[发明专利]具有阶梯式通道双极板的质子交换膜燃料电池

说明书

技术领域

本公开涉及一种质子交换膜（PEM）燃料电池并且涉及位于其中的双极板的构造和布置。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种将氢和氧转化为水并在这个过程中发电的电化学能量转换设备。氢燃料通过流场被引导至位于燃料电池一侧的阳极。氧（来自空气中）通过流场被引导至位于燃料电池另一侧的阴极。在阳极处，催化剂使氢裂解为氢离子和电子。设置在阳极与阴极之间的聚合物电解质膜允许带正电荷的离子穿过它至阳极。电子经过外电路行进至阴极，这个过程产生电流。在阴极处，氢离子与氧结合形成水，水流出电池。

发明内容

一种车辆包括被布置成提供动力以使所述车辆运动的燃料电池堆。所述燃料电池堆包括膜电极组件和具有波纹部分的双极板，所述波纹部分通过（i）一系列交替的近端峰部分和远端峰部分以及（ii）连接每个相邻对的近端峰部分和远端峰部分的相应的侧壁段来限定。近端部分与膜电极组件相接触从而每个侧壁段与膜电极组件至少部分地限定多个流动通道，每个流动通道具有一定的宽度和至少等于宽度的深度。每个侧壁段包括至少一个肩状部分，从而所述双极板具有大体均匀的厚度。流道之一的深度可以大于该流动通道的宽度。所述双极板的厚度可以近似为250微米。所述双极板可以由金属形成。所述双极板可以由不锈钢箔形成。

一种燃料电池堆包括膜电极组件和电连接在一起的一对双极板。至少一个双极板具有通过峰部分和连接峰部分的侧壁来限定的波纹段。所述侧壁具有端部和设置在端部之间的主体部分。每个端部与峰部分之一相邻。侧壁和膜电极至少部分地限定流动通道。侧壁包括至少一个形成在所述主体部分中的肩状部分。所述燃料电池堆可以进一步包括设置在所述一对双极板之间并与所述一对双极板相接触的板。流动通道可以具有一定的宽度和大于该宽度的深度。所述至少一个双极板可以具有大致均匀的厚度。所述至少一个双极板的厚度可以近似为100微米。所述至少一个双极板可以由金属形成。所述至少一个双极板可以由不锈钢箔形成。

一种车辆包括被布置为提供动力以使所述车辆运动的燃料电池堆。所述燃料电池堆包括膜电极组件和双极板，所述双极板具有一个相邻对的近端峰部分和远端峰部分以及连接峰部分的侧壁段。侧壁段和膜电极组件至少部分地限定流动通道。侧壁段包括肩状部分，所述肩状部分限定了远离峰部分间隔开的阶梯。流动通道可以具有一定的宽度和大于该宽度的深度。双极板可以具有大致均匀的厚度。双极板的厚度可以近似为100微米。双极板可以由金属形成。所述双极板可以由不锈钢箔形成。

附图说明

图1是双极板流动通道的示意性剖视图。通道宽度用“W”标注，并且通道深度用“D”标注。

图2是具有梯形形状的传统双极板流动通道的示意性剖视图。

图3是设置在车辆内并且包括双极板的燃料电池堆的示意性剖视图，所述双极板具有至少部分地通过阶梯式侧壁限定的流动通道。

图4是具有至少部分地通过阶梯式侧壁限定的流动通道的双极板的示意性剖视图。

图5是双极板流动通道的示意性剖视图。通道的深度至少等于通宽度。各幅图中的同样标号的元件可以具有相似的描述。

图6是双极板流动通道的示意性剖视图。每个侧壁可以包括两个肩状突起。

图7是燃料电池堆的两个相邻燃料电池之间的结合的示意性剖视图。燃料电池的双极板互相接触。其中一个双极板具有至少部分地通过阶梯式侧壁限定的流动通道。另一个双极板具有形状为梯形的流动通道。

图8是燃料电池堆的两个相邻燃料电池之间的结合的示意性剖视图，燃料电池堆包括设置在燃料电池的双极板之间并与双极板相接触的中心板。

具体实施方式

本公开的实施例被描述于此。然而，将理解的是，所公开的实施例仅为示例并且其他实施例可以采用多种替代形式。附图未必按照比例绘制；一些特征可能被夸大或缩小以显示特定元件的细节。因此，在此公开的具体的结构和功能的细节不将被理解为是限制性的，而仅仅作为有代表性的基础来教导本领域技术人员以多种方式采用本发明。如本领域普通技术人员将理解的，参考任一幅附图所示出和描述的各个特征可以与在一幅或多幅其他附图中示出的特征相组合，以产生未被明确地示出或描述的实施例。所示出的特征的组合为典型的应用提供有代表性的实施例。然而，与本发明的教导相一致的特征的各种组合和修改可被看作特定的应用或实施。