[发明专利]双极板以及包括它的再生式燃料电池堆

说明书

本申请是申请日为2011年1月24日、申请号为201180007098.8、发明名称为“双极板以及包括它的再生式燃料电池堆”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本公开涉及再生式燃料电池堆组合件的流体分配板。更具体地，本公开涉及具有多种流场设计和分路电流抑制通道的再生式燃料电池堆组合件的双极板。另外，本公开涉及夹在双极板之间作为再生式燃料电池堆组合件的一部分的膜电极组合件(MEA)。

背景技术

燃料电池堆组合件将包含流体反应物的燃料转换成电流。燃料电池堆包括导电流体分配板和膜电极组合件的几个重复单元，每个膜电极组合件均夹在两个导电流体分配板之间。导电流体分配板被称作双极板，并且设计来沿流体分配板均匀且平滑地分配流体反应物。分配液体反应物的分配板内的流场通道的流场图案可为许多种类之一。流场通道的具体尺寸、形成流场通道的肋、以及流场通道的整体尺寸是流体性质、温度、压力以及额定功率需求的函数。

泵可产生流体反应物通过流体分配板内的流场通道的流动。降低流体反应物在分配板内的流场通道中的流动速率是有利的，这是因为泵的循环泵功率额定值是流动速率的线性函数，并且降低泵的功率消耗增加燃料电池堆组合件的电流生成总体过程的效率。

分路电流在燃料电池堆组合件中产生寄生电流损失。分路电流源自于离子溶液在分配流体到流体分配板的歧管供应通道处的电解。

本领域存在对如下流场图案的需要：该流场图案在维持或增加流体反应物的分配的同时，降低流体反应物在流体分配板中的流动速率。还存在对于减小燃料电池堆组合件中的分路电流的需要。

发明内容

本公开涉及一种双极板，其包括由导电材料形成的板主体。所述板主体具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面。每个表面均具有流体通过其中的反应流动通道。在所述第一表面上的所述反应流动通道具有在其间形成间错流场图案(interdigitate flow field pattern)的多个肋。在第二表面上的所述反应流动通道具有在其间形成间错流场图案，或不同于间错流场图案的流场图案(例如，蛇形(serpentine)流场图案)的多个肋。

本公开还涉及一种双极板，其包括由导电材料形成的板主体。所述板主体具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面。每个表面均具有流体通过其中的反应流动通道。歧管以入口和出口形式形成在所述板主体上，所述入口用于将所述流体引至所述反应流动通道，并且所述出口用于从所述反应流动通道排放所述流体。连接通道形成在所述板主体上以连接所述反应流动通道和所述歧管。在所述第一表面上的所述反应流动通道具有在其间形成间错流场图案的多个肋。在所述第二表面上的所述反应流动通道具有在其间形成间错流场图案，或不同于间错流场图案的流场图案(例如，蛇形流场图案)的多个肋。

连接通道具有从反应流动通道到所述歧管的长度，该长度足以形成减小分路电流的内部离子溶液电阻器。

关于形成在所述板主体上以连接所述反应流动通道和所述歧管的连接通道，当堆叠双极板时，附接用于密封所述双极板的垫。所述连接通道形成为使得在堆叠所述板主体时，所述板主体的所述第一表面和与所述第一表面相反的第二表面两者的平坦区域彼此面对，并且所述垫附接到所述板主体的平坦表面。

本公开还涉及用于双极板的框。所述框包括由绝缘材料形成的框主体。所述框主体具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面。所述框主体具有穿过其中的孔。连接通道形成在所述框主体中以连接所述双极板中的反应流动通道。双极板定位在所述孔中。所述双极板通过形成在所述框主体中的所述连接通道和所述双极板中的反应流动通道连接到所述框。形成在所述框主体中的所述连接通道连接到歧管。

本公开另外还涉及一种再生式燃料电池堆，其包括多个膜电极组合件，以及多个双极板。所述多个双极板包括由导电材料形成的板主体。所述板主体具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面。每个表面具有流体通过其中的反应流动通道。在所述第一表面上的所述反应流动通道具有在其间形成间错流场图案的多个肋。在所述第二表面上的所述反应流动通道具有在其间形成间错流场图案或不同于间错流场图案的流场图案(例如，蛇形流场图案)的多个肋。所述多个膜电极组合件与所述多个双极板交替堆叠。