[发明专利]带有部分封闭的端部的燃料电池流场通道

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种燃料电池，且更具体地涉及燃料 电池的流场。

背景技术

燃料电池是熟知的且在各种应用中用于发电。一般的燃 料电池采用反应物气体产生电流，例如氢气或天然气和氧气。一般地， 燃料电池包括各接受一种反应物气体的相邻的流场。每个流场将反应 物气体通过气体分配层分配给相应的靠近电解质层的阳极催化剂或阴 极催化剂，以产生电流。电解质层可以为有效地传送离子但不传导离 子的任何层。一些示范性的燃料电池电解质包括：碱性溶液(例如， KOH)、质子交换膜(PEM)、磷酸、和固体氧化物。

一种流场包括与出口通道交叉的进口通道。进口通道具 有完全敞开的进口和完全封闭的出口，且出口通道具有完全封闭的进 口和完全敞开的出口。进口通道的完全封闭的出口促使进入进口通道 的反应物气体流动通过气体分配层流入相邻的出口通道。这导致反应 物气体向催化剂的强制对流和反应物气体对催化剂的相对较大的暴 露。然而，强制对流增加反应物气体越过流场的压降且因而需要反应 物气体的较高的增压，这不希望地消耗由燃料电池产生的一些电能且 降低总体效率。

一般的流场包括具有完全敞开的开口和完全敞开的出口 的敞开的或平行的通道。通过通道进入的反应物气体通过气体分配层 向催化剂扩散。敞开通道允许相对不受限制的反应物气体流动且从而 产生相对低的反应物气体压降。然而，相对低比例的流过通道的反应 物气体扩散到催化剂，这不希望地导致反应物气体的低效率的利用。

本发明解决对在压降和有效的反应物气体利用之间的改 进的平衡的需要。

发明内容

用于燃料电池的一个示例设备包括具有通道进口段和通 道出口段的燃料电池流场通道。所述通道进口段或通道出口段中的至 少一个包括阻塞元件，阻塞元件部分地阻塞通过燃料电池流场通道的 流动。

一个示例包括在细长的通道壁之间的流动通路。阻塞元 件延伸到细长通道壁之间的流动通路中，以部分地阻塞通过燃料电池 流场通道的流动。

另一示例包括封闭元件，所述封闭元件靠近通道出口段 或通道进口段延伸，以部分地阻塞相应的出口或进口流动。

一个示例包括具有开口的板，所述开口延伸通过所述板。 板相对于燃料电池流场通道可移动，以部分地阻塞通过燃料电池流场 通道的流动。

上述示例并不旨在限定。在以下描述附加的示例。从以 下详细说明，本发明的各种特征和优势对本领域技术人员显而易见。 附随详细说明的附图简要地描述如下。

附图说明

图1示意性地图示了燃料电池堆的选择部分。

图2是沿图1所示的线截取的截面图，图示了具有通道 的实施例，通道具有部分地阻塞通过所述通道的流动的示范性阻塞元 件。

图3显示了具有弯曲形状的另一示例阻塞元件实施例。

图4显示了示例阻塞元件和锥形通道。

图5A显示带有开口的示例性阻塞元件板，所述开口延伸 通过所述板，其中板可相对于通道移动以部分地阻塞通过所述通道的 流动。

图5B显示了图5A的示例阻塞元件板的透视图。

图6图示了实施例，其中带有阻塞元件的通道在交叉流 场上游串连设置。

图7图示了实施例，其中带有阻塞元件的通道在平行流 场下游串连设置。

图8图解性地图示了在阻塞元件尺寸范围的预期的和实 际的电池电压对压降的示例。

具体实施方式

图1示意性地图示了用于发电的示例燃料电池堆10的选 择部分。在该示例中，阳极侧12接受反应物气体R₁且阴极侧14接受 反应物气体R₂以便以已知的方式产生电流。阳极侧12和阴极侧14的 每个包括流场板16，例如加工板、模制板、压制板、实心板、多孔板、 或其它类型的板，所述流场板16具有通道18，以将反应物气体R₁和 R₂分配在相应的阳极侧12和阴极侧14上。

在所示的示例中，气体交换层20位于流场板16的每一 个的附近。电解质层22在气体交换层20之间将阳极催化剂24与阴极 催化剂26隔开。