燃料電池板的流場構造的制作方法
【專利摘要】一種制造用于燃料電池的板的方法包括步驟：在燃料電池板中提供流體通道。多個燃料電池板被連接成電池堆組件。阻擋板被固定到所述燃料電池板并且至少部分地阻塞所述流體通道。所述阻擋板是在所述燃料電池板被布置成電池堆組件之后被固定到所述燃料電池板的。所得到的燃料電池提供燃料電池板，所述燃料電池板具有周邊，所述周邊具有邊緣。所述燃料電池板包括延伸到所述邊緣的流動通道。阻擋板在所述邊緣處固定到所述燃料電池板以至少部分地阻擋所述流體通道。以此方式，可以使用便宜的燃料電池板，并且阻擋板可構造成產生被終止的流動通道，其可用于提供叉指狀流場。
【專利說明】燃料電池板的流場構造
【技術領域】
[0001]本公開涉及燃料電池板。具體地，本公開涉及用于例如多孔雙極板的流場構造?！颈尘凹夹g】
[0002]希望提供高效且成本效益高的燃料電池。燃料電池雙極板通常是相當昂貴的部件。雙極板昂貴的一個原因在于它們使用復雜的由端銑機加工操作產生的流動幾何構造，所述端銑機加工操作是耗時且昂貴的。如果流動通道是直線的，則可以采用諸如排銑的較為便宜的機加工操作。雖然此類板的成本效益更高，但它們在燃料電池操作期間可能由于反應物到燃料電池電極的不良質量運送而效率較低。

【發(fā)明內容】

[0003]一種制造用于燃料電池的板的方法包括步驟:在燃料電池板中提供流體通道。多個燃料電池板被連接成電池堆組件。阻擋板被固定到所述燃料電池板并且被布置成至少部分地阻塞所述流體通道。所述阻擋板是在所述燃料電池板被布置成電池堆組件之后被固定到所述燃料電池板的。
[0004]所得到的燃料電池提供燃料電池板，所述燃料電池板具有周邊，所述周邊具有邊緣。所述燃料電池板包括延伸到所述邊緣的流動通道。阻擋板在所述邊緣處固定到所述燃料電池板以至少部分地阻擋所述流體通道。以此方式，可以使用便宜的燃料電池板，并且阻擋板可構造成產生被終止的流動通道，其可用于提供叉指狀流場。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]當結合附圖一起考慮時，可以通過參照以下詳細描述來進一步理解本公開，在附圖中:
圖1是示例性燃料電池的非常示意性的視圖。
[0006]圖2是示例性燃料電池板的頂視立面圖。
[0007]圖3是具有阻擋板的燃料電池堆的局部剖面圖。
[0008]圖4A-4B分別是具有一個示例性阻擋板的示例性電池堆組件的透視圖和側視立面圖。
[0009]圖5A-5B分別是具有另一示例性阻擋板的該電池堆組件的透視圖和側視立面圖?！揪唧w實施方式】
[0010]圖1示意性地示出了燃料電池10。燃料電池10包括電池堆組件12，電池堆組件12包括彼此連接的多個電池14。每個電池14包括布置在陽極板22和陰極板24之間的組合式電極組件(UEA) 21。在一個示例中，陽極和陰極板22、24是雙極的。UEA 21包括布置在質子交換膜(PEM) 16的兩側上的催化劑層18。氣體擴散層(GDL) 20與每個催化劑層18鄰接。[0011]每個陽極和陰極板22、24分別包括陽極和陰極流動通道26、28。燃料源30與陽極流動通道26流體連通并且向陽極流動通道26提供燃料。氧化劑源32與陰極流動通道28流體連接并且向陰極流動通道28提供氧化劑。
[0012]圖2示意性地示出了陰極板24。盡管示出了陰極板，但本公開也涉及陽極板并且可以用于陽極板。陰極板24具有周邊34，當布置在電池堆組件12中時，周邊34限定平板的外表面。陽極流動通道28包括一些通路，在該示例中，所述通路彼此平行并且在相對邊緣36之間沿直線方向延伸，所述通路終止于端部38。如果期望，也可以采用其他通路構造。
[0013]在一個示例中，陰極板24由多孔雙極板提供，其由石墨材料構造而成。使用多孔石墨平板來制造陰極板24，其被例如擠出或排銑以提供陰極流動通道28。以此方式，可以以便宜的方式制造陰極板24。
[0014]直線延伸的流動通道在某些操作條件下可能不能提供最佳的燃料電池效率。因此，希望在至少一些端部38處至少部分地阻塞陰極流動通道28以促進氧化劑在整個流場中的均勻分布。參照圖3，在該示例中，阻擋板40被永久地固定到周邊34的一個邊緣36，并且如果期望的話可以被固定到兩個相對的邊緣。在一個示例中，密封劑42用于將阻擋板40附著到電池堆組件12的外部并且適應其外表面上的任何不平整。在該示例中，密封劑42不是軸向地設置在電池堆組件12的部件之間，相反，密封劑42在電池堆組件12外部的位置設置于周邊34處。密封劑可以是適合用于燃料電池的類型。
[0015]阻擋構件40可由酚醛層壓板構造而成，例如NEMA G系列酚醛材料。阻擋板40可集成有歧管44，歧管44固定在電池堆組件12上以提供外部歧管，如圖3所示。用密封件48將歧管44相對于結構46固定。歧管腔45設置在歧管44和電池堆組件12之間，其接收氧化劑。阻擋板40可通過一個或多個肋50連接到歧管44，一個或多個肋50可以與歧管44和阻擋板40 —體地形成，從而使得能夠作為單體結構安裝到電池堆組件12上。
[0016]參照圖4A-4B，示出了一種布置，其中，阻擋板40部分地阻擋陰極流動通道28的端部38。在該示例中，阻擋板40包括支撐構件52，多個阻擋構件54在支撐構件52之間延伸。阻擋構件54彼此平行并且提供空間56。端部38的一個示例區(qū)域是0.8-1.2 mm(0.03-0.05英寸)的寬度和0.4-0.64 mm (0.2-0.03英寸)的深度。阻擋構件54提供阻擋寬度60。端部38提供通道寬度58，在該示例中，通道寬度58大于阻擋寬度60。如圖4B所示，端部38的僅僅一些部分被阻塞。
[0017]圖5A-5B不出了另一種布置。相同的附圖標記表不相同的兀件。電池堆組件112包括阻擋板140，阻擋板140完全地阻塞陰極流動通道28的端部38。密封劑在端部38周圍密封。通道寬度158小于阻擋寬度160，使得阻擋構件154覆蓋端部38。圖5B示出了被阻擋的通道62和未被阻擋的通道64的交替行，其提供叉指狀流場。阻擋板140設置在流場的任一端，使得流場的一端打開并且流場的另一端被封閉以提供叉指狀構造。如果期望，也可以采用其他流場構造。
[0018]所得到的燃料電池提供了雙極板，所述雙極板具有周邊，所述周邊具有邊緣。所述板包括延伸到所述邊緣的流動通道。一個阻擋板在所述邊緣處固定到燃料電池組件的反應物入口側，以至少部分地在入口流動通道的一半中產生流動阻塞。第二阻擋板固定到所述燃料電池組件的反應物出口側，以在出口通道的一半中產生流動阻塞。所述阻擋板被設計和布置成使得通道的一半僅在反應物入口側具有流動阻塞并且通道的一半僅在反應物出口側被阻塞。以此方式，可以實現便宜的燃料電池流場設計，其提供了叉指狀流場，叉指狀流場已經表明能提高燃料電池性能。
[0019]盡管已經公開了示例性的實施例，但本領域普通技術人員可意識到在權利要求的范圍內可以有某些修改。為此，應當研究所附權利要求以確定它們的真實范圍和內容。
【權利要求】
1.一種制造用于燃料電池的板的方法，包括步驟: a)在燃料電池板中提供流體通道； b)將多個燃料電池板連接成電池堆組件；和 c)在執(zhí)行步驟b)之后，將阻擋板固定到所述電池堆組件并且至少部分地阻塞所述流體通道。
2.如權利要求1所述的方法，其中，步驟a)包括形成延伸到所述燃料電池板的外周邊的邊緣的流體通道。
3.如權利要求2所述的方法，其中，步驟a)包括形成延伸到所述燃料電池板的所述邊緣的平行的流體通道。
4.如權利要求3所述的方法，其中，步驟a)包括將所述流體通道形成到所述燃料電池板的相對的邊緣。
5.如權利要求4所述的方法，其中，步驟a)包括排銑所述流體通道。
6.如權利要求2所述的方法，包括步驟d)，將外部歧管固定到所述電池堆組件。
7.如權利要求6所述的方法，其中，步驟d)包括在所述阻擋板和所述外部歧管之間提供歧管腔。
8.如權利要求2所述的方法，其中，步驟c)包括將密封劑在所述邊緣處施加在所述電池堆組件的外部上以將所述阻擋板附著到所述燃料電池板。
9.如權利要求1所述的方法，其中，所述燃料電池板是多孔板。
10.如權利要求1所述的方法，其中，步驟c)包括通過將兩個所述阻擋板布置在所述流動通道的相對側上而提供叉指狀流場。
11.一種燃料電池，包括: 板，所述板具有周邊，所述周邊提供邊緣，所述板包括延伸到所述邊緣的流動通道；和 阻擋板，所述阻擋板在所述邊緣處固定到所述板以至少部分地阻擋所述流體通道。
12.如權利要求11所述的燃料電池，包括第二阻擋板，所述第二阻擋板在所述反應物出口處固定到所述燃料電池組件以至少部分地阻擋在所述反應物入口處未被阻擋的所述流體通道的一半，并且所述阻擋板在所述反應物入口處至少部分地阻擋所述流體通道的一半。
13.如權利要求11所述的燃料電池，包括密封劑，所述密封劑將所述阻擋板附著到所述板。
【文檔編號】H01M8/10GK103765651SQ201180071824
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2011年6月23日 優(yōu)先權日:2011年6月23日
【發(fā)明者】T.H.馬登, T.W.帕特森 申請人:聯(lián)合工藝公司