[发明专利]燃料电池流动沟道和流场

权利要求书

1.一种操作燃料电池以产生电力的方法，所述燃料电池包括夹在第一隔板和第二隔板之间的膜电极组件，所述膜电极组件包括阳极、阴极以及夹在所述阳极和所述阴极之间的质子交换膜，所述方法包括：

(a)将所述燃料电池连接到电学负载；

(b)经由形成在所述第一隔板的主表面中的至少一个阳极流动沟道，在所述阳极上引导燃料流，其中所述至少一个阳极流动沟道的横截面面积沿其燃料流动方向上的长度减小；

(c)经由形成在所述第二隔板的主表面中的至少一个阴极流动沟道，在所述阴极上引导氧化剂流，

其中按一定燃料化学计量将所述燃料流提供给所述至少一个阳极流动沟道，使得电流密度在燃料电池上实质上均匀。

2.一种操作燃料电池以产生电力的方法，所述燃料电池包括夹在第一隔板和第二隔板之间的膜电极组件，所述膜电极组件包括阳极、阴极以及夹在阳极和阴极之间的质子交换膜，所述方法包括：

(a)将所述燃料电池连接到电学负载；

(b)经由形成在所述第一隔板的主表面中的至少一个阳极流动沟道，在所述阳极上引导燃料流，其中所述至少一个阳极流动沟道的横截面面积沿其燃料流动方向上的长度减小；

(c)通过形成在所述第二隔板的主表面中的至少一个阴极流动沟道，在所述阴极上引导氧化剂流，

其中按一定燃料化学计量将所述燃料流提供给所述至少一个阳极流动沟道，使得将沿所述至少一个阳极流动沟道的逐渐下游的纵向位置处的燃料供应保持实质上恒定。

3.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中所述至少一个阳极流动沟道的宽度沿燃料流动方向呈指数减小。

4.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中所述燃料流包含氢气。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述燃料流包含实质上纯净的氢气。

6.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中所述燃料流包括甲醇，燃料电池是直接甲醇燃料电池。

7.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中所述至少一个阴极流动沟道的横截面面积沿其氧化剂流动方向上的长度减少，按一定氧化剂化学计量将所述氧化剂流提供给所述至少一个阴极流动沟道，使得将沿所述至少一个阴极流动沟道的逐渐下游的纵向位置处的氧化剂供应量保持实质上恒定。

8.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中所述至少一个阳极流动沟道是多个阳极流动沟道。

9.一种燃料电池，包括阳极流场板、阴极流场板和夹在所述阳极流场板与所述阴极流场板之间的膜电极组件，所述膜电极组件包括阳极、阴极以及夹在所述阳极与所述阴极之间的质子交换膜，所述阳极流场板包括：

(a)燃料入口，被连接以从燃料供给接收燃料；

(b)燃料出口；

(c)至少一个沟道，形成在所述阳极流场板的主表面中，所述至少一个沟道具有底板以及在所述底板与所述主表面之间延伸的一对侧壁，所述至少一个沟道具有将所述燃料入口和所述燃料出口流动性互连的长度，所述侧壁相隔的距离定义了沟道宽度，所述底板和所述主表面相隔的距离定义了沟道深度，

其中所述至少一个沟道的横截面面积沿沟道长度的至少一部分在从所述燃料入口到所述燃料出口的燃料流动方向上呈指数减小。

10.根据权利要求9所述的燃料电池，其中所述沟道深度是实质上恒定的，所述沟道宽度沿着所述沟道长度的至少一部分在从所述燃料入口到所述燃料出口的燃料流动方向上呈指数减小。

11.根据权利要求9所述的燃料电池，其中所述沟道横截面面积根据自然指数函数减小。

12.根据权利要求11所述的燃料电池，其中在所述至少一个沟道的所选纵向位置处的所述沟道宽度与所述所选纵向位置的自然指数函数成正比。