[发明专利]用于限制泄露的燃料电池和双极板

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池。更具体来说，本发明涉及限制反应气体从燃料电池泄露。

背景技术

燃料电池熟知用于各种用途的发电。通常，燃料电池单元包括阳极、阴极和在阳极与阴极之间的离子传导聚合物交换膜(PEM)。阳极和阴极在双极板(也称作隔离板)之间，双极板包括用于将反应气体传送至PEM以在已知的电化学反应中发电的流场。通常，一个或多个双极板也在相反的侧面上包括冷却剂流场，其循环水来维持燃料电池单元于所需的操作温度。

与燃料电池相关的一个问题涉及将反应剂控制在燃料电池内来限制或防止向外泄露。例如，在使用多孔双极板(有时称作水传送板)的燃料电池中，通常相对于冷却水的压力以所需气压供应反应气体。但是，如果压力没有保持在所需范围内，反应气体会克服冷却水的压力而逸出流场。另外，对于多孔或实心双极板来说，反应气体也可以扩散通过用于制造燃料电池的材料或通过在双极板和PEM之间形成的泄露路径而逸出。因此，在避免泄露至为重要的系统中，通常希望提供控制策略来防止或限制反应气体向外泄露。

授予Schroll等的美国专利6187466公开了用于控制反应气体泄露的燃料电池的一个实例，其包括湿边密封以限制泄露。湿边密封形成在多孔水传送板侧面附近。与微孔尺寸相关的毛细作用力使水填充微孔。被填充的微孔提供湿的密封来限制反应气体泄露入水冷却系统并限制反应气体向外泄露。

湿密封具有会导致泄露的几个问题。例如，微孔的小尺寸和通过微孔的比较低的水的流速会不足以控制所有类型的泄露。相对大的泄露或恒定的泄露会克服湿密封的控制能力。另外，已知一些多孔水传送板易于“变干”，因为传送水通过微孔来维持板的所有部分在湿润状态是非常困难的。如果在湿密封处出现变干，干的部分会提供通过湿密封的泄露。

因此，需要一种燃料电池和双极板来限制反应气体从燃料电池泄露。

发明内容

用于燃料电池的示例性装置包括具有围绕流场的区域的双极板。至少一个通道位于所述区域之外，用于传送密封流体以限制反应气体从燃料电池泄露。在一个实施例中，多个双极板与至少一个电极相关联，用于以已知的方式发电。

控制向外泄露的示例性方法包括建立通过通道的密封流体流，以及利用密封流体捕获已经从所述区域泄露的反应气体，由此限制反应气体从燃料电池向外泄露。

附图说明

通过以下目前为优选的实施例的详细描述，本领域技术人员会明白本发明的各种特征和优点。伴随详细描述的附图可被简要说明如下：

图1示出了具有至少一个单电池组件的燃料电池的实施例。

图2示出了燃料电池的双极板。

图3示出了燃料电池的另一个双极板的一侧。

图4示出了图3的双极板的另一侧。

图5示出了燃料电池的单电池组件的选定部分。

具体实施方式

图1示意性示出了用于发电的燃料电池的实施例的选定部分的分解图。在所示实施例中，燃料电池10包括至少一个单电池12。例如，根据所需发电量，可以使用多个单电池12来形成燃料电池堆。已知单电池12或具有多个单电池12的燃料电池堆可以已知方式保持在压力板之间来形成燃料电池10。另外，燃料电池10可以包括未示出的各种另外的部件，例如与反应气体、冷却水等的供应有关的部件。通过该说明书，本领域技术人员会认识到所公开的实施例可以用于各种不同的燃料电池结构。

在公开的实施例中，单电池12包括位于第一双极板16和第二双极板18之间的膜电极组件(MEA)14，根据相对于MEA 14电极的位置，第一双极板和第二双极板也可以称作阳极和阴极双极板。双极板16和18可以是多孔的，如所示实施例，或可以是实心的，例如碳复合物或金属。例如，MEA 14包含阴极催化剂电极，阳极催化剂电极和聚合物交换膜，但不限于任何特定结构。

在所示实施例中，第一双极板16、第二双极板18和MEA 14利用例如粘结膜20固定在一起。例如，粘结膜20是非常薄的一层低密度聚乙烯。

第一双极板16也在图2中示出。第二双极板18也在图3中示出，第二双极板18的另一侧在图1和3中不可见但示于图4。第一双极板16的反侧也可以类似于图4所示的那样被构造。双极板16和18分别包括各种不同的集管22和流场24。还参见图5，在所示实施例中的第一双极板16的流场24供应第一反应气体(例如氢)至MEA 14。所示实施例中的第二双极板18的流场24包括两个不同类型的流场24。一侧上的第一流场26循环冷却水，而另一侧上的另一流场28供应第二反应气体(例如氧)至MEA 14。集管22以已知方式供应冷却水或反应气体至流场24、26、28。