[发明专利]用于燃料电池的金属多孔体

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池的金属多孔体。更具体的，本发明涉及一种改善操作和工作性能并且能够准确和精确地堆叠，由此也提高燃料电池堆的生产率的用于燃料电池的金属多孔体。

背景技术

燃料电池是一种不通过燃烧将燃料的化学能转化为热能，而是在燃料电池堆中用电化学方法将化学能直接转化为电能的电力生成系统。燃料电池能够被用作包括例如便携设备的小型电力和电子设备、工业用途、家用电器以及车辆的供电电源。

特别地，车辆最广泛使用的燃料电池之一是质子交换膜燃料电池或聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)，其由具有膜电极组件(MEA)、气体扩散层(GDL)、衬垫、密封件和双极板(隔板)的燃料电池堆构成。通常，MEA包括氢离子传输通过的聚合物电解质膜，和布置在聚合物电解质膜两侧的每一侧上的、在其中发生电化学反应的电极/催化剂层。GDL用于使反应物气体均匀地扩散并传输所产生的电。衬垫用于对反应物气体和冷却剂提供适当的气密性。密封件用于提供适当的接合压力。最后，双极板用于支持MEA和GDL、收集并传输所产生的电、传输反应物气体、传输并去除反应产物、以及传输冷却剂以去除反应热，等等。

GDL接合于电极/催化剂层的外表面，电极/催化剂层涂覆在聚合物电解质膜的表面上以形成阳极(“燃料电极”)和阴极(“空气电极”或“氧气电极”)，而且用于供应氢气和空气(氧气)作为反应物气体，传输由电化学反应产生的电子，并且排出反应产物水以最小化燃料电池中的溢流。

近来，在世界范围内广泛的研究集中在将具有网状结构的薄金属板替代碳纤维应用于燃料电池的GDL，该网状结构是例如延展板网(expanded metal)或金属网等的多孔结构。

图1示出可用作燃料电池的GDL的金属多孔体，其中，(a)示出延展板网多孔体的实例且(b)示出金属网多孔体的实例。图1(a)中所示的延展板网1是通过压制或轧制金属板而形成的具有多个矩形孔的多孔板的实例，而图1(b)中所示的金属网2是通过将多根丝线2a编织成网状而形成的多孔板的实例。

这些具有规则的多孔结构的金属多孔体在燃料电池中使用的过程中能够表现出均一的性能并降低电池之间的偏差。此外，反应物气体的扩散得到改善并且水的排出效率更高，因此有助于提高燃料电池的总体性能。

然而，即使在这些金属多孔体1和2被用作GDL的情况下，金属多孔体1和2各自也以与常规方法相同的方式，与例如MEA、隔板、衬垫等的燃料电池组件堆叠在一起，从而完成燃料电池堆。

常规地，图1中所示的金属多孔体1和2被剪切成适合于燃料电池的隔板上的反应区(即，膜电极组件的反应区)的尺寸，简单地放置在隔板上，然后与隔板组装。在此，金属多孔体1和2各自为分离的组件，不与任何其他燃料电池组件形成整体。

这些金属多孔体具有由于材料的性质而在剪切过程中形成的锋利的外部边缘，而且当常规的金属多孔体在没有修饰的情况下被使用时，操作和工作性能由于在电池组装过程中所形成的锋利的外部边缘而劣化。

特别地，该金属多孔体的锋利的外部边缘很可能破坏在电池组装过程中与锋利的外部边缘接触的膜电极组件的引脚孔，因此使燃料电池堆的总体性能劣化。

此外，由于常规的金属多孔体是不与任何其他燃料电池组件形成整体的分离组件，所以金属多孔体的布置在电池组装过程中变得不规则，因此金属多孔体不能准确和精确地堆叠。此外，不能采用例如吸气的自动组装(堆叠)方法，故降低了燃料电池堆的生产率。在例如吸气的自动组装(堆叠)方法中，金属多孔体必须在被吸附在抽吸装置上的状态下进行传输。然而，由于在金属多孔体的表面上存在许多孔(即，缺乏平坦表面)，因此在金属多孔体与抽吸装置之间很难具有稳定的吸附。所以，为了获得稳定的吸附，重要的是抽吸装置吸附于非多孔的平坦表面。

在本背景技术部分中所公开的上述信息仅是用于加强对本发明背景技术的理解，因此其可能包含不构成在本国内已为本领域技术人员所公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供了一种用于燃料电池的金属多孔体，其具有改进的操作和工作性能。此外，本发明提供了一种用于燃料电池的金属多孔体，其能够准确和精确地进行堆叠并且能够通过自动组装方法进行加工，从而提高燃料电池堆的生产率。

一方面，本发明提供了一种用于燃料电池的金属多孔体，该燃料电池通过堆叠多个由金属多孔体制成的单元电池而形成。该金属多孔体具有多孔部，其与膜电极组件的反应区接触并且对应于各单元电池的反应区；和平坦部，其具有沿着除对应于反应区的多孔部以外的金属多孔体的外部边缘形成的平面结构。