[发明专利]燃料电池和具有歧管贮槽的双极板

说明书

公开背景

本公开涉及燃料电池。更具体而言，本公开涉及燃料电池和双极板，该双极板具有歧管和与歧管连接以用于收集水以有利于减少歧管中的水量的贮槽(sump)。

燃料电池是广泛已知的，并且用来为各种用途发电。典型地，燃料电池单元包括阳极、阴极，以及在阳极和阴极之间的离子导电聚合物交换膜(PEM)。阳极和阴极在双极板(也称为输送板)之间，双极板包括流场通道和用于使反应气体循环通过流场通道到达PEM并且在已知的电化学反应中产生电的歧管。

与燃料电池相关联的一个问题涉及反应气体中的水。携带在反应气体中的水蒸气可冷凝且收集在歧管中。在供应歧管中，冷凝水可阻塞燃料反应气体进入流场通道中的入口，并且导致燃料电池“供料不足”。在出口歧管中，水可阻碍氧反应气体(oxygen reactant gas)从流场通道中排出，并且导致跨越燃料电池的压力损失增大，以及对应的操作效率损失。

公开概述

公开的实例双极板和燃料电池是为了有利于减少由于反应气体歧管中的水积聚造成的反应气体流场的水阻碍。

在一个实例中，双极板包括流场通道、与流场通道流体连接以运送反应气体的歧管，以及与歧管流体连接以从反应气体中收集水的贮槽。

双极板可为包括至少一个电极的燃料电池中使用的多个双极板中的一个。各个双极板可包括用于从反应气体中收集水的贮槽。一些双极板还可包括用于抑制积聚在其中的水的运动的挡板。

控制具有至少一个双极板(其包括流场通道和与流场通道流体连接的歧管)的燃料电池的实例方法包括建立与歧管流体连接的贮槽，以及使水收集在贮槽中从而控制歧管中的水量。

附图简述

根据目前优选的实施例的以下详细描述，本公开的各种特征和优点对本领域技术人员将变得显而易见。伴随详细描述的附图可简要地描述如下。

图1示出了实例燃料电池的选定部分的分解图。

图2示出了在图1的燃料电池中使用的实例双极板。

图3示出了根据图2的双极板的截面。

图4示出了带有可选的冷却剂通道的双极板。

图5示出了图1的燃料电池的另一个实例双极板。

图6示出了图5的双极板的另一侧。

图7示出了根据图6的双极板的截面。

优选实施例的详细描述

图1示意性地示出了用于产生电的实例燃料电池10的选定部分的分解图。在所示实例中，燃料电池10包括至少一个组合电池(unitized cell)12。例如，多个组合电池12可用来形成燃料电池堆，这取决于待产生的期望电量。如已知的那样，组合电池12或备选地具有多个组合电池12的燃料电池堆可以已知的方式固定在压力板之间，以形成燃料电池10。另外，燃料电池10可包括未示出的各种另外的构件，例如与反应气体、冷却剂水等的供应或返回相关联的构件。在本描述的情况下，本领域普通技术人员将认识到，公开的实例可应用于各种各样的不同的燃料电池构造。

在公开的实例中，组合电池12包括位于第一双极板16和第二双极板18之间的膜电极组件(MEA)14，第一双极板16和第二双极板18可称为阳极和阴极双极板，这取决于相对于MEA14电极的位置。例如，MEA14包括阴极催化剂电极、阳极催化剂电极，以及聚合物交换膜，但是MEA14不限于任何具体的构造。

第一双极板16和第二双极板可由容许水输送通过其中的多孔材料(例如石墨或其它多孔材料)形成。备选地，第一双极板16、第二双极板18或两者可为实心的，这取决于燃料电池10的类型。

在所示实例中，使用结合膜层20将第一双极板16、第二双极板18以及MEA14固定在一起。例如，结合膜层20是相对薄的低密度聚乙烯层。

在公开的实例中，组合电池12使用垫片系统22来密封组合电池12，并且防止反应气体和冷却剂水的混合。例如，垫片系统22包括容纳到第二双极板18内的垫片通道26中的一个或多个垫片24。在其它实例中，垫片24可容纳到第一双极板16中的垫片通道中。也可使用另外的垫片，这取决于燃料电池10的具体构造。

第一双极板16还显示在图2中，并且包括用于将燃料反应气体分配到MEA14的流场。第一双极板16还包括供应歧管38、转向歧管40及出口歧管42。供应歧管38将燃料反应气体分配到流场36，如由箭头44所示。燃料反应气体流过流场36，如由箭头46所示。转向歧管40使燃料反应气体流转向，以第二次穿过流场36，如由箭头48所示。出口歧管42从流场36中排出任何未使用的燃料反应气体。