[发明专利]带有用于防止出口水滞留的部件的双极板

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池，且更具体地涉及具有防止在双极 板入口和出口处滞留液体的部件的燃料电池板。 背景技术

燃料电池功率系统将燃料和氧化剂转换以产生电。一种 燃料电池功率系统采用质子交换膜(下文称为PEM)以催化利于燃料 (如氢)和氧化剂(如空气或氧)的反应以产生电。水是电化学反应 的副产物。在燃料电池功率系统中通常配置的燃料电池堆的每个独立 燃料电池中，PEM是利于将质子从阳极传输给阴极的固体聚合物电解 质。

在典型的燃料电池堆中，独立燃料电池具有带有通道的 燃料电池板，各种反应物和冷却流体流经所述通道。燃料电池板可以 是例如单极的。双极板可以通过组合多个单极板形成。水从通道移动 到出口集管并通过由燃料电池板形成的沟道区域，这是由通过燃料电 池组件的反应物流引起的。边界层剪切力和反应物压力有助于将水输 送通过通道和沟道区域，直到水通过出口集管离开燃料电池。

膜电极组件(MEA)设置在连续的板之间以利于电化学 反应。MEA包括阳极、阴极、以及设置在阳极和阴极之间的电解质膜。 多孔扩散介质(DM)设置在MEA的两侧上，从而利于输送反应物(通 常是氢和来自于空气的氧)，以便于燃料电池电化学反应。

水不能被允许积聚在燃料电池的沟道区域内，因为会引 起燃料电池的不良性能。水积聚使得反应物流在独立燃料电池板中和 燃料电池堆内分布不均。此外，在操作之后剩留在燃料电池中的水在 低于冰冻温度时可能固化，从而在燃料电池需要重新启动时产生困难。 从燃料电池有效地去除水的现有技术方案已经导致增加的制造成本和 使用附加的部件。

多种技术已经用于从燃料电池的沟道区域去除水。这些 技术包括增压冲洗、重力流和蒸发。在关闭时增压气体冲洗可用于从 燃料电池的沟道区域有效地去除水。不利的是，该冲洗增加了燃料电 池堆所需停机时间且浪费燃料。恰当地设置燃料电池堆可允许重力从 沟道区域去除水。水的重力去除可能限于具有至少一定直径的沟道。 管道的毛细作用力和借助于熟知的Concus-Finn条件的角落润湿防止 水的重力去除。通过蒸发的水去除也是不充分的技术。蒸发可能需要 昂贵的加热器且可能导致电解质膜的不希望干燥。干燥的燃料电池堆 会阻止质子传导和迅速启动。

使用水传输结构和表面涂层也是允许燃料电池板的沟道 区域将水输送给燃料电池堆的集管区域的两种方法。

水传输结构，通常是亲水或疏水泡沫的形式，可包含在 双极板内。水传输结构可设置在燃料电池的活性区域和出口集管之间。 水传输结构通过毛细作用改进了液体水从燃料电池的去除。虽然有益 于燃料电池的操作和重新启动时间，但是将水传输结构增加到燃料电 池堆增加了形成双极板所需要的部件的数量。在部件增加时，燃料电 池堆的制造和组装成本也随之增加。

表面涂层也可用于利于从燃料电池去除水。亲水或疏水 表面涂层可用于增加或减少双极板的表面接触角，从而有助于反应物 边界层剪切力和压力从燃料电池内去除水的能力。疏水表面涂层也可 以用于防止形成水膜。涂层前体可通过喷射、浸渍或刷涂来涂覆到双 极板且通过二次操作形成疏水或亲水表面涂层。可选地，涂层可以直 接地涂覆。虽然没有水传输结构复杂和昂贵，但是表面涂层也增加了 双极板的制造成本。

仍需要利于将水输送通过燃料电池的沟道区域的成本有 效的燃料电池板，所述燃料电池板是便宜的，使得所需部件的数量最 小化且简化板的制造。 发明内容

如本发明当前提供的，令人惊奇地发现了一种利于将水 输送通过燃料电池板的沟道区域的成本有效的燃料电池板，所述燃料 电池板使得所需部件的数量最小化且简化板的制造。

在一个实施例中，一种燃料电池板，包括：第一板，所 述第一板具有入口孔；和第二板，所述第二板邻接所述第一板且在第 一板和第二板之间形成管道，所述管道与燃料电池板的入口孔和出口 孔流体连通，所述管道具有在第一板和第二板之间形成的连续缝部， 以利于将水输送给出口孔。