端部112被堵塞住，而通道10 的第二端部114限定開口。圖4是沿著圖2的線C-C得到的通道128的剖視圖。如圖4中所示，通道128包括通道128a和通道12汕。通道128中的每個(gè)都在第一端部132和第二端部134之間延伸。 通道128a的第一端部132被堵塞住，而通道128a的第二端部134限定開口。通道128b的第一端部132限定開口，而通道128b的第二端部134被堵塞住。第二組通道138中的每個(gè)都在兩個(gè)敞開的端部之間延伸。類似地，第三組通道118中的每個(gè)都在兩個(gè)敞開的端部之間延伸。通道108a中的每個(gè)都通過(guò)孔巧4而與相鄰的通道128a流體連通，所述孔154限定在靠近通道108a和128a的第二端部的點(diǎn)處。通道10 中的每個(gè)都通過(guò)孔152而與相鄰的通道12 流體連通，所述孔152限定在靠近通道10 和12 的第一端部的點(diǎn)處。大致如圖5和6中所示，通道108a和128a連接在第一輸入歧管Ml和第一輸出歧管M3之間。通道108b和128b連接在第二輸入歧管M2和第二輸出歧管M4之間。如圖1 和5中的實(shí)線箭頭指示，通道108a的第一端部112連接到輸入歧管Ml，而通道108b的第二端部114連接到輸出歧管M4。如圖1和5中的虛線箭頭指示，通道128b的第一端部連接到輸入歧管M2，而通道128a的第二端部連接到輸出歧管M3。歧管Ml由閥313控制，歧管M2 由閥315控制，歧管M3由閥317控制，并且歧管M4由閥319控制。第一組通道108和1 可以通過(guò)打開全部歧管而構(gòu)造成CFF，或者第一組通道108和1 可以通過(guò)關(guān)閉一個(gè)輸入歧管(例如，M2)和一個(gè)輸出歧管(例如，M3)而構(gòu)造成IDFF。膜電極組件150可以是用在燃料電池中的典型的膜電極組件，例如包括質(zhì)子交換膜(PEM)、催化劑和電極。電極可以形成在多孔的基板上。PEM被夾持在兩個(gè)嵌入有催化劑的電極之間。PEM形成可透過(guò)質(zhì)子的、但電絕緣的屏障。電極通過(guò)PEM彼此電絕緣。一個(gè)電極構(gòu)成燃料電池100的陽(yáng)極156，而另一個(gè)電極構(gòu)成燃料電池100的陰極158。PEM允許質(zhì)子從陽(yáng)極156穿過(guò)膜傳輸?shù)疥帢O158，但是迫使電子在傳導(dǎo)路徑附近行進(jìn)到陰極158。在使用中，一種反應(yīng)物，例如加壓的氫氣(H2)，通過(guò)通道138進(jìn)入燃料電池100而到達(dá)膜電極組件150的陽(yáng)極側(cè)156。另一種反應(yīng)物，例如氧氣(O2)，通過(guò)通道108和1 進(jìn)入燃料電池100而到達(dá)膜電極組件150的陰極側(cè)158。陽(yáng)極側(cè)156和陰極側(cè)158中的每個(gè)都包括催化劑。氫氣和氧氣在膜電極組件150處起反應(yīng)并且反應(yīng)產(chǎn)生電和水。通道118是冷卻通道。冷卻劑可以通過(guò)通道118流動(dòng)以冷卻燃料電池100。圖5示出CFF構(gòu)型的燃料電池100的示意圖。如圖5中所示，在CFF構(gòu)型中，閥 313和315 二者可以是打開的，并且輸入歧管Ml和M2 二者可以將反應(yīng)氣體供給到燃料電池 100。閥317和319 二者可以是打開的，并且輸出歧管M3和M4 二者可以允許反應(yīng)氣體從燃料電池100流出來(lái)。具體地，一種反應(yīng)氣體，例如氧氣，可以從輸入歧管Ml流到通道108a 中，并且通過(guò)通道108a和通道128a之間的孔巧4進(jìn)入通道128a中。通道108a中的氧氣可以擴(kuò)散到膜電極組件150的陰極側(cè)158，并且與通過(guò)通道138引入到膜電極組件150的陽(yáng)極側(cè)156的氫氣起反應(yīng)。通道108a和128a中的氧氣可以通過(guò)連接到通道128a的輸出歧管M3離開。氧氣還可以從第二輸入歧管M2流入通道128b中，并且通過(guò)通道128b和相對(duì)應(yīng)的通道10 之間的孔152進(jìn)入通道10 中。通道10 中的氧可以擴(kuò)散到膜電極組件150中而與氫起反應(yīng)。通道108b和128b中的氧可以從第二輸出歧管M4離開燃料組件 100。燃料組件100還可以構(gòu)造成IDFF構(gòu)型。例如，如圖6中所示，在IDFF構(gòu)型中，閥 315和317關(guān)閉，并且閥313和319打開。結(jié)果，輸入歧管Ml打開，輸入歧管M2關(guān)閉，輸出歧管M3關(guān)閉，并且輸出歧管M4打開。一種反應(yīng)氣體，例如氧氣，可以從輸入歧管Ml流到通道108a中，并且繼而通過(guò)通道108a和通道128a之間的孔巧4進(jìn)入通道128a中。因?yàn)橥ǖ?108a的第二端部114被堵塞住，并且連接到通道128a的第二端部134的輸出歧管M3關(guān)閉， 所以氧氣不能通過(guò)通道108a或通道128a流出來(lái)。由此，氧氣被強(qiáng)迫擴(kuò)散到相鄰的膜電極組件150的陰極電極158中。膜電極組件150中的氧可以擴(kuò)散到相鄰的通道108b和128b 中，并且通過(guò)輸出歧管M4離開通道108b和128b。當(dāng)氧氣擴(kuò)散到膜電極組件150中時(shí)，氧氣可以與膜電極組件150的陰極側(cè)158處的催化劑接觸并且與氫起反應(yīng)。因?yàn)樵贗DFF構(gòu)型中，氧氣被強(qiáng)迫擴(kuò)散到膜電極組件150中，在所述膜電極組件150處氧氣可以與催化劑接觸，所以氧氣的利用率明顯高于CFF構(gòu)型。圖1至6示出，膜電極組件150的僅一側(cè)(例如，陰極側(cè))采用可在CFF構(gòu)型和 IDFF構(gòu)型之間互換的流場(chǎng)設(shè)計(jì)。膜電極組件150的另一側(cè)(例如，陽(yáng)極側(cè))使用CFF構(gòu)型。 然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，另一側(cè)也可以使用可互換的設(shè)計(jì)或IDFF構(gòu)型。另外，圖 1至6僅示出一個(gè)燃料電池。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，多個(gè)如圖1至6中所示的燃料電池可以堆疊在一起以建立起燃料電池發(fā)電設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的燃料電池100相對(duì)于傳統(tǒng)的燃料電池具有若干優(yōu)點(diǎn)。燃料電池100 的陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)中的任一側(cè)或兩側(cè)可以在IDFF構(gòu)型和CFF構(gòu)型之間切換。IDFF構(gòu)型可以提高燃料或氧化劑效率。在高溫下，在IDFF構(gòu)型下，膜電極組件會(huì)變干。為了防止膜電極組件變干，燃料電池100的陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)中的任一側(cè)或兩側(cè)可以被切換到CFF構(gòu)型。在低溫下，燃料電池100的陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)中的任一側(cè)或兩側(cè)可以被切換到IDFF構(gòu)型。例如， 燃料電池100可以在低溫下，例如0°C以下，在陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)中的任一側(cè)或兩側(cè)上切換到 IDFF構(gòu)型。燃料電池100可以在高溫下，例如80°C以上，在陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)中的任一側(cè)或兩側(cè)上切換到CFF構(gòu)型?？梢酝ㄟ^(guò)打開和關(guān)閉控制歧管的閥而執(zhí)行IDFF構(gòu)型和CFF構(gòu)型之間的切換。例如，燃料電池通過(guò)打開歧管上的全部閥而處于CFF構(gòu)型，并且燃料電池通過(guò)關(guān)閉兩套通道中的一套通道的輸入閥并且關(guān)閉兩套通道中的另一套通道的輸出閥而處于 IDFF構(gòu)型中。 對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將明顯的是，可以對(duì)燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行多種修改和改變。其它實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)在考慮到所公開的燃料電池系統(tǒng)的說(shuō)明和實(shí)踐時(shí)將是明顯的。說(shuō)明和示例可以認(rèn)為僅是示例性的，通過(guò)以下權(quán)利要求及其等同物指定本發(fā)明的真實(shí)范圍。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池，其包括膜電極組件；布置在所述膜電極組件的第一側(cè)上的至少一個(gè)隔板，所述至少一個(gè)隔板在所述膜電極組件上形成用于引導(dǎo)第一反應(yīng)物的第一組通道，所述第一組通道包括交替定位的第一套通道和第二套通道，其中，所述第一套通道中的每個(gè)都定位成與所述第二套通道中的通道相鄰；布置在所述膜電極組件的第二側(cè)上的至少一個(gè)隔板，布置在所述膜電極組件的第二側(cè)上的所述至少一個(gè)隔板在所述膜電極組件的第二側(cè)上形成用于引導(dǎo)第二反應(yīng)物的第二組通道，其中，所述兩套通道中的每個(gè)都包括由輸入閥控制的輸入和由輸出閥控制的輸出，其中，所述第一組通道通過(guò)關(guān)閉所述兩套通道中的一套通道的輸入閥并且關(guān)閉所述兩套通道中的另一套通道的輸出閥而形成交指型流場(chǎng)，并且通過(guò)打開所述輸入閥和所述輸出閥二者而形成常規(guī)流場(chǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中，在所述膜電極組件的第一側(cè)上的所述至少一個(gè)隔板包括多個(gè)第一凹槽，所述多個(gè)第一凹槽與所述膜電極組件一起形成所述第一組通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中，在所述膜電極組件的第二側(cè)上的所述至少一個(gè)隔板包括多個(gè)第二凹槽，所述多個(gè)第二凹槽與所述膜電極組件一起形成所述第二組通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中，所述兩套通道中的每個(gè)都連接到輸入歧管和輸出歧管，并且其中，所述輸入閥和所述輸出閥分別控制所述輸入歧管和所述輸出歧管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中，所述第一組通道的第一套通道包括第一子組通道和第二子組通道，并且其中，所述第一子組通道中的每個(gè)都通過(guò)孔與所述第二子組通道中相對(duì)應(yīng)的通道連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池，其中，所述第一套通道的第一子組通道連接到由所述輸入閥控制的輸入歧管，并且所述第一套通道的第二子組通道連接到由所述輸出閥控制的輸出歧管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池，其中，在所述第一套通道中，將所述第一子組通道中的每個(gè)通道和所述第二子組通道中相對(duì)應(yīng)的通道流體地連接起來(lái)的所述孔限定成與所述輸出歧管相鄰。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池，其中，所述第一組通道的第二套通道包括第一子組通道和第二子組通道，并且其中，所述第一子組通道中的每個(gè)都通過(guò)孔與所述第二子組通道中相對(duì)應(yīng)的通道連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池，其中，所述第二套通道的第二子組通道連接到由所述輸入閥控制的輸入歧管，并且所述第二套通道的第一子組通道連接到由所述輸出閥控制的輸出歧管。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料電池，其中，在所述第二套通道中，將所述第一子組通道中的每個(gè)通道和所述第二子組通道中相對(duì)應(yīng)的通道流體地連接起來(lái)的所述孔限定成與所述輸入歧管相鄰。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池，其中，所述在所述膜電極組件的第一側(cè)上的至少一個(gè)隔板包括第一隔板、第二隔板和第三隔板，其中，所述第一隔板與所述第一膜電極組件一起形成所述第一套通道和第二套通道的第一子組通道，所述第二隔板與所述第一隔板一起形成用于引導(dǎo)冷卻劑的第三組通道，并且所述第三隔板與所述第二隔板一起形成所述第一套通道和第二套通道的第二子組通道。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃料電池，其中，所述第三隔板還與相鄰的膜電極組件一起形成用于引導(dǎo)所述第二反應(yīng)物的一組通道。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中，所述第二組通道包括交替定位的第一套通道和第二套通道，其中，所述第一套通道中的每個(gè)都定位成與所述第二套通道中的通道相鄰，并且其中，所述兩套通道中的每個(gè)都包括由輸入閥控制的輸入和由輸出閥控制的輸出，其中，所述第二組通道通過(guò)關(guān)閉所述兩套通道中的一套通道的輸入閥并且關(guān)閉所述兩套通道中的另一套通道的輸出閥而形成交指型流場(chǎng)，并且所述第二組通道通過(guò)打開所述輸入閥和所述輸出閥二者而形成常規(guī)流場(chǎng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中，所述燃料電池的隔板中的所述至少一個(gè)是由從由CJe、Ni、Cr、Al、Ti、Au和Pt組成的組中選出的材料制成。
15.一種燃料電池組件，其包括堆疊在一起的多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池。
16.一種燃料電池組件，其包括堆疊在一起的多個(gè)燃料電池，每個(gè)所述燃料電池都包括膜電極組件；第一組通道，其形成在所述膜電極組件的第一側(cè)上以用于引導(dǎo)第一反應(yīng)物，所述第一組通道包括交替定位的第一套通道和第二套通道，所述第一套通道連接在第一輸入歧管和第一輸出歧管之間，并且所述第二套通道連接在第二輸入歧管和第二輸出歧管之間，其中， 每個(gè)歧管都由閥控制；第二組通道，其形成在所述膜電極組件的第二側(cè)上以用于引導(dǎo)第二反應(yīng)物，其中，所述第一組通道通過(guò)打開全部所述歧管而構(gòu)造成常規(guī)流場(chǎng)，并且所述第一組通道通過(guò)關(guān)閉所述第一輸出歧管和所述第二輸入歧管而形成交指型流場(chǎng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的燃料電池組件，其中，所述第一組通道的第一套通道包括第一子組通道和第二子組通道，并且其中，所述第一子組通道中的每個(gè)都通過(guò)孔與所述第二子組通道中相對(duì)應(yīng)的通道連通。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的燃料電池組件，其中，所述第一套通道的第一子組通道連接到所述輸入歧管，并且所述第一套通道的第二子組通道連接到所述輸出歧管。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的燃料電池組件，其中，在所述第一套通道中，將所述第一子組通道中的每個(gè)通道和所述第二子組通道中相對(duì)應(yīng)的通道流體地連接起來(lái)的所述孔限定成與所述輸出歧管相鄰。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的燃料電池組件，其中，所述第一組通道的第二套通道包括第一子組通道和第二子組通道，并且其中，所述第一子組通道中的每個(gè)都通過(guò)孔與所述第二子組通道中相對(duì)應(yīng)的通道連通。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的燃料電池組件，其中，所述第二套通道的第二子組通道連接到所述第二套通道的輸入歧管，并且所述第二套通道的第一子組通道連接到所述第二套通道的輸出歧管。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的燃料電池組件，其中，在所述第二套通道中，將所述第一子組通道中的每個(gè)通道和所述第二子組通道中相對(duì)應(yīng)的通道流體地連接起來(lái)的所述孔限定成與所述輸入歧管相鄰。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的燃料電池組件，其中，所述第二組通道包括交替定位的第一套通道和第二套通道，并且其中，所述兩套通道中的每個(gè)都連接在輸入歧管和輸出歧管之間，每個(gè)歧管都由閥控制。
全文摘要
一種燃料電池，其包括膜電極組件(MEA)、布置在MEA的第一側(cè)上的至少一個(gè)隔板和布置在MEA的第二側(cè)上的至少一個(gè)隔板。在MEA的第一側(cè)上的隔板可以形成用于引導(dǎo)第一反應(yīng)物的第一組通道。布置在MEA的第二側(cè)上的隔板可以形成用于引導(dǎo)第二反應(yīng)物的第二組通道。第一組通道包括交替定位的第一套通道和第二套通道。第一套通道中的每個(gè)都定位在第二套通道附近。兩套通道中的每個(gè)都包括通過(guò)輸入閥控制的輸入和通過(guò)輸出閥控制的輸出。第一組通道通過(guò)關(guān)閉兩套通道中的一套通道的輸入閥并且關(guān)閉兩套通道中的另一套通道的輸出閥而形成交指型流場(chǎng)，并且第一組通道通過(guò)打開輸入閥和輸出閥二者而形成常規(guī)流場(chǎng)。
文檔編號(hào)H01M8/02GK102318115SQ200980142584
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月25日
發(fā)明者雨宮一樹 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社