[发明专利]燃料电池组的集成的电流收集器和电部件板

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学燃料电池组，尤其涉及电化学燃料电池组的集成的电流收集器和电部件板。

背景技术

电化学燃料电池转换反应物，即燃料和氧化剂以产生电功率和反应产物。电化学燃料电池一般使用在两个电极(即阴极和阳极)之间布置的电解质。在所述电解质和所述电极之间的接口布置的电催化剂通常在电极处引发期望的电化学反应。电催化剂的位置一般限定了燃料电池的电化学作用区域。

聚合物电解质薄膜(PEM，polymer electrolyte membrane)燃料电池一般使用薄膜电极组件(MEA，membrane electrodeassembly)，所述薄膜电极组件包括布置在两个电极层之间的固体聚合物电解质或者离子交换薄膜作为流体扩散层，包括多孔导电片状材料，诸如碳化纤维纸或者碳织物。在通常的MEA中，所述电极层向通常薄和柔性的离子交换薄膜提供结构上的支撑。所述薄膜是离子导通的(通常是质子导通的)，并且也作为用于将反应物流彼此隔离的障碍物。所述薄膜的另一个功能是作为在所述两个电极层之间的电绝缘体。一种典型的商用PEM是E.I.Du Pont de Nemours andCompany在商业名称下销售的磺化全氟碳薄膜。

如上所述，所述MEA还包括电催化剂，所述电催化剂通常包括布置在每个薄膜/电极层接口的层中的精细粉碎的铂颗粒，用于引发期望的电化学反应。所述电极被电耦合以提供用于通过外部负载而在电极之间导通电子的路径。

在燃料电池中，MEA通常被插在两个分离板之间，所述分离板牢固地不能被反应物流体流渗透。所述板作为电流收集器，并且对电极提供支撑。为了控制反应物流体流对于电化学作用区域的分布，面向MEA的所述板表面可以具有在其中形成的露面沟道。这样的沟道限定了一个流场区域，其一般对应于相邻的电化学作用区域。这样的分离板(其中形成了反应物沟道)通常被称为流场板。

在燃料电池组中，多个燃料电池连接在一起(通常是串联)以提高组件的整体输出功率。在这样的布置中，给定分离板的一侧可以作为一个电池的阳极板，而所述板的另一侧可以作为相邻电池的阴极板。在这种布置中，所述板可以被称为双极板。所述燃料电池组通常通过连杆和端板以其组装状态保持在一起。一般需要压缩机构来保证内部电池组歧管和流场周围的密封，并且也保证所述板的表面和薄膜电极组件之间的充分电接触，以提供构成所述电池组的燃料电池之间的电串联。

通常，在燃料电池系统中，经由一对电流收集器或者汇流条从燃料电池组中引出电流，所述电流收集器或者汇流条通常由铜或者镀铜形成，其中之一位于装配的燃料电池和端板之间的燃料电池组的每一端。为了最小化功耗，当前在燃料电池系统中使用的所述汇流条通常很厚(例如对于汽车尺寸的电池组大约2毫米，但是，所述厚度预期根据燃料电池尺寸而在一定程度上不同)。但是，这导致高的通过平面和平面内的热导率。这样的高的通过平面的热导率的结果是，从燃料电池组去除了热量，并且这样的高的平面内的热导率的结果是，降低了汇流条附近的燃料电池内的热梯度。这两种结果可能导致汇流条附近的燃料电池中的运行问题，诸如溢流。

去除这些运行问题的现有手段主要涉及在燃料电池组的汇流条和端板之间并入附加加热元件，诸如电加热器或者电阻加热元件(参见例如日本专利公开第8-167424，美国专利申请公开第2001/0036568号和美国专利申请公开第2004/0137295号)。也已经向燃料电池系统中并入诸如高电势泄放电阻器和热电绝缘层的其他附加部件。但是，这些附加部件的存在具有缺点：增加了燃料电池系统设计的复杂性，增加了燃料电池系统空间要求，增加了燃料电池系统的重量。这些是在诸如燃料电池供电的摩托车之类的移动应用中的大缺点。

因此，虽然已经在所述领域中有进步，但是在本领域中一般仍然需要改进的燃料电池系统，特别是需要简单的、空间有效的轻重量燃料电池系统。本发明处理这些需要，并且提供另外的相关联优点。

发明内容

简而言之，本发明涉及一种燃料电池组的集成的电流收集器和电部件板。