[发明专利]利用凸缘近邻处的压制压纹减少压力变化

说明书

提供均匀气体流动压力的燃料电池流场板包括第一金属板和第二金属板。第一金属板限定第一开口用于向燃料电池提供第一反应气体，其中第一金属凸缘围绕第一开口。第一金属凸缘是第二金属板中的限定第一通道的压纹。第一金属板还限定了减小压力变化的第一压力分布结构，其是与第一金属凸缘一起形成的密封件。第二金属板与第一金属板对准。

技术领域

在至少一个方面，本发明涉及提供均匀密封接触压力分布的燃料电池流场板。

背景技术

在许多应用中，燃料电池用作电源。特别地，燃料电池被提出用于汽车以替代内燃机。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”)来在阳极和阴极之间提供离子传输。

在质子交换膜(“PEM”)类型燃料电池中，氢作为燃料被供应到阳极，并且氧作为氧化剂被供应到阴极。氧可以是纯形式(O2)或空气(O2和N2的混合物)。PEM燃料电池通常具有其中固体聚合物膜在一个面上具有阳极催化剂并且在相对的面上具有阴极催化剂的膜电极组件(“MEA”)。典型的PEM燃料电池的阳极层和阴极层由诸如编织石墨、石墨化片或碳纸的多孔导电材料形成，以使燃料能够分散在面向燃料供应电极的膜的表面上。通常，离子导电聚合物膜包括全氟磺酸(“PFSA”)离聚物。

MEA被夹在成对的多孔气体扩散层(“GDL”)之间，该成对的多孔气体扩散层又被夹在称为流场的成对的导电元件或板之间。流场用作阳极和阴极的集流器，并且包含形成在其中的合适的通道和开口，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。为了有效地产生电力，PEM燃料电池的聚合物电解质膜必须薄、化学稳定、质子传导、非导电和气体不可渗透。在典型的应用中，为了提供高水平的电力，燃料电池以多个单独的燃料电池的阵列提供。

在当前的流场设计中，双极板上的密封路径包括可变曲率，特别是在端口区域中。当曲率小时，凸缘接触压力较高。如果使用双凸缘设计(两个凸缘彼此平行对准并且彼此非常接近)，则将呈现更高的压力。减小高压点的当前方法是使用较大的半径或增大凸缘基底。

因此，本发明提供了沿着金属凸缘密封件具有较小压力变化的改善的接触压力。

发明内容

本发明通过在至少一个实施方式中提供设置有均匀的接触压力/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。流场包括第一金属板和第二金属板。第一金属板限定第一开口用于向燃料电池提供第一反应气体，其中第一金属凸缘围绕第一开口。第一金属凸缘是由第一金属板限定的压纹。第一金属板还限定了减小压力变化的第一压力分布结构，其是与第一金属凸缘一起形成的密封件。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用于向燃料电池提供第二反应气体，其中第二金属凸缘围绕第二开口。第二金属凸缘是第二金属板中的压纹。第一金属板还限定了减小压力变化的第二压力分布结构，其是与第一金属凸缘一起形成的密封件。有利地，本实施方式提供沿着整个密封路径的均匀的接触压力。此外，高凸缘接触压力降低，从而与凸缘的其余区域匹配，导致更均匀的压力分布。