燃料電池隔板及包含該隔板的燃料電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池隔板和包含該隔板的燃料電池，更具體地，涉及這樣的燃料電池隔板，即通過引導(dǎo)反應(yīng)物垂直于形成于隔板中的通道的長度側(cè)流動，而改善反應(yīng)物的擴(kuò)散能力和反應(yīng)效率。
【背景技術(shù)】
[0002]典型地，當(dāng)將金屬隔板應(yīng)用于燃料電池時，其結(jié)構(gòu)包括具有用于反應(yīng)物和冷卻水的通道的金屬隔板、用于促進(jìn)反應(yīng)物的擴(kuò)散的一對氣體擴(kuò)散層(GDL)和產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)并且被設(shè)置在氣體擴(kuò)散層之間的膜電極組件。
[0003]—般來說，在每個隔板內(nèi)，重復(fù)地形成通道和槽脊(land)，其中反應(yīng)物按與冷卻水的流動方向相同的方向流經(jīng)通道，槽脊與GDL接觸。陽極隔板和陰極隔板的通道是對稱的，所以隔板間的空間被用作冷卻通道。
[0004]此外，為提高燃料電池的性能，可以期望的是通過減少隔板中的通道間隙而使施加在GDL和MEA上的表面壓力更均勻，并提供在整個反應(yīng)表面上大致恒定傳輸?shù)腉DL，。然而，由于在制造期間所造成的諸如裂紋和回彈的缺點(diǎn)，可使隔板中的通道間隙的減少受到限制。另外，其它問題可使性能惡化。
[0005]例如，反應(yīng)物的擴(kuò)散以及產(chǎn)生的水的排放可能減少。當(dāng)通道間距較大時，應(yīng)力可集中于在隔板和GDL之間接觸的槽脊上，因此造成不均勻的表面壓力。因此，GDL的多孔結(jié)構(gòu)可被破壞并且GDL中的傳輸可能惡化，使得擴(kuò)散反應(yīng)物和排放產(chǎn)生的水的能力可能降低。此外，隨著通道內(nèi)的應(yīng)力減小，GDL可滲透至通道，從而抑制反應(yīng)物的流動。此外，當(dāng)碳纖維在被損傷的GDL的槽脊部分滲透到電極膜時，可能損壞電極膜。
[0006]此外，可能出現(xiàn)導(dǎo)電率的不均勻。在露出GDL的通道內(nèi)，可充分供應(yīng)反應(yīng)物，從而可積極產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。同時，由于GDL和MEA間的不充足的表面壓力可增加接觸電阻，使得通過反應(yīng)形成的電子不能移動至集電極。.
[0007]上述僅旨在增強(qiáng)對本發(fā)明的背景的理解，并非旨在本發(fā)明落入本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的范圍內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了一種燃料電池隔板，其具有垂直于反應(yīng)物的流動而形成的通道，沿通道的側(cè)面形成以形成用于反應(yīng)物的流動路徑的多個孔。特別地，用于反應(yīng)物流入和流出的孔可形成為不同的高度。在另一個方面，本發(fā)明提供了包括燃料電池隔板的燃料電池。
[0009]在示例性實(shí)施例中，燃料電池隔板可包括:多個通道；以及入口和出口，所述入口和出口沿通道的第一側(cè)和第二側(cè)形成使得被引入至通道的反應(yīng)物垂直于通道流動。具體地，在通道中，入口可位于比出口更高的位置。
[0010]入口和出口不位于同一線上。特別地，入口和出口可分別沿通道的第一長度側(cè)和第二長度側(cè)形成，并且可以彼此間隔預(yù)定的距離形成。入口的中心點(diǎn)可位于比出口的中心點(diǎn)高的位置。隔板可被彎成具有彎曲頂部和彎曲底部的鋸齒形狀。因此，可被進(jìn)一步提供在燃料電池中的催化劑層可與隔板的彎曲底部的下表面接觸，并且通道可被形成作為隔板與催化劑層之間的閉合區(qū)間(closed-sect1n)。
[0011]入口的中心點(diǎn)可大致位于比催化劑層和隔板的彎曲頂部之間的中心點(diǎn)更高的位置。出口的中心點(diǎn)可位于比催化劑層和隔板的彎曲頂部之間的中心點(diǎn)更低的位置(例如下方)。入口可延伸至隔板的彎曲頂部，使得隔板的彎曲頂部可包括入口的一部分。出口可延伸至隔板的彎曲底部，使得隔板的彎曲底部可包括出口的一部分。隔板可形成為鋸齒形，并且可與隔板的彎曲頂部接觸的面板可被設(shè)置在隔板的頂部上。
[0012]在另一個示例性實(shí)施例中，燃料電池可包括具有上述結(jié)構(gòu)的燃料電池隔板。特別地，因?yàn)槿剂想姵馗舭宓娜肟诤统隹诳山惶娴夭贾?，并且不在同一線上，所以，可改善燃料電池中的反應(yīng)物的擴(kuò)散，并且可增加與燃料電池的催化劑層的反應(yīng)效率。根據(jù)各種示例性實(shí)施例，通過在入口和出口之間做出高度差，可以實(shí)質(zhì)上改善經(jīng)入口流入的反應(yīng)物和催化劑層之間的反應(yīng)效率。
【附圖說明】
[0013]結(jié)合所附附圖，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面的詳細(xì)說明中被更清楚地理解，其中:
[0014]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的示例性燃料電池隔板和包括燃料電池隔板的示例性燃料電池；
[0015]圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的示例性燃料電池隔板的平面圖；
[0016]圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的沿圖1的線A-A的示例性燃料電池隔板的剖面圖；
[0017]圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的沿圖1的線B-B的示例性燃料電池隔板的剖面圖；
[0018]圖5是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在沿圖1的線A-A的示例性燃料電池隔板的截面內(nèi)的反應(yīng)物的示例性的流動；
[0019]圖6是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在沿圖1的線B-B的示例性燃料電池隔板的截面內(nèi)的反應(yīng)物的示例性的流動；以及
[0020]圖7是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的入口和出口的高度差異，比較示例性燃料電池的電壓輸出的圖解。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本文所使用的術(shù)語僅用于描述特定實(shí)施例的目的，并不是要限制本發(fā)明。如本文所用，單數(shù)形式“一”、“一個”和“所述”意圖在于也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有明確地指示。還應(yīng)理解的是，用語“包括”和/或“包含”當(dāng)在本說明書中使用時，其指所述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但不排除一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合的存在或添加。如在此使用的，術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)所列事項的任何和所有組合。
[0022]下面將參考附圖對根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的燃料電池隔板和包括燃料電池隔板的燃料電池進(jìn)行說明。
[0023]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的示例性燃料電池隔板和包括燃料電池隔板的示例性燃料電池。圖1中的燃料電池隔板100可包括:多個通道110 ;以及入口 111和出口 113，入口 111和出口 113沿通道110的第一側(cè)和第二側(cè)形成使得被引入通道110的反應(yīng)物可垂直于通道110的長度側(cè)流動。特別地，入口 111可位于比出口 113更高的位置(例如，在更高的水平面或上方)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的示例性燃料電池，隔板100可被彎成具有彎曲頂部和彎曲底部的鋸齒(zigzag)形狀，并且可還包括與隔板100的彎曲底部的下表面接觸的催化劑層200。特別地，形成于隔板100和催化劑層200之間的通道110可以是閉合區(qū)間。
[0025]此外，與隔板100的彎曲頂部接觸的面板300可包括由隔板100和面板300之間的閉合區(qū)間形成的副通道130。面板300可防止流經(jīng)入口 111和出口 113的反應(yīng)物滲漏并且可維持燃料電池之間的氣密性(例如，空氣密封)。催化劑層200可由膜電極組件(MEA)和在MEA兩側(cè)的一對氣體擴(kuò)散層(GDL)組成。催化劑層200可包括MEA。當(dāng)然，催化劑層200的結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于各種示例性實(shí)施例中，而無限制。
[0026]入口 111和出口 113可被形成為穿過通道110的第一側(cè)和第二側(cè)的孔，使得通過入口 111引入的反應(yīng)物可通過通道110被排放至出口 113，并且沿副通道130移動的反應(yīng)物可通過它們的入口 111流入相鄰的通道110。反應(yīng)物可包括氫氣、空氣、冷卻水中的至少任意一種并且還可以是不包括它們的其它反應(yīng)物。特別地，為了改善反應(yīng)物的擴(kuò)散，入口 111和出口 113分別不位于同一線上。也就是，如上所述，通過入口 111引入的反應(yīng)物可沿通道111通過預(yù)定的距離，然后通過出口 113流到外側(cè)，使得反應(yīng)物可留在通道110內(nèi)，以增加與催化劑層200的反