[发明专利]在压条和流道之间的交叉处的金属压条密封上具有更具弹性的接触压力分布的流道截面设计

说明书

一种用于提供均匀气体流动压力的燃料电池流场板，其包含第一金属板和第二金属板。第一金属板限定了第一开口，用于将第一反应气体提供到燃料电池，其具有围绕第一开口的第一金属压条。第一金属压条是限定第一通道的凸出部。多个第一流道提供进出第一金属压条的通道。多个第一流道的每个流道具有通向第一金属压条的入口流道部分和从第一金属压条延伸的出口流道部分，以将第一反应气体提供给由第一金属板限定的第一反应气体流动通道。特征在于，入口流道部分和出口流道部分的每一个均具有带有开口基底侧面的弯曲的横截面。

技术领域

在至少一个方面，本发明涉及提供均匀的密封接触压力分布的燃料电池流场板。

背景技术

燃料电池在许多应用中被用作电源。特别地，燃料电池被推荐用于汽车中以代替内燃机。常用的燃料电池设计使用固体聚合物电解质(“SPE”) 膜或质子交换膜(“PEM”)来提供阳极和阴极之间的离子传输。

在质子交换膜(“PEM”)型燃料电池中，氢气作为燃料被供应到阳极，氧气作为氧化剂被供应到阴极。氧气可以是纯态(O2)或空气(O2和N2 的混合物)。质子交换膜型燃料电池通常具有膜电极组件(“MEA”)，其中固体聚合物膜的一个面上具有阳极催化剂，相对的面上具有阴极催化剂。对于典型的质子交换膜型燃料电池，其阳极层和阴极层由多孔导电材料形成，比如编织石墨、石墨化片或碳纸，以使燃料能够分散在朝向燃料供应电极的膜的表面上。通常，离子导电聚合物膜包含全氟磺酸(“PFSA”)离聚物。

膜电极组件被夹在一对多孔气体扩散层(“GDL”)之间，然后又被夹在被称为流场的一对导电元件或板之间。流场用作阳极和阴极的集电器，并且包含形成在其内的适当的通道和开口，用于将燃料电池的气态反应物分布在相应的阳极和阴极催化剂的表面上。为了有效发电，质子交换膜型燃料电池的聚合物电解质膜必须较薄、化学稳定、质子传导、不导电、且不透气。在典型的应用中，为了提供高电力水平，燃料电池以多个单独的燃料电池堆栈的阵列形式提供。

在当前的流场设计中，流道与用于使冷却剂和反应物通过的金属压条相交。通常，流道/通道具有近似正方形的梯形横截面(即，壁角大于45 度)。流动流道/通道横截面主要是考虑冷却剂/反应物的流动而设计。然而，流道的存在导致金属压条和流道之间的交叉点处的较大接触压力变化。

金属压条的主要功能是密封冷却剂或反应物，防止其从集管外部泄漏。密封功能由金属压条上的接触压力提供。理想情况下，均匀的接触压力是最有利的情况。较大接触压力变化可能导致某些位置的超低压力，这可能导致泄漏。

因此，本发明提供了改进的接触压力，其在金属压条密封件和流动通道之间的交叉处具有较小的压力变化。

发明内容

本发明通过在至少一个实施例中提供产生均匀接触压力/密封压力的燃料电池流场板来解决现有技术的一个或多个问题。流场包含第一金属板和第二金属板。第一金属板限定第一开口，以向燃料电池提供第一反应气体，其第一金属压条围绕第一开口。第一金属压条是凸出部。多个第一流道提供进出第一金属压条的通道。多个第一流道中的每个具有通向第一金属压条的入口流道部分和从第一金属压条延伸的出口流道部分，以将第一反应气体提供到由第一金属板限定的第一反应气体流动通道。入口流道部分和出口流道部分中的每个均具有带有开口基底侧面的弯曲的横截面。通常，第二金属板具有相似的设计。具体地，第二金属板限定第二开口，向燃料电池提供第二反应气体，其第二金属压条围绕第二开口。第二金属压条是凸出部。多个第二流道提供进出第二压条的通道。多个第二流道中的每个具有通向第二压条的入口流道部分和从第二压条延伸的出口流道部分，以将第二反应气体提供到由第二金属板限定的第二反应气体流动通道。入口流道部分和出口流道部分中的每个均具有弯曲的横截面，具有开口基底侧面。