[发明专利]燃料电池用隔板及包括其的燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池用隔板及包括其的燃料电池，尤其涉及一种能够提高燃料或者氧化剂的水平分配并且能够确保有效流动面积的燃料电池用隔板及包括其的燃料电池。

背景技术

通常，燃料电池是将燃料的化学能转换为电能的发电系统，例如在负极(anode)侧供应氢燃料，在正极(cathode)注入氧化剂，并利用这些在发生反应时所产生的化学能来转换为电能。

根据工作温度、电解质的种类，这种燃料电池可被划分为低温型和高温型，其中具有代表性的低温型为主要在汽车等中使用的PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)，具有代表性的高温型为MCFC(Molen Carbonate Fuel Cell)、SOFC(Solid Oxide Fuel Cell)、及利用SOFC的逆反应的SOEC(solid oxide electrolysis cell)。

燃料电池10在被持续注入燃料(氢气)和氧化剂的过程中，可连续地发电，考虑到发电效率、经济性需提高燃料的利用率才可以提高商业价值。

现有的燃料电池10用隔板20、30包括设置有用于使燃料或者氧化剂流动的路径的平板部22、32，在该平板部22、32的一侧端部设置有用于使燃料或者氧化剂流入的入口侧歧管(manifold)24、34，在与入口侧歧管24、34相对置的另一侧端部设置有用于排出燃料或者氧化剂的出口侧歧管26、36。

这种燃料电池10用隔板20、30被交替层叠并被设置为堆叠形状。

另一方面，现有的燃料电池10根据隔板20、30的配置形状等区分为多种形式，代表性地使用如下示例：如图1所示，将燃料和氧化剂流入的方向配置成相同方向的并向流(co-flow)方式；如图2所示，将燃料和氧化剂流入的方向配置成相反方向的逆向流(count-flow)方式；及图3所示，将燃料和氧化剂流入的方向配置成互相垂直的错流(cross-flow)方式。

但是，对于现有的燃料电池10而言，根据隔板20、30的结构或者配置形状等确定燃料及氧化剂的流动方向和运行条件(负荷、利用率等)，并由此确定发生电化学反应的部分。

而且在现有技术中，因隔板20、30在结构上的限制，发生电化学反应的部分倾向于一侧，因此温度梯度也以倾向于一侧的形式发生。

因此，对于现有的燃料电池10而言，整体堆叠的热应力分布以非对称的形式形成，由此发电效率因燃料或者氧化剂的不均匀的流向或者偏向的流向而降低，并且随着持续形成这种不均衡，最终成为在堆叠的热循环过程中对堆叠的结构稳定性产生不良影响的原因。

因此，如图4至图6所示，近年来，作为用于解决并向流(co-flow)方式、逆向流(count-flow)方式、及错流(cross-flow)方式的结构上的限制的方式，提出了交叉移动流(cross-shift flow)方式。

交叉移动流方式的燃料电池50通过交替地形成位于奇数位的电池单元(unit battery cell)和位于偶数位的电池单元的歧管结构，降低整体上的温度梯度的不均匀性。

即，在位于第奇数位的电池单元51中，在燃料或者氧化剂进行循环的隔板60的一部分区域配置有用于使燃料或者氧化剂流入的流入歧管62、72，其余区域配置有用于排出燃料或者氧化剂的排出歧管64、74。

另外，在位于偶数位的电池单元55中，燃料或者氧化剂进行循环的隔板80、90与位于奇数位的电池单元51的隔板60、70对称交叉地配置有流入歧管82、92及排出歧管84、94。

这种交叉移动流方式的燃料电池50可以在某种程度上消除温度梯度的不均匀性，但由于是以流入歧管82、92及排出歧管84、94中的一部分被对应的单电池(cell)挡住的结构形成，因此水平方向的流动分配劣化，由此燃料不能均匀地供应至整个单电池面积，从而降低燃料电池50的整体性能。

因此，开发了如下技术：将流入歧管82、92及排出歧管84、94分散为多个而配置，从而使流动更均匀地在整个单电池面积上扩散。

但是，在现有的交叉移动流方式的燃料电池50设置有用于密封流入歧管62、72、82、92和排出歧管64、74、84、94之间的密封材料63、73、83、93，因此，在从流入歧管62、72、82、92流出的燃料或者氧化剂流向单电池的反应表面的过程中，密封材料63、73、83、93会妨碍燃料或者氧化剂的水平流动扩散，最终导致在歧管孔所存在的部分和歧管孔被挡住的部分之间存在流动偏差。