[发明专利]用于提供均匀的燃料电池堆栈结构的方法和装置

说明书

相关申请

本发明专利申请为下列同名国际申请的分案申请：

申请日2003年4月9日

申请号03809730.3(国际申请号PCT/US03/10763)。

发明领域

本发明涉及燃料电池，具体涉及按堆栈方式布置、并保持压缩形式的燃料电池。    

发明背景

燃料电池堆栈一般包括多个燃料电池，它们一个叠在另一个上，相互间保持压缩形式。这多个叠置的燃料电池形成了被压缩成让多个燃料电池保持压缩关系的燃料电池组件。一般而言，每个燃料电池都包括阳极层、阴极层、以及夹在所述阳极层和所述阴极层之间的电解质。该燃料电池组件需要相当大的压缩力将该堆栈的燃料电池压在一起。需要压缩力是因为燃料电池内存在的反应物的内部气体产生压力以及对保持电池的内部部件之间良好电接触的需要。概括而言，每个面积单位的力总共约为195-205psi，这个力均匀地分布在电池的整个有效区域(对于车用大小的堆栈来说，一般是77-155平方英寸)上。于是，对于面积约80平方英寸的燃料电池来说，该尺寸堆栈的总压缩力一般约为15500到16500磅。

现有技术的典型燃料电池堆栈结构聚焦于采用刚性端板和连杆向燃料电池组件施加并保持压缩力。将要被压缩的燃料电池组件夹在一对刚性端板之间。然后用穿过这些端板延伸的连杆将端板压在一起，并向端板施加压缩力。为了实现对燃料电池组件的理想压缩，一般都采用该种结构和其它类似结构来改变燃料电池堆栈结构的长度。另外，已在燃料电池中采用的电解质薄膜约0.007英寸厚，它会随着时间过去而滑动或应力松弛，因此需要进一步压缩燃料电池堆栈结构，以保持燃料电池组件上的理想压缩力。

当今的燃料电池组件利用0.018微米厚、经过加强的薄膜。结果，滑动或应力松弛要低得多，所以不再象现有技术的燃料电池组件中那样成为一个大问题。于是，采用了新型、较薄、经过加强的薄膜的燃料电池组件在一段时间以后不再要求因薄膜的松弛或应力释放而进一步被压缩。

燃料电池堆栈结构可用于多种用途。因为使用燃料电池堆栈结构的空间的体积一般是固定的，例如汽车或公共汽车中，因此如果燃料电池堆栈结构的尺寸均匀、进而能更换不同的燃料电池堆栈结构是很理想的。

于是，理想的是提供长度均匀的燃料电池堆栈结构。另外，理想的是构造并提供一种燃料电池堆栈结构，不管燃料电池组件所包含的燃料电池数目如何，该燃料电池堆栈的长度都是均匀的，而且还向燃料电池组件的有效区域施加了理想的压缩荷载。

因为当前的燃料电池堆栈结构利用薄而又经过增强的薄膜，该薄膜基本上没有空间滑动和应力松弛，因此现在对于燃料电池堆栈结构来说，其它压缩荷载方式也是可行的。这些压缩荷载技术能让燃料电池堆栈结构的尺寸均匀。另外，因为燃料电池组件和加强薄膜的性能很好了解，因此对燃料电池组件进行压缩、以在燃料电池组件的有效区域上获得给定压缩荷载的距离能通过燃料电池组件所包含的燃料电池数目来确定。与现有技术中对燃料电池堆栈结构进行压缩、直到向有效区域施加了预定压缩荷载的方式不同的是，这能在组装燃料电池堆栈结构时使用固定压缩距离。

发明概述

本发明涉及用于提供均匀的燃料电池堆栈结构的装置和方法。另外，本发明涉及可与固定负荷相比的将燃料电池组件压缩固定距离的方法。

本发明的电化学燃料电池堆栈包括多个以叠置结构方式布置以形成燃料电池组件的燃料电池。该燃料电池组件具有相对的第一和第二端，这两端之间具有长度。第一和第二端板布置在与燃料电池组件的对应第一和第二端相邻的位置。第一和第二端板保持预定距离的固定间隔关系，由此第一和第二端板沿长度方向向燃料电池组件施加压缩力。在第一端板和燃料电池组件的第一端之间夹有至少一个隔板。该至少一个隔板的大小被构造成让第一和第二端板施加在燃料电池组件上的压缩力具有预定大小。