[发明专利]用于燃料电池堆叠的金属分隔板以及具有该金属分隔板的燃料电池堆叠

说明书

技术领域

本发明涉及用于燃料电池堆叠的金属分隔板以及具有该金属分隔板的燃料电池堆叠；更具体而言，本发明涉及这样的用于燃料电池堆叠的金属分隔板，其包括各自具有在短侧方向上开口的空气路径的突出图案，或者各自具有在一侧开口而在另一侧闭合的空气路径的突出图案；本发明不仅可以提高冷却性能和堆叠的性能而无需在燃料电池堆叠中安装分开的冷却板，而且可以通过阻碍水分从闭合的空气路径内泄露而提高膜电极组件的保湿性能；本发明还涉及具有上述金属分隔板的燃料电池堆叠。

背景技术

燃料电池指的是，使用氢气和氧气以电化学的方式来发电的设备。更具体而言，燃料电池将从外部持续供应的氢气和空气通过电化学反应转化为电能和热能。

这样的燃料电池使用在阳极的氧化反应和在阴极的还原反应发电。此时，使用包括催化剂层和聚合物电解质膜的膜电极组件(membrane electrode assembly，MEA)，以便促进氧化和还原反应，其中所述催化剂层包括铂或铂钌合金。导电隔膜联接至MEA的两端，从而形成电池结构。

因为燃料电池的单元电池的电压较低，所以其实用性必然较低。因此，一般堆叠和使用几个或几百个单元电池。在堆叠单元电池时，金属分隔板用于将各个单元电池电连接，并且分隔反应气体。

一般的用于燃料电池的金属分隔板包括反应气体通道和冷却水通道以及垫片，所述反应气体通道和冷却水通道形成在矩形金属板的中心，所述垫片包围所述反应气体通道和冷却水通道。反应气体通道和冷却水通道可以一起被称为通道部分。一般而言，反应气体通道通过从金属板的前表面到后表面进行的冲压工艺形成，而冷却水通道通过利用在从金属板的后表面突出的反应气体通道之间的区域而形成。根据通道部分的结构，反应气体可以在金属板的前表面上流动，而冷却水可以在金属板的后表面上流动。因此，金属板的前表面可以称为反应气体流动表面，而金属板的后表面可以称为冷却水流动表面。

金属分隔板具有水冷结构，在该水冷结构中，在通道部分的一侧被引入冷却水引入歧管的冷却水在穿过冷却水通道时将热量冷却，其中，所述热量是在燃料电池工作期间的活化损失、在阳极的还原反应以及焦耳发热而产生的。在通道部分的另一侧，已经经过冷却过程的冷却水通过冷却水排放歧管被排放到金属分隔板外。

对于水冷的金属分隔板，必须向金属分隔板持续供应冷却水，以便冷却在燃料电池工作期间产生的热量。在该情况下，水冷的金属分隔板需要用于供应冷却水的泵、脱离子器、热交换器等，从而增加了燃料电池系统的制造成本。另一方面，风冷的金属分隔板具有降低燃料电池系统的制造成本的效果。

然而，风冷的金属分隔板具有总共两个阴极层，所述两个阴极层包括用于供应空气的阴极分隔板以及用于在竖直方向上确保空间以平稳地供应空气的冷却板，其中所述冷却板用作冷却鳍。在该情况下，因为额外需要冷却板，燃料电池堆叠的整体体积和制造成本必然增加。

本发明的相关技术公开于2003年6月2日公开的韩国专利延迟公开第10-2003-0042633号，并提供了这样的燃料电池堆叠：其包括冷却板，所述冷却板具有风冷结构并且被堆叠在单元电池之间。

发明内容

技术问题

本发明的实施方案涉及一种用于燃料电池堆叠的金属分隔板，所述金属分隔板包括能够提高冷却性能和堆叠的性能而无需在燃料电池堆叠中安装分开的冷却板的开口的空气路径；本发明还涉及具有该金属分隔板的燃料电池堆叠。

此外，本发明的实施方案还涉及用于燃料电池堆叠的金属分隔板，所述金属分隔板不仅能够平稳地供应反应气体并且提高冷却性能和堆叠的性能而无需在燃料电池堆叠中安装分开的冷却板，而且还能够通过阻碍水分从闭合的空气路径内泄露而提高膜电极组件(MEA)的保湿性能；本发明还涉及具有该金属分隔板的燃料电池堆叠。

技术方案

在一个实施方案中，用于燃料电池堆叠的金属分隔板可以包括：金属分隔板体，其包括：通道部分，所述通道部分具有在从底部到顶部的方向上突出的突出图案，所述突出图案在形成阵列形的同时彼此分开，并且被部分切割从而具有在短侧方向上开口的空气路径；以及歧管部分，所述歧管部分具有反应气体入口和反应气体出口，所述反应气体入口和反应气体出口分别设置在通道部分的两个侧边缘；以及垫片，其包括第一垫片以及第二垫片，所述第一垫片在所述金属分隔板体的顶部表面沿着歧管部分的边缘形成，而所述第二垫片设置在通道部分的边缘，并且具有岛状结构，其中，所述第二垫片与所述突出图案交替布置。