燃料電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃料電池，更具體涉及下面這種燃料電池，其能夠通過改變?nèi)剂想姵馗舭宓耐方Y(jié)構(gòu)，來提高反應(yīng)氣體的擴(kuò)散性，并使反應(yīng)面的表面壓力更均勻。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，將金屬隔板應(yīng)用到燃料電池，金屬隔板具有用于反應(yīng)物和冷卻水的通道，用于促進(jìn)反應(yīng)物擴(kuò)散的一對(duì)氣體擴(kuò)散層(GDL) 12，和膜電極組件(MEA) 11，其中化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在膜電極組件(MEA)Il中，并且該組件位于一對(duì)氣體擴(kuò)散層(⑶L) 12之間。如圖1所示，在金屬隔板中，通道部41和與⑶L 12接觸的平坦(land)部42反復(fù)地形成，其中在通道部41中，反應(yīng)氣體沿著與反應(yīng)氣體的流動(dòng)方向相同的方向流動(dòng)，并且陽極隔板30和陰極隔板20的通路彼此對(duì)稱，使得陽極隔板30與陰極隔板20之間的空間被用作冷卻通路。
[0003]另外，為了使燃料電池的性能達(dá)到最佳，可以要求隔板20和隔板30的通道間距密集，以提高GDL 12和MEA 11的表面壓力，然后，GDL 12在整個(gè)反應(yīng)表面上能夠具有恒定的滲透率。然而，由于在制造過程中發(fā)生諸如裂縫或回彈等缺陷，因此減小隔板20和隔板30的通道間距會(huì)受到限制，并且由于存在這些缺陷還會(huì)使其它性能劣化。
[0004]例如，反應(yīng)氣體的擴(kuò)散性以及生成水的排放特性可能會(huì)劣化。當(dāng)通道間距較大時(shí)，應(yīng)力可能集中在隔板和GDL 12彼此接觸的平坦部42上，因此不能十分均勻地施加表面壓力。因此，⑶L 12的多孔結(jié)構(gòu)可能會(huì)受到破壞，因而使⑶L 12的滲透率劣化，并且反應(yīng)氣體的擴(kuò)散性和生成水的排放性能也可能劣化。此外，當(dāng)通道部41中的應(yīng)力減小時(shí)，GDL 12可滲透到通道部41中，從而使反應(yīng)流體的流動(dòng)性劣化。
[0005]另外，當(dāng)平坦部42中的⑶L 12的結(jié)構(gòu)損壞時(shí)，碳化纖維可滲透到膜中，從而使膜損壞。此外，可能發(fā)生導(dǎo)電率不均勻。通道部41在⑶L12露出的情況下，可順暢地供給反應(yīng)氣體，因此化學(xué)反應(yīng)活躍。但是，由于⑶L 12和MEA 11之間的表面壓力不足，接觸電阻增大，因此抑制由化學(xué)反應(yīng)生成的電子的移動(dòng)。
[0006]在【背景技術(shù)】部分中公開的上述信息僅僅用于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明背景的理解，因此不應(yīng)被視為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一方面，本發(fā)明提供一種燃料電池，其中通道形成在垂直于反應(yīng)氣體流動(dòng)方向的方向上；穿透每個(gè)通道的開口部，以預(yù)定間隔形成在通道的壁面上，以形成反應(yīng)氣體的流動(dòng)路徑；與陽極和陰極相對(duì)應(yīng)的隔板，可在每個(gè)通道中彼此交疊(overlap)地形成。
[0008]根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例，提供一種燃料電池，其可包括:催化劑層，具有通過催化劑層的第一表面和第二表面導(dǎo)入的氫氣或空氣；第一隔板，布置在催化劑層的第一偵U，并且包括多個(gè)第一通道，使得氫氣與空氣中的第一反應(yīng)物流動(dòng)；以及第二隔板，布置在催化劑層的第二側(cè)，并且包括多個(gè)第二通道，多個(gè)第二通道布置在與第一通道垂直的方向上。特別地，第二通道中的每個(gè)通道包括多個(gè)通氣孔，使得氫氣與空氣中的第二反應(yīng)物在垂直于第二通道的方向上流動(dòng)。
[0009]第一隔板和第二隔板可被彎曲成Z字形，并且可分別形成在第一隔板和第二隔板的第一側(cè)面上的第一端部和第二端部被彎曲以接觸催化劑層，以便在第一隔板、第二隔板以及催化劑層之間形成閉合回路，從而形成第一通道和第二通道。通氣孔可形成在連接彼此彎曲的第二隔板的第一端和第二端的第二隔板的斜面上，并且通氣孔可以以預(yù)定間隔形成在第二通道的長度方向上。
[0010]形成在多個(gè)斜面中的任一斜面上的通氣孔，與形成在與任一斜面相鄰的斜面上的通氣孔交錯(cuò)地排列。在多個(gè)斜面中的任一斜面上形成的每個(gè)通氣孔，形成在與任一斜面相鄰的斜面上所形成的兩個(gè)通氣孔之間的大致中央部相對(duì)應(yīng)的位置上。
[0011]該燃料電池還包括氣密板，該氣密板覆蓋第一隔板和第二隔板中的至少一個(gè)隔板的第二側(cè)面。第一隔板的第一側(cè)面與催化劑層之間的接觸面積，大于第一隔板的第二側(cè)面與氣密板之間的接觸面積。
【附圖說明】
[0012]圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中的示例性燃料電池的結(jié)構(gòu)；
[0013]圖2示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的示例性燃料電池的配置；
[0014]圖3示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的示例性燃料電池的流體流；
[0015]圖4示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的示例性燃料電池的剖視圖；以及
[0016]圖5示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的燃料電池與現(xiàn)有技術(shù)中的燃料電池的空氣當(dāng)量比的輸出電壓。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本文所用的術(shù)語僅用于描述特定實(shí)施例，而并非旨在限制本發(fā)明。除非上下文明確指出，否則如本文中所使用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“該”等意圖也包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)該理解的是，在本說明書中使用“包括”和/或“包含”等術(shù)語時(shí)，是意圖說明存在該特征、整數(shù)、步驟、操作、元素和/或組件，而不排除一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元素、組件、和/或其組合的存在或增加。如本文中所使用的，術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)列出項(xiàng)目的任何和所有組合。
[0018]在下文中，將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的燃料電池。
[0019]圖2示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的示例性燃料電池。燃料電池可被配置成包括:催化劑層100，具有通過催化劑層100的兩個(gè)表面導(dǎo)入的氫氣或空氣；第一隔板200，布置在催化劑層100的第一側(cè)，并且包括多個(gè)第一通道210，使得在氫氣和空氣中的第一反應(yīng)物可流動(dòng)；以及第二隔板300，布置在催化劑層100的第二側(cè)，并且包括多個(gè)第二通道310，其中多個(gè)第二通道310布置在垂直于第一通道210的方向上。具體地，每個(gè)第二通道310可包括多個(gè)通氣孔320，使得在氫氣和空氣中的第二反應(yīng)物可在垂直于第二通道310的方向上流動(dòng)。第一反應(yīng)物可以不同于第二反應(yīng)物。
[0020]另外，第一隔板200和第二隔板300的橫截面可被彎曲成Z字形，以便分別形成彎曲的第一端201與301和第二端203和303，第一隔板200和第二隔板300的第一側(cè)面可接觸催化劑層100，并且彎曲的第一端201和301可接觸催化劑層100，以便在各個(gè)隔板200、300和催化劑層100之間形成閉合回路，從而形成第一通道210和第二通道310。
[0021]此外，如圖2所示，催化劑層100可以是由燃料電池的膜電極組件(MEA) 110與粘結(jié)到膜電極組件的兩個(gè)表面的一對(duì)氣體擴(kuò)散層(GDL)構(gòu)成的組合體(assembly)。特別地，第一通道210和第二通道310可接觸氣體擴(kuò)散層120的外表面。氫氣可作為第一反應(yīng)物在第一通道210中流動(dòng)，并且氧氣可作為第二反應(yīng)物在第二通道310中流動(dòng)。在未綁定到某些實(shí)施例的情況下，在第一通道210和第二通道310中流動(dòng)的物質(zhì)或反應(yīng)物，可根據(jù)發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行變化。
[0022]第一通道210和第二通道310可被布置成彼此交疊(overlap)，以便可以向催化劑層100施加均勻的表面壓力，并且可以分散接觸表面上的應(yīng)力以防止應(yīng)力集中，從而可防止催化劑層100損壞以及使反應(yīng)性劣化。通氣孔320可形成在連接彼此彎曲的第二隔板300的第一端301和第二端303的第二隔板300的斜面上。通氣孔可以沿著第二通道310的長度方向，以預(yù)定間隔形成。形成在多個(gè)斜面302中任一斜面上的通氣孔320，可以與形成在與該任一斜面相鄰的斜面302上的通氣孔320交錯(cuò)地