[发明专利]多孔材料在燃料电池堆叠的歧管中的应用

说明书

                        技术领域

[0001]本发明涉及利用设置在燃料电池歧管中的多孔材料的燃料电池堆叠(stack)，其中该多孔材料有利于来自燃料电池通道的液态水的传输，从而最大限度地减少了燃料电池堆叠中液态水的聚集。

                        背景技术

[0002]燃料电池电源系统将燃料和氧化剂转化为电力。一种类型的燃料电池电源系统利用质子交换隔膜(下文中称为“PEM”)催化促进燃料(例如氢)和氧化剂(例如空气或氧气)的反应以产生电力。该PEM是固态聚合物电解质，其促进质子在通常配置在燃料电池电源系统中的燃料电池的堆叠的每个独立燃料电池中从阳极传输到阴极。

[0003]在燃料电池电源系统内的典型燃料电池装置(堆叠)中，各燃料电池设置有各种反应物和冷却液流经的通道。燃料电池板典型地设计有螺旋形流体通道。期望螺旋形流体通道有效的将反应物分布在运行中的燃料电池的有源区上，从而最大化性能和稳定性。由经过燃料电池的反应物流导致水从通道移动到该燃料电池板的出口歧管。阻力将液态水拉过通道，直到液态水经出口歧管离开该燃料电池。然而，当燃料电池在低电源输出下操作时，气流的速度太低而不能产生有效的阻力以传输液态水，并且该液态水聚集在流体通道中。

[0004]利用气流阻力去除液态水的进一步的限制是，水冲击各个不规则具有高或低的表面能的表面，或者在流体通道表面上钻孔。因为阻力可能不够强而不能有效地传输液态水，该钻孔导致水聚集和汇聚，从而停止水流。这些钻孔是那些通常设置在通道出口与燃料电池堆叠歧管相遇的位置的孔。

[0005]另外，一些电流燃料电池装置利用具有亲水性表面的板。观察到水在材料表面形成一个薄膜，其在流体通道的出口和板的周边聚集。该水膜可以阻碍气流，其依次减小用于去除液态水的驱动力并且由此妨碍从燃料电池堆叠去除液态水。在具有轻度疏水性表面的燃料电池板的情况下，观察到水形成大的液滴，其突出进燃料电池堆叠出口歧管阻碍燃料电池板的通道的出口。观察到液滴保留在板的边缘直到它们可以被气剪断续的去除。水的聚集可以导致气流阻断或者气流不平衡，这对堆叠的性能有负面影响。

[0006]期望的是，开发了一种燃料电池堆叠，其具有用于从燃料电池堆叠的燃料电池气流通道去除液态水的改善的方法，以最大限度地减小燃料电池堆叠中的液态水的聚集。

                            发明内容

[0007]与本发明协调和合适的是，已发现了一种燃料电池堆叠，其具有用于从燃料电池堆叠的燃料电池气流通道去除液态水的改进的方法，以最大限度地减小燃料电池堆叠中的液态水的聚集。

[0008]在一个实施方案中，燃料电池装置包含具有多个燃料电池板的燃料电池堆叠，其中每个板包括形成于其中的至少一个开口，所述燃料电池板的开口基本上排列以形成歧管；以及设置在该歧管中的多孔材料，其中该多孔材料适合促进来自燃料电池板的水流经过多孔材料，并流出所述燃料电池堆叠。

[0009]在另一个实施方案中，燃料电池装置包含具有多个燃料电池板的燃料电池堆叠，其中每个板包括形成于其中的至少两个开口，所述燃料电池板的开口基本上排列以形成入口歧管和出口歧管；以及设置在该歧管中的多孔材料，其中该多孔材料适合促进来自燃料电池板的水流经过多孔材料，和通过该歧管流出所述燃料电池堆叠。

[0010]在另一个实施方案中，燃料电池装置包含具有多个燃料电池板的燃料电池堆叠，其中每个板包括形成于其中的至少两个开口，所述燃料电池板的开口基本上排列以形成入口歧管和出口歧管；以及设置在该歧管中的多孔材料，其中该多孔材料适合促进来自燃料电池板的水流经过多孔材料，和通过该歧管流出所述燃料电池堆叠；以及适合保持所述多孔材料的位置面对歧管的内表面的多孔载体。

                        附图说明

[0011]当结合附图考虑时，由以下优选实施方案的详细说明，本发明上述的以及其它的优点对于本领域技术人员将容易地变得很明显的，其中：

[0012]图1是根据本发明的实施方案的在燃料电池堆叠歧管中结合进多孔材料的燃料电池堆叠的剖面图；

[0013]图2是本发明的燃料电池堆叠的燃料电池板的燃料电池板例示说明的顶视图；

[0014]图3是根据本发明另一个实施方案的在燃料电池堆叠歧管中结合进形成点(point)的多孔材料的燃料电池堆叠的剖面图；