[发明专利]用于燃料电池的双极板

说明书

背景技术

本公开涉及燃料电池的双极板领域。

常规的电化学燃料电池将通常均以气态流的形式的燃料和氧化剂转化成电能和反应产物。用于使氢和氧反应的常见类型的电化学燃料电池包括聚合物离子(质子)转移膜，其中燃料和空气通过膜的各个侧。质子(即氢离子)被引导通过膜、由电子平衡，所述电子被引导通过连接燃料电池的阳极和阴极的电路。为了提高可用电压，可形成包括许多这种膜的堆叠，所述膜被设置为具有分开的阳极流体流动路径和阴极流体流动路径。这种堆叠通常以块的形式，所述块包括许多单个燃料电池板，所述单个燃料电池板通过堆叠的任一端处的端板保持在一起。

因为燃料与氧化剂的反应产生热量以及电功率，所以一旦达到操作温度，燃料电池堆叠需要冷却。冷却可经由强迫空气通过阴极流体流动路径来实现。在开放阴极堆叠中，氧化剂流动路径和冷却剂路径是相同的，即迫使空气通过堆叠将氧化剂供应至阴极并且冷却堆叠。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供燃料电池的双极板，所述双极板包括：

界定阳极表面的阳极板；

界定阴极表面的阴极板；

所述阳极板与所述阴极板之间的空腔；和

在所述阴极表面与所述空腔之间延伸的所述阴极板中的一个或多个开口；

其中所述空腔被配置来接收用于冷却所述阳极和阴极板的冷却剂/氧化剂并且也经由所述一个或多个开口将至少一部分所述冷却剂/氧化剂提供至所述阴极板的外部。

以这种方式，共同冷却剂/氧化剂可用于使板冷却并且将氧化剂提供至电极的阴极侧而不需要任何复杂的通道或导管。

空腔可在双极板的第一外围边缘处具有至少一个冷却剂/氧化剂入口用于接收冷却剂/氧化剂。空腔可在第二外围边缘处具有至少一个冷却剂/氧化剂出口用于排出至少一部分冷却剂/氧化剂。在外围边缘上使用共同入口和/或共同出口可提供冷却剂/氧化剂进入和/或离开双极板的容易通路。

双极板可包括至少一个冷却剂/氧化剂入口与冷却剂/氧化剂出口之间的两个流动路径：

第一流动路径，其由所述阳极板和所述阴极板完全封闭；和

第二流动路径，其穿过所述阴极板中的两个开口以使所述冷却剂/氧化剂暴露于所述阴极板的阴极表面。

阴极板可包括冷却剂/氧化剂分配结构，其可包括用于分配冷却剂/氧化剂的至少一个成形部分和界定空腔与阴极表面之间的开口的至少一个穿通部分。以这种方式，空腔内的冷却剂/氧化剂可方便地提供至分配结构以在阴极表面上分配。

冷却剂/氧化剂分配结构可包括界定空腔的入口孔的第一穿通部分和界定空腔的出口孔的第二穿通部分。冷却剂/氧化剂分配结构可包括一个或多个流体流动通道。流体流动通道可在相应入口孔与出口孔之间延伸。在一些实施方案中，只流体流动通道的子集可包括穿通部分/开口。举例来说，交替流体流动通道可包括入口孔或出口孔。

双极板可包括多个流体流动通道。交替(包括第一)流体流动通道可在一个末端处包括入口孔并且在相反末端处闭合。其它(包括第二)流体流动通道可在一个末端处包括出口孔并且在相反末端处闭合。与冷却剂/氧化剂出口相比，入口孔可更接近于冷却剂/氧化剂入口。与冷却剂/氧化剂入口相比，出口孔可更接近于冷却剂/氧化剂出口。以这种方式，冷却剂/氧化剂可穿过气体扩散层以便从入口孔传送至出口孔，从而改进冷却剂/氧化剂在双极板的阴极表面的暴露。

空气流的一个或多个限制可提供于阳极板与阴极板之间的空腔中以便增加入口孔处的冷却剂/氧化剂的压力。空气流的一个或多个限制可包括挡板。空气流的一个或多个限制可在空腔中提供于交替流体流动通道的单一侧上。以这种方式，在入口与出口之间提供相对不受阻碍的流体流动的贯穿通道可以穿过双极板的交替流体流动路径形式来提供。

流体流动通道的尺寸可沿着双极板的长度且/或横跨双极板的宽度而变化。改变流体流动通道的尺寸可允许调整电极的表面上的电极活性以便改进电极效率。

成形部分可抵靠阳极板，从而为阳极板与阴极板之间的空腔提供支撑。

至少一个冷却剂/氧化剂入口可包括阳极板与阴极板之间的空腔的开放外围边缘。至少一个冷却剂/氧化剂出口可包括阳极板与阴极板之间的空腔的开放外围边缘。

阴极板可包括沿着它的纵向边缘延伸的阴极板波纹。阳极板可包括沿着它的纵向边缘延伸的阳极板波纹。阴极板波纹可抵靠阳极板波纹，从而界定进入空腔的多个冷却剂/氧化剂入口和离开空腔的多个冷却剂/氧化剂出口。以这种方式可为阳极板与阴极板之间的空腔提供支撑。