[发明专利]流体引导组件

说明书

一种用于燃料电池的流体引导组件包括通道结构(720)和布置在该通道结构(720)上的气体扩散层(5)，通道结构(720)限定从通道结构(720)的第一端延伸到相反的第二端的流场通道(72)，其中，通道结构(720)的两端布置有在通道结构(720)的整个宽度上延伸的多孔分配件(73)。

技术领域

本发明涉及一种流体引导组件，特别是用于在燃料电池中引导气体和液体。

背景技术

燃料电池是替代基于化石燃料工作的发电机的主要候选之一，并且它们可以用于若干应用，包括移动应用和固定应用。一种这样的燃料电池是在70℃-80℃工作的质子电解质膜(PEM)燃料电池。堆叠组件中的各个电池包括电解质(通常为薄膜)、位于阳极侧的催化剂层和位于阴极侧的催化剂层，其中，该组件被称为膜电极组件(MEA)。燃料(通常为氢气)和氧化剂(通常为空气)穿过各层，在各层中发生电化学反应，以产生电力，其中水为副产物。通常存在由多孔碳纤维制成的气体扩散层(GDL)，该气体扩散层夹在MEA与流场(FF)板之间，该流场板具有用于均匀分布气体的特殊流动通道。在催化剂层上产生的水穿过GDL直到它到达气体通道，在该气体通道，所述水被推出电池。在过去几年中已经广泛研究了燃料电池中的相变以及水和热管理，并且在这方面已经提交了若干专利。然而，仍然存在简化、紧凑、降低成本和容易制造的挑战。可以利用简单的示例来解释现有技术燃料电池技术的局限性。专利申请US9947943涉及(主要)用于基于金属板的汽车应用的燃料电池组的设计和生产。在电池间距为约1.1mm的各个电池上考虑约300cm²的活性区域。各个电池的厚度主要由板的厚度决定。因此，受到冲压技术的限制。为了向市场提供更具竞争力的产品，重要的是增加该堆叠体的“体积功率密度”并且使它们更紧凑。利用用于金属板的现有冲压技术和用于石墨板的压缩/注射模制，这是不可能的，因此应该寻求其它生产手段。例如，在US20190242021和US20150118595中公开了这种流动结构的示例。

发明内容

在本发明中，要解决的问题是提供允许生产更薄的燃料电池的流体引导组件。另外，这些燃料电池应当具有简单的设计并且应当易于制造。

该问题通过具有权利要求1的特征的流体引导组件来解决。流体引导组件、流场结构和燃料电池及其制造方法的另外的实施方式由另外的权利要求的特征限定。

根据本发明的用于燃料电池的流体引导组件包括通道结构和布置在该通道结构上的气体扩散层。通道结构限定从通道结构的第一端延伸到相反的第二端的流场通道。多孔分配件(distributor)布置在通道结构的两端，在通道结构的整个宽度上从通道结构的第一横向侧延伸到通道结构的相反的第二横向侧。

利用这种设计，可以减小流体引导组件的厚度，从而减小使用流体引导组件的燃料电池的厚度。可以实现几乎50％的厚度减小，同时提高了电池的性能。另外，流体引导组件的气体扩散和传热速率显著增加。而且，这种组件的生产成本较低，因此，具有这种组件的燃料电池的生产成本较低。

在一个实施方式中，分配件形成为单件并且具有介于10％至90％之间的孔隙度。在另外的实施方式中，孔隙度在50％至80％之间变化。

在一个实施方式中，孔隙度在分配件的宽度上变化，即，当流体引导组件被引入燃料电池中时，对应歧管附近的孔隙度低于离该对应歧管更远的孔隙度。例如，如果歧管分配在一个横向侧上，则此处的孔隙度最小，并且在相反的横向侧上孔隙度最高。如果歧管分配在中部，则孔隙度在两个横向侧上最高，而在中部最小。

在一个实施方式中，分配件的长度在流场通道的(即，通道结构的)长度的1％至10％的范围内。

在一个实施方式中，分配件的长度在0.1毫米至20毫米的范围内。在另外的实施方式中，分配件的长度在1毫米至10毫米的范围内。

在一个实施方式中，分配件的高度等于通道结构的高度。

在一个实施方式中，分配件的高度小于通道结构的高度。