包括连接通路的燃料电池用双极板

摘要

燃料电池用的双极板，其包括相互连接的阴极的双极半板和阳极的双极半板，各双极半板(1)都由这样一板构成：该板在其中央部分包括活性区(2)，且在其周边部分包括多个切口(4)，所述切口用于构成至少两助燃剂盒、至少两燃料盒以及至少两载热流体盒，所述双极板包括至少一个的各周边切口和活性区之间的连接通路，其特征在于，使周边切口连接至活性区的各连接通路由一双极半板中的至少一肋(8)构成。

权利要求

1.燃料电池用的双极板，其包括相互连接的阴极的双极半板和阳极的 双极半板，各双极半板(1)都由这样一板构成：该板在其中央部分包括活 性区(2)，且在其周边部分包括多个切口(4、5、6)，所述切口用于构 成至少两助燃剂盒、至少两燃料盒以及至少两载热流体盒，所述双极板包 括至少一个的各周边切口和所述活性区之间的连接通路，其特征在于，使周边切口连接至所述活性区的各连接通路由一双极半 板中的至少一肋(8、8’、10、10’、12)构成。

2.按照权利要求1所述的双极板，其特征在于，使周边切口连接至活 性区的各连接通路由至少两个彼此面对的肋构成，其中一肋(8、10、12) 被设置在一双极半板内，而另一肋(8’、10’)被设置在另一双极半板内。

3.按照权利要求1所述的双极板，其特征在于，当切口(4)用于构 成载热流体盒时，构成该切口和所述活性区之间的连接通路的所述至少一 肋(8)通到所述活性区(2)中、所述两个双极半板之间。

4.按照权利要求1所述的双极板，其特征在于，助燃剂盒(5)与活 性区(2)之间的连接通路在所述活性区附近，通过设置于所述阴极的双极 半板中的切口(100)，通到该阴极的双极半板的外表面上；并且，燃料盒 与活性区之间的连接通路在所述活性区附近，通过设置于所述阳极的双极 半板上的切口，通到该阳极的双极半板的外表面上。

5.按照权利要求4所述的双极板，其特征在于，所述双极板包括至少 一倾斜的或扩大的连接通路(110)，其被设置在用于形成助燃剂盒的至少 一切口(5)的低点。

6.按照权利要求4所述的双极板，其特征在于，所述双极板包括至少 一倾斜的或扩大的连接通路，其被设置在用于形成燃料盒的至少一切口(6) 的低点。

7.按照权利要求4所述的双极板，其特征在于，所述双极板包括倾斜 的或扩大的连接通路，其被设置在助燃剂盒和燃料盒的任何可能的低点上。

8.按照权利要求1至7中任一项所述的双极板，其特征在于，至少一 双极半板是通过切割并冲压成型的金属板。

9.按照权利要求8所述的双极板，其特征在于，所述切割通过激光 进行。

10.燃料电池，其包括至少一由膜电极组件构成的、具有至少一双极 板的电池，其特征在于，所述的至少一双极板是符合权利要求1至9中任 一项所述的双极板。

说明书

技术领域

[01]本发明涉及质子交换膜型燃料电池用的双极板。双极板由相互连 接的两双极半板构成，各双极半板由通常为长方形的板构成，所述板在其 中央部分包括活性区，且在其周边包括多个用于构成流体盒的切口、以及 用于保证密封性的肋。

背景技术

[02]质子交换膜燃料电池是通过在例如含氢气体的燃料与例如含氧 气体的助燃剂之间的电化反应产生电流的装置，所述燃料与助燃剂之间被 由固态电解质构成的壁隔开。在一所述装置中，当燃料为含氢气体而助燃 剂为含氧气体时，燃料和助燃剂起反应以生成例如水的反应产物，同时产 生可以作为不同用途的电流。
[03]通常，燃料电池由反应电池或单元电池层叠组合而成，各电池由 被插入两双极板之间的膜电极组件构成，所述双极板包括通路，所述通路 一方面用于保证燃料循环，另一方面保证助燃剂循环，最后保证例如水的 载热流体循环。膜电极组件是本领域已知的多层材料，其包括由严格意义 上的固态电解质膜构成的一层，该层被设置在两活性层之间，所述两活性 层一方面构成阴极，另一方面构成阳极，且这两个活性层本身被称为扩散 层的两外部层包覆。单元电池堆通常被保持紧固在由螺杆压紧的两端板之 间，所述螺杆从一端板延伸至另一端板并穿过单元电池堆。
[04]通常，双极板由具有良好抗腐蚀性和导电性能的材料制成。已知 双极板由例如石墨、浸有聚合物的石墨或软石墨片的含碳材料通过机械加 工或模制成型而制成。还已知双极板由例如钛合金、铝合金或铁合金的金 属材料制成。这些由金属材料制成的双极板通常由冲压或模锻成型。在以 金属片制成的冲压成型的双极板中，流体的输入和副产品的排放在局部平 坦的双极板区域内实现，这就要求必须使用具有合适形状的框架，且所述 框架还可以用于保证双极板的周边密封性。该技术具有的缺点在于：对于 同一双极板，除了两双极半板外，还需要一补充零件，其用于保证两双极 半板之间的接合且保证流体和副产品的供应和排出。因此导致形成相对较 大的双极板。

发明内容

[05]本发明的目的在于弥补这些缺点，而提出用金属板制成的双极 板，其比已知的板更轻、更经济，且同时允许以简便的方式供应和排放流 体。
[06]为此，本发明的目的在于提出用于燃料电池的双极板，其包括相 互连接的阴极的双极半板和阳极的双极半板，各双极半板都由这样一板构 成：该板在其中央部分包括活性区，且在其周边部分包括多个切口，所述 切口用于构成至少两助燃剂盒、至少两燃料盒以及至少两载热流体盒，所 述双极板包括至少一个的各周边切口和活性区之间的连接通路，并且所述 连接通路由一双极半板中的至少一肋构成。
[07]优选地，使周边切口连接至活性区的各连接通路由至少两个彼此 面对的肋构成，其中一肋被设置在一双极半板内，而另一肋被设置在另一 双极半板内。
[08]当切口用于构成载热流体盒时，构成该切口和所述活性区之间的 连接通路的所述至少一肋通到所述活性区中、所述两双极半板之间。
[09]助燃剂盒与活性区之间的连接通路在所述活性区附近，通过设置 于所述阴极的双极半板中的切口，通到该阴极的双极半板的外表面上；并 且，燃料盒与活性区之间的连接通路在所述活性区附近，例如通过设置于 所述阳极的双极半板上的切口，通到该阳极的双极半板的外表面上。
[10]优选地，所述双极板包括至少一倾斜的或扩大的连接通路，其被 设置在用于形成助燃剂盒的至少一切口的低点。
[11]同样优选地，所述双极板包括至少一倾斜的或扩大的连接通路， 其被设置在用于形成燃料盒的至少一切口的低点。
[12]优选地，所述双极板包括倾斜的或扩大的连接通路，其被设置在 助燃剂盒和燃料盒的任何可能的低点上。
[13]至少一双极半板是通过例如激光进行切割并冲压成型的金属板， 所述金属例如为不锈钢。
[14]本发明还涉及一种燃料电池，其包括至少一由膜电极组件构成 的、并包括至少一双极板的电池。

附图说明

[15]本发明现将在以下根据附图、以非局限性方式加以详细描述，其 中：
[16]-图1是双极板的前视图；
[17]-图2是双极板在冷却流体盒与活性区之间的连接区内的放大透 视图；
[18]-图3是双极板在活性流体盒与活性区之间的连接区内的放大透 视图；
[19]-图4是双极板在用于排放氧化流体的流体盒的下部分中的放大 透视图。

具体实施方式

[20]在图1所示的双极板中仅能看到唯一的表面，该双极板由阴极或 阳极的双极半板1、以及另一相应地是阳极或阴极的双极半板(图中未示 出)构成，这两个双极半板通过它们的内表面相互连接。两个具有完全类 似形状的双极半板各自由通常呈长方形的例如不锈钢制的金属板构成。各 双极半板的中央部分构成活性区，该活性区用以保证流体的流动在各双极 半板的外表面上良好地分布，且保证载热流体的流动在两双极半板之间良 好分布。两双极半板在其周边包括通常呈长形的切口4、5、6，所述切口 用于形成电池运行所必需的不同流体的供给和排放的流体盒通道。
[21]特别是在双极板的上部分和下部分(如图所示)，双极板包括用 于构成载热流体盒的切口4。上部分的切口例如用于形成载热流体供应盒， 而下切口用于形成载热流体排放盒。在两侧边缘上，双极半板包括同样通 常呈长形的切口5和6，这些切口用于一方面形成助燃剂的供应和排放盒， 而另一方面形成燃料的供应和排放盒。
[22]切口4用于形成载热流体盒，它们被凸出于各双极半板1的外表 面上的肋7围绕，所述肋被用于保证密封性。各切口4在其朝向活性区2 的边缘上包括一肋8，所述肋能连通载热流体盒内部与处于两双极半板之 间的空间。事实上，载热流体用于在两双极半板之间的空间内循环。因此 它需要通过载热流体盒之一进入，随后在两板之间循环，且最后通过第二 载热流体盒被排出。如图2所示，各肋8(或面对肋8的第二双极板的肋8’) 构成通到活性区2内、两双极半板之间的通路。
[23]同样，用于形成助燃剂盒5或燃料盒6的切口一方面分别被用于 保证密封性的肋9和11围绕，而另一方面分别被肋10和12所围绕，所述 肋10和12用于保证一方面助燃剂或燃料的引入和排放盒、与另一方面双 极板外表面之间的连通。事实上，助燃剂和燃料必须在双极板外表面与间 置于两连续的双极板中间的活性膜之间循环；助燃剂在阴极的双极半板的 外表面上循环，而燃料流在阳极的双极半板的外表面上循环。
[24]用于保证助燃剂盒或燃料盒与双极板外表面之间连通的肋，是一 方面通向助燃剂盒或燃料盒内部、且另一方面通过设置在相应双极半板内 的开口100通到另一端的肋，即一个在阴极的双极半板外表面上对应于助 燃剂，而另一个在阳极的双极半板外表面上对应于燃料。
[25]如图3所示，可以设置通过孔100通到双极半板1上的肋10，并 在该双极半板1的对面设置肋10’，该肋10’设于第二双极半板1’中且面对 肋10，但所述肋10’在第二双极半板中不具有开口，以引导相关流体朝双 极板的正确壁取向。
[26]这些肋10、10’、12、12’构成活性流体用的供应和排放通路。
[27]如图4所示，当流体盒5是助燃剂的或燃料的排放盒时，其在下 部分包括倾斜的或扩大的肋110，该肋用于排出电池中通过反应所产生的 水。
[28]通常，所有供应或排放燃料或助燃剂的流体盒都可以包括至少一 倾斜的或扩大的、用于排放反应所产生的水的肋。鉴于双极板相对于水平 位的安装方向，这些肋被设置在可能为低点的所有点上。