用于电化学燃料电池的流场板制造技术

一种流场板，包括：第一流场；相对的第二流场；以及形成在所述第一流场中的至少一个流通道；该至少一个流通道包括：由一个开放式顶和相对该顶具有深度的底表面所隔开的第一侧边和相对的第二侧边；以及形成在该开放式的顶的一部分中并且在该第一侧边的一部分中沿着该至少一个流通道的连续长度的第一侧边通道，该第一侧边通道包括第一侧壁和相对该第一侧边通道的开放式顶具有深度的第一底壁；其中该第一侧边通道的第一侧壁和该第一侧边通道的第一底壁在截面上相对于该至少一个流通道形成了钝角；并且该至少一个流通道的底表面的深度大于该第一侧边通道的第一底壁的深度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电化学燃料电池，特别涉及用于流场板的流场通道特性。
技术介绍
燃料电池将燃料和氧化剂转换为电能和反应产物。质子交换膜燃料电池应用膜电极组件(“MEA”)，该膜电极组件具有被插入在阳电极和阴电极之间的质子交换膜(“PEM”)(也称为离子交换膜)。阳极典型地包括电化学催化剂和离聚物，或者电催化剂、离聚物以 及粘合剂的混合物。离聚物在电催化剂层中的存在有效地增加了电催化剂的电化学活性表面积，上述电催化剂需要连接阴极电催化剂的离子导电通道以产生电流。该阴电极可相似地包括电催化剂和粘合剂和/或离聚物。典型地，阳极和阴极中所用的电催化剂为钼或钼合金。每一个电极可进一步包括微孔的，导电的基板，例如碳纤维纸或碳布，该基板为所述膜提供结构支撑并作为气体扩散层(GDL)。阳电极和阴电极可被结合或密封于PEM以形成单一体的MEA单元。该膜电极组件被典型地插入到两个导电流场板或隔板之间。在工作期间，这些流场板作为集流体，为电极提供支撑，并提供供应例如燃料和氧化剂的反应物以及去除过量的反应物和所产生的例如水的产物的流场。在一些情况下，通过将被称为阳极流场板和阴极流场板的两个流场板结合在一起形成了双极流场板，使得阳极流场板形成在双极流场板的一个表面上，阴极流场板形成在双极流场板的相反的另一个表面上，并且制冷剂流场被形成在该阳极流场板和阴极流场板之间。在其它的情况下，双极流场板可以为在其一个表面上具有阳极板而在另一个表面上具有阴极板的单个板。流场典型地包括其间形成了流场通道并在被组装到燃料电池中时接触MEA的电极的多个台面(landing)。图1_4(现有技术)共同地说明了传统MEA5的典型设计，电极1，3之间夹有质子交换膜2(图I);包括在流场板11，12 (图2)之间的MEA5的电化学电池10(图3);电化学电池10的堆50(图3)；在端板17，18之间被压制的堆50 (图4)。图1-4的每一个也描述了在工作期间用于向燃料电池输送反应物和从燃料电池去除产物的阀组30。在燃料电池工作期间，主要负载从该燃料电池上抽取。在阳电极上，燃料(典型地以氢气的形式)在PEM的存在下在阳极电催化剂上反应以形成氢离子和电子。在阴电极上，氧化剂(典型地为空气中的氧气)在阴极催化剂的存在下与穿过PEM的氢离子反应以形成水。该PEM在方便了从阳极到阴极的氢离子的迁移的同时，也用于将燃料流与氧化剂流隔离。电子流过外部电路创建了维持主负载的电流。在实际中，燃料电池需要耐受改变工作状态，特别是液体水在流场通道中积累的条件。当存在液体水时，在燃料电池堆中的一些燃料电池可显示比燃料电池堆中其它的燃料电池显著高的流动电阻(例如对给定的压力降流过流通道较少气体)。结果，较低的流动阻力燃料电池将经历比较高流动阻力燃料电池更多的气体流，导致了该较高流动阻力燃料电池变的缺乏反应物并导致它们的电压的下降。由于在流通道中液体水的存在，该低流动阻力可能在不同电池之间不同并可在整个时间内随机地发生，导致了电压和/或压力的不稳定。许多技术被采用以去除流通道中的液体水或防止液体水的生成。在一个例子中，该燃料电池堆可在更高的温度下工作以减小或阻止液体水的形成。然而，由于元件的退化，例如质子交换膜和密封材料的退化，以及碳质元件的侵蚀，典型地限制了最大工作温度。在其它的例子中，流通道可被设计为对于给定的流速表现出更高的压力降和/或反应物能被以更高的流速供应(例如周期性地吹扫)使得液体水能被更容易的去除。然而，这些技术需要相对贵的燃料电池系统设计，更耐用的MEA元件，和/或增加的系统寄生损耗。由于调节工作状态以去除液体水的缺点，因此建议调整流通道特性使得水依靠毛 细作用从电极带走。例如，美国专利No. 6649297公开了一种用于燃料电池的双极板，其包括在其至少一面上，能够形成具有邻近的电极的表面的气体分散通道的沟道，其中，该气体分散通道具有一定形状或几何图形，使得在该通道中的两阶段流动的液体可以从电极的界面去除。在一个优选的几何图形中，该通道具有等腰梯形的横截面，该等腰梯形的边(除了底)是相等的并且它的小底由电极的表面限定。换句话说并如图5 (现有技术)中所示，电极附近的两个角(角Φ)都具有比两个相对的角(角β)大的角度值。然而，这样一个分散通道几何图形难以使用低成本板模铸，模压或机械加工大批量地制造。在另一个例子中，美国专利No. 7087337描述了用于燃料电池的组件，包括导电的液体分散单元，该单元具有配置在其上的流场，其中该流场包括用于承载燃料电池气态反应物的多个通道。该组件还包括配置在所述单元的表面上的导电体以作为气体扩散媒介。如图6中(现有技术)所示，所述单元的通道包括形成在不同方向上的多个侧壁出1，62)，并且该些侧壁的方向形成了通道的截面的几何图形，使得在导电液体分布单元和导电体的界面上以及在该通道的底部上形成了水收集区域。当通道使用倾斜的侧壁几何图形时，水被引入该通道的最尖的拐角处。然而，该气体扩散层是典型地憎水的，这使得它们形成不良的而形成锐角来聚集水。此外，因为水聚集在通道的底部，因此该通道的深度需是浅的，这受到可制造性所限制并限制了该流通道尺寸和设计灵活性。相应地，仍然需要改进技术以去除燃料电池中的液体水。本专利技术即着眼于该需要并提供进一步的相关优势。
技术实现思路
简要概述一种用于电化学燃料电池的流场板，包括第一流场；相对的第二流场；以及形成在所述第一流场上的至少一个流通道；该至少一个流通道包括由一个开放式顶和相对该顶具有深度(Df)的底表面所隔开的第一侧边和相对的第二侧边；第一侧边通道形成于沿着该至少一个流通道的连续长度延伸的该开放式顶的一部分和该第一侧边的一部分中，该第一侧边通道包括第一侧壁和相对该第一侧边通道的开放式顶具有深度(Ds)的第一底壁；其中该第一侧边通道的第一侧壁和该第一侧边通道的第一底壁在截面上相对于该至少一个流通道形成了钝角；该至少一个流通道的底表面的深度(Df)大于该第一侧边通道的第一底壁的深度(Ds)。在进一步地实施例中，一种燃料电池包括膜电极组件和流场板以及至少一个流通道；所述膜电极组件包括阳极、阴极和插入在它们之间的质子交换膜；所述流场板包括第一流场、相对的第二流场；所述至少一个流通道形成在第一流场中，该至少一个流通道包括被开放式的顶和相对所述顶具有深度(Df)的底表面所分隔开的第一侧边和相对的第二侧边；以及，第一侧边通道形成于所述开放式顶的一部分和沿着所述至少一个流通道的连续长度延伸的所述第一侧边的一部分中， 该第一侧边通道包括第一侧壁和相对所述第一侧边通道的开放式顶具有深度(Ds)的第一底壁；其中该所述第一侧边通道的第一侧壁和所述第一侧边通道的第一底壁在相对于所述至少一个流通道的截面中形成了钝角，该至少一个流通道的底表面的深度(Df)大于该第一侧边通道的第一底壁的深度(Ds)。在一些实施例中，所述至少一个流通道的开放式顶的截面宽度相对于所述第一侧边通道的开放式顶的截面宽度的比率为至少大约2 I。在其它的实施例中，该至少一个流通道的底表面的深度相对于该第一侧边通道的第一底壁的深度的比率大于大约I : I且小于大约2 I。在另一个其它的实施例中，所述至少一个流通道的截面积是所述第一侧边通道的截面积的至少约3倍。通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·D·格兰特，B·H·莫斯，D·B·玛凯，
申请(专利权)人：BDFIP控股有限公司，
类型：
国别省市：