[发明专利]用于燃料电池的板

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池的板，特别是旨在用于安装在机动车辆上的包括一种离子交换膜(PEM)的类型的燃料电池。

背景技术

PEM类型的燃料电池一般包括一叠多个双极性板和多个离子交换膜，这些膜由一种，例如，用聚合物制成的固态电解质来形成。

这些双极性板在它们与这些膜相接触的面上配备有若干凹槽，它们与所述膜形成允许气体在与该膜相接触的状态下移动的一些分配通路或管道。

阳极气体在该膜的一侧移动而阴极气体在相对的一侧移动。在膜的两侧发生这些阴极气体与阳极气体的氧化/还原反应，同时通过它而进行的离子交换，电子由这些双极性板来传送。因此使电能得到回收和利用，特别用于机动车辆的牵引。

当这些气体在这些通道中从一个入口向一个出口移动时，这些反应物逐渐被消耗。这些通道中移动的流束中反应物的浓度因此随着该流动物向前移动而降低。在接近这些分配通道出口时，毫无疑问地，这些反应物的降低可导致在膜的活性交换表面上这些反应物的非均匀分配。这就无法令电池取得令人满意的运行。

因此，为了获得燃料电池的更好的性能和提高的可靠性，希望能在这些膜的活性区域上提供这些阳极和阴极反应物的一种均匀分布。

为了得到这些反应物的更好的分配，已经设计了不同的解决方案。为此专利US 4 988 583说明了一种双极性板，在其多个面之一上配备了用于流体分配的一条单一的通道，该通道从板的一个边缘一路前进到相对的边缘，并且它是由以蜿蜒曲折的形式蔓延开来的多个连续曲流所形成。这些曲流安排在板的表面上以便分配在所述表面的绝大部分之上。

专利US 5 641 586中说明一种双极性板，包括以分割的方式安排在彼此之间的用于流体的多个输入通道和输出通道，这些流体从输入通道向输出通道移动，同时通过一个气体扩散层。

另外，文件US-B1-6 616 327和US-B1-6 333 019说明一种用于流体的送入和/或排放管道的安排，特别用于包括一叠板的燃料电池，其中多个入口和出口部分插入到每一板上，以便获得展现了一种分阶段的分形结构(fractal configuration)的多个流体循环回路。

此外，文件US-A-2004/0023100和US-A-2004/0076405说明一种双极性板，它包括用于流体的多个送入/或排出管道，这些管道配备有一个主分枝和多个后继的侧分枝，它们相对于所述主管道具有减小的横截面，并且被安排为展现了一种分形结构的多个管道。

这些文件中所描述的用于送入和/或排出流体的通道或管道并不提供一种安排而使之有可能显著改善反应物的分配以便在膜上获得这些反应物的均匀分配。

发明内容

因此本发明的目的是通过提供一种用于燃料电池的板来克服这些缺点，这种板使之有可能均匀地分配流体以便提高所述电池的运行可靠性。

根据本发明的一个方面，用于(特别是包括离子交换膜的类型的)燃料电池的一种板包括连接到位于该板的一个表面的中心的一个进入孔的多个送入通道和多个排出通道，其中分别以相对高的浓度流动一个反应流体的流束和以相对低的浓度流动一个反应流体的流束。

这些送入和/或排出通道以对称的方式插入到该板上，展现出类似的分形结构的这些送入与排出通道以互补的方式来安排以便获得一个互相交错的通道网络。

通过这一安排，因此在该双极性板上获得这些反应物的一个更加均匀的分配成为可能。

这是因为多个展现了对称结构的分形几何形状的送入通道结合位于该板的一个表面中心处的一个进入孔的安排的设想使得流体在整个板上的分配有可能是依照在板的各区域之中相同的路线以及流速。

并且，在同一个板上以互补方式安排以便获得互相交错的通道的一个网络的这些展现为类似分形结构的送入和排出通道在同一板上的的安排使之有可能不仅获得了用于该板的送入与排出的一个相同流速，而且还获得了由送入通道所围绕的排出通道，由于它们彼此靠近，它使之有可能获得一种移动通道的安排，其中反应物不足的流体位于其中流体的反应物丰富的多个移动通道的附近。

有利地，这些送入和排出通道包括至少两个对称轴。

优选地，这些送入和排出通道包括多条主管道，每个主管道配备有关于所述管道以对称的方式安排的多个后继的侧分枝。

这些侧分枝的对称结构使之有可能为每个相应的主管道提供一个相同的流速。

在一个实施方案中，这些后继侧分枝从一个分枝点算起的长度和横截面，对于各送入管道而言，每次都是相等的。