[发明专利]z轴导电流场隔板

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种在z轴方向上导电的流体传输膜。

背景技术

典型的燃料电池系统包括发电部分，其中一个或者多个燃料电池 发电。燃料电池是在过程中将氢气和氧气转换成水，产生电和热的能 量转换装置。每个燃料电池单元可以包括位于中间的质子交换膜，在 质子交换膜的两侧上具有气体扩散层。阳极和阴极催化剂层分别位于 气体扩散层的内侧。这种单元称为膜电极组件(MEA)。隔板或者流 场隔板分别位于膜电极组件的气体扩散层的外侧。这种类型的燃料电 池通常称作PEM燃料电池。

单个燃料电池中的反应一般产生不到1伏的电压。可以将多个燃 料电池堆叠在一起并且串联电连接，从而获得所需要的电压。从燃料 电池堆中收集电流并且使用电流驱动负载。燃料电池可以用于为从汽 车到膝上型计算机的各种应用供电。

发明内容

本发明涉及一种流场隔板。根据一个实施方案，柔性流场隔板包 括由柔性材料形成并且具有第一和第二表面的基底层。在基底层的第 一表面上限定出结构化的流场图形。结构化的流场图形限定出一个或 多个流道。隔板包括由一种或者多种金属形成并且设置在基底层的第 一表面上的第一层。第一层由导电材料形成。隔板还包括设置在基底 层的第二表面上的第二层。第二层由柔性导电材料形成。第一层在一 个或者多个位置上与第二层接触，从而限定了第一和第二层之间的电 连接。

另一个实施方案涉及一种制造柔性流场隔板的方法。该方法包括 设置由柔性导电材料形成的第二层。聚合物基底层的第二表面设置成 与第二层接触。在压力和任意温度下将第二层和基底层层叠在一起， 使得在聚合物基底层的第一表面上形成结构化的流场图形。在聚合物 基底层的第一表面上涂覆第一层导电材料，使得第一层在一个或者多 个位置上与第二层接触，从而在第一和第二层之间建立电连接。

本发明的另一个实施方案涉及一种柔性流场隔板，根据此处说明 的韧度测试，测量的韧度大于大约20度，并且平均体积密度小于大约 4.5。

本发明的另一个实施方案涉及检修燃料电池堆的方法。燃料电池 堆包括一个或者多个流场隔板，该流场隔板具有由柔性材料形成并且 具有第一和第二表面的基底层。在基底层的第一表面上限定出结构化 的流场图形。结构化的流场图形限定出一个或多个流道。隔板包括由 一种或者多种金属形成并且设置在基底层的第一表面上的第一层。第 一层由导电材料形成。隔板还包括设置在基底层的第二表面上的第二 层。第二层由柔性导电材料形成。第一层在一个或者多个位置上与第 二层接触，从而限定了第一和第二层之间的电连接。

根据本发明的一个方面，检测有故障的单元电池组件。除去燃料 电池堆中多个单元电池组件上的压力，然后更换有故障的单元电池组 件。当保持单元电池组件到单元电池组件定位的时候，适当的压力再 次施加到多个单元电池组件上。

本发明的上述概述不是要描述本发明的每个实施方案或者每一个 实施。通过结合附图参考下面的详细说明和权利要求，本发明的优点、 成就以及更完整的理解将变得显而易见并且明白。

附图说明

图1a是燃料电池及其构成层的图示；

图1b图示出根据本发明实施方案构造的包括流场隔板的单元电 池组件；

图2图示出根据本发明实施方案的流场隔板的横截面；

图3是根据本发明实施方案的流场隔板的横截面的显微照片；

图4图示出根据本发明实施方案设置在铝基层上的聚丙烯基底的 几个沟道/缺口特征的横截面；

图5是根据本发明实施方案形成的基底和铝基层之间的界面的特 写图；

图6是根据本发明实施方案在基底中形成的包括缺口的基底沟道 的顶视图的显微照片；

图7图示出根据本发明实施方案的在一个表面上具有冷却沟道的 流场隔板的横截面；

图8是根据本发明实施方案的双极流场隔板的图；

图9是根据本发明实施方案的具有冷却内部沟道的双极流场隔板 的图；

图10和11图示出根据本发明实施方案流场隔板的第一和第二表 面。

图12图示出根据本发明实施方案的通过示出完整的垫圈的连接 杆孔截取的隔板横截面；

图13是根据本发明实施方案的内部连接区域的可行设置的更加 详细的视图；

图14图示出根据本发明具有两个MEA的实施方案的用于燃料电 池应用的单元电池组件。