[发明专利]具有改进的电绝缘的燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池，其是包括至少一个电化学电池单元的堆叠的类型，其适于从氧化流体与还原流体间的氧化还原反应中产生电流，所述或各电池单元包括界定用于还原流体的循环的通道的阳极导电板、界定用于氧化流体的循环的通道的阴极导电板、以及置于导电板之间的离子交换膜，所述膜形成用于自由电子的屏障。

背景技术

这样的燃料电池是已知的并且是用于提供电能的一种生态解决方案。

某些燃料电池面临的问题是导电板的短路。当这样的情况发生时，燃料电池不能运行且甚至面临最终损坏的风险。

为了避免这种短路的发生，可能的是将离子交换膜延伸至发生氧化还原反应的电池单元的有效面积外部。因此，离子交换膜的外围边缘一般与导电板的外围边缘齐平。衬垫最经常被置于膜与各导电板之间以用于保证密封性，该衬垫有助于所述板的电绝缘。

然而，在形成有衬垫及离子交换膜的组件为确保导电板之间良好的电绝缘而一般太薄的情况下，该解决方案没有令人满意。进一步地，堆叠外侧在空气中的泄露路线非常短，且由于燃料电池一般用于潮湿环境中，因此存在在空气中发生电介质击穿而造成导电板间短路的重大风险。最后，有可能，通过考虑用于处理燃料电池的操作，外部导电元件将会被容纳于导电板之间并且在这些板间形成短路。

JP2002 352417提供了用于弥补由膜和衬垫形成的组件的厚度缺陷的解决方案，其提出在有效面积周围、在导电板表面沉积电绝缘材料。然而，这样在导电板上沉积绝缘材料是高成本的操作。

为了保护燃料电池不受外部导电元件影响及避免在空气中的电介质击穿，可能的是将堆叠包覆于绝缘树脂中。然而，就在燃料电池的制造中强加了附加的操作、在运行时干扰散热以及对抗运行的导电板的热膨胀的方面来说，这种解决方案是有高度限制性的。进一步地，由于树脂覆层的存在，燃料电池的维护复杂。

因此，前面所述的解决方案不能完全令人满意。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本较低的燃料电池，其适于避免在电池单元的导电板间发生短路，且维护方便。

为此，本发明的目的是上述类型的燃料电池，其中，膜相对于导电板设置以使膜的外围边缘相对于导电板朝向堆叠的外侧伸出，从而延长所述导电板间的空气泄漏路线。

在本发明的特定实施方式中，单独地或根据任意技术上可能的组合来看，燃料电池具有一个或者几个以下特点：

-膜的外围边缘保持自由；

-各导电板都具有外围边缘，其与其他导电板的外围边缘相距距离D，且其中，膜的外围边缘相对于导电板伸出长度L，从而验证了以下关系式：2×L+D≥1mm；

-长度L大于0.3mm；

-距离D严格地小于0.5mm，且优选严格地小于0.4mm；

-固态电绝缘层被置于各导电板的外围边缘与膜之间；

-各导电板的外围边缘至其他导电板的外围边缘距离大于0.4mm。

附图说明

本发明的其它的特征及优点在阅读后面的描述后会变得明显，该描述仅仅作为例子给出且参考附图作出，其中：

-图1是根据本发明的燃料电池的一半的截面图；及

-图2是根据本发明的可替代方式的燃料电池的细部截面图。

具体实施方式

如图1所示，燃料电池12适于通过氧化流体与还原流体间的氧化还原反应产生电流。为此，它包括沿着纵向堆积方向X堆积的电化学电池单元15的堆叠14。

为了简明起见，仅示出了沿着纵向中心平面切割的电池12的一半。

各电池单元15都包括膜电极组件16，其沿着纵向方向X在阳极导电板18与阴极导电板20间插入。

膜电极组件16包括离子交换膜22，其沿着纵向方向X夹在阳极24a与阴极24b之间。

膜22将氧化流体与还原流体分离。

膜22一般为质子交换膜，适于只允许质子穿过。特别地，膜22形成用于自由电子的屏障。因此，它使阴极24b的阳极24a电绝缘，且使阳极板18与阴极板20电绝缘。

膜22通常为聚合物材料。

膜22的外围边缘25相对于阳极24a及阴极24b朝向电池单元15的外侧、垂直于纵向方向X伸出。外围边缘25伸出遍及膜22的整个圆周，以使其在垂直于纵向方向X的平面中围绕阳极24a和阴极24b延伸。因此，阳极24a及阴极24b在任何位置都不会与膜22的外围边缘25齐平。