CN100521339C - 燃料电池组件及其操作方法和用于燃料电池组件的流场板 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池组件及其操作方法和用于燃料电池组件的流场板，用于从富含水分的燃料电池流动通路中分离出水以供应燃料电池系统中需要水的其它部件。水输送单元被整合到燃料电池中，从而使得燃料电池的尺寸、重量和复杂度得到最小化。在一个实施例中，所述装置包括多条流动通路，所述流动通路包括活性区域和非活性区域。水输送单元包括水分贡献流体通道和水分接收流体通道，其中后者与燃料电池中需要进行加湿的部分流体相连。在水分贡献流体流过装置流动通路中的非活性区域时，在其中包含的至少一些水通过水输送单元到达燃料电池中需要进行加湿的部分。

Description

燃料电池组件及其操作方法和用于燃料电池组件的流场板
技术领域
本发明主要涉及增大燃料电池反应物湿润状况的方法，且更具体而言，本发明涉及将水传输功能整合(integrate)在阳极流场板或阴极流场板中从而有利于进行这样的加湿的方法。
背景技术
在许多燃料电池系统中，氢气或富氢气体通过流动通路被供应至燃料电池的阳极侧，而氧(例如以大气氧的形式存在)通过一条单独的流动通路被供应至燃料电池的阴极侧。适当的催化剂(例如铂)在阳极侧将氢电离生成质子和电子，从而使得在质子随后与氧和电子在阴极侧相结合时，生成电流并产生高温水蒸气作为副产物。
在一种形式的燃料电池，即所谓的质子交换膜(PEM)燃料电池中，以膜的形式存在的电解质被夹在构成阳极和阴极的两块电极极板(典型地呈多孔扩散介质的形式)之间。这种分层结构通常被称作膜电极组件(MEA)，并且形成单个燃料电池。许多这样的单电池可被组合在一起从而形成燃料电池堆，进而增大其功率输出。虽然本发明特别适用于PEM燃料电池，但是本领域的技术人员应意识到：其它燃料电池构造对本发明的应用也落入本公开内容的范围内。
燃料电池，特别是PEM燃料电池，要求具有平衡的水含量以确保进行适当的操作。例如，重要的是避免燃料电池中具有过多的水，所述过多的水可能会导致产生溢流或使流场通道发生堵塞，由此防止反应物发生流动。相反地，过少的水化限制了膜的导电性并且可能导致电池过早失效。由于在燃料电池中存在许多同时增加和减少局部和总体水化水平的冲突反应，这样就加大了保持水含量平衡的难度。除了上面提到的产生溢流以外，水可被自阳极进行移动的电离质子从阳极被拖曳进入阴极。这种已公知为电渗拖曳的现象明显有助于从阳极上除去水分子。其它作用原理也可以是占优势的，所述其它作用原理包括由于存在压力差而使水分子从阴极穿过膜扩散到达阳极。
此外，这些效应中的许多效应都是限于局部的，从而使得即便是在燃料电池中水化的总体水平得到保持，也不能确保局部水平衡得到保持。一种用于确保在整个燃料电池中具有足够的水化水平的潜在方法包括在一种或两种反应物进入燃料电池中之前对其进行加湿。例如，可以利用在阴极处产生的水，使用适当的加湿装置，从而降低阳极或膜发生水化的可能性。这些加湿装置可包括外部供应装置(例如单独的贮水器)或自供应装置，例如从湿的燃料电池排气流动通路中分离出水分并将水分导入反应物供给通路的水蒸气传输装置。
不幸的是，使用加湿装置(及其支持控制系统)需要增加燃料电池系统的重量、尺寸和复杂度，同时降低了燃料电池的输出或效率，原因在于这些部件需要一定的功率源进行操作。这些缺点对于基于车辆的燃料电池应用而言是特别不利的，原因在于通常过多的部件要占据应用于乘客的宝贵的车辆空间、舒适度或安全特征。因此，需要一种整合的对燃料电池进行水化的方法，从而避免发生与传统方法相关联的成本、复杂度或可操作性。
发明内容
本发明满足了这些需求，其中披露了一种电化学转化组件(例如燃料电池系统)和一种操作结合了如下面所述的功能部件的组件的方法。在本申请中，术语“燃料电池”可能指的是用于将氧化剂和还原剂转化成电力的单电池，或者可能指的是允许单电池串联且同时增大电压输出的电池堆或相关构造中的多个这样的单电池。
根据本发明的第一方面，一种燃料电池组件包括至少一个燃料电池，所述燃料电池包括阳极、阴极、反应物流动通路和被布置在一条流动通路的一部分附近从而允许在流动通路之间进行水分交换的水输送单元。一部分流动通路与阳极流体连通，而另一部分流动通路与阴极流体连通。所述流动通路中的至少一条限定出活性区域和非活性区域，其中所述活性区域大体上对应于阳极或阴极上一种或两种反应物(例如来自流体中的氧和氢)发生电化学反应的位置，而所述非活性区域几乎很少或不发生电化学反应。一种在活性区域与非活性区域之间进行区分的方法是在前者上而不是在后者上包含催化剂。在非活性区域中使用水输送单元以将水从富含水分的燃料电池流动通路中分离出来，并将其(典型地以蒸气形式)重新引入到水分含量较低(或不含水分)的燃料电池流动通路中。所述装置包括与水分接收流体通道分隔开的水分贡献流体通道。所述水分贡献流体通道与至少一条富含水分的流动通路流体连通，而所述水分接收流体通道与燃料电池中需要进行加湿的部分流体连通。在本申请中，富含水分的流动通路是一条包含以液体、蒸气或二者结合形式存在的过量水分的流动通路。所述水分接收流体通道与所述水分贡献流体通道协作配合，从而使得在水分贡献流体通过所述水分贡献流体通道时，在其中包含的至少一些水流至所述水分接收流体通道并且流至燃料电池中需要进行加湿的部分。
可选择地，所述活性区域可限定出所述至少一个燃料电池的实质中心。在一种形式中，所述活性区域可被分开的非活性区域所围绕，而在另一种形式中，所述活性区域可通过剖面线(station line)与非活性区域分开。在任一种情况下，正是在膜电极组件中使用的电解质将所述活性区域与所述非活性区域隔开，这是因为所述非活性区域优选仅包括亲水性扩散介质，而取代了电解质。此外，所述阳极流动通路与所述阴极流动通路彼此之间大体上呈逆流(counterflow)关系。另外，所述组件进一步包括设置在多条流动通路的相对端部的流动集管(flowheader)。在一种形式中，所述集管限定出用于阴极流动通路、阳极流动通路和冷却剂流动通路的进口歧管和出口歧管，其中所述冷却剂流动通路被布置在邻近阳极和阴极中的至少一个的位置处，从而使得在冷却剂与相邻阳极之间发生热交换。所述水分贡献流体通道与所述水分接收流体通道可被布置成彼此之间大体上呈逆流关系，从而使水分传输最大化。所述水分贡献流体通道和所述水分接收流体通道优选为薄膜形式，从而使得它们不会显著地增大燃料电池的厚度。例如，所述薄膜形式可类似于布置在阳极层与阴极层之间的垫片状结构。按照这种方式，薄膜形式的水输送单元类似于一种夹心或层压结构。与构型无关，所述构型的亲水性本质促进了水分从水分贡献薄膜层到水分接收薄膜层的毛细作用。所述水分贡献流体通道与所述水分接收流体通道优选通过水分可透过膜被隔开，其中水分可透过膜的至少一个侧面上大体上覆盖有亲水性扩散介质。这样就允许所述介质起到灯芯的作用，从而曳引来自适当的阳极流动通路或阴极流动通路的液体水，这样有助于保持流动通路中没有液体水的积聚。另外还形成可能对工作暂态有益的水缓存器。
在另一种可选方式中，所述水分贡献流体通道与阴极流动通路流体相联。这样就允许在阴极产生的排出流体流动通过所述水分贡献流体通道，放出至少一部分水。该实施例对于阳极流单次通过(即没有阳极再循环)的燃料电池系统而言可能特别有用。在一种更特别的可选方式中，所述水分接收流体通道与阳极流动通路流体相联。因此，在接收来自所述水分贡献流体通道的水时，所述水分接收流体通道可将该水输运至载氢流体，所述载氢流体进而可被输运至阳极。在又一种可选方式中，车辆可包括用作车辆动力源的燃料电池组件。这些车辆的实例包括(但不限于)汽车、卡车、巴士、飞行器、水运工具、宇宙飞船和摩托车。
根据本发明的另一方面，披露了一种用于燃料电池组件的流场板。所述板包括在所述板的表面上形成的反应物流动通路、大体上限定所述流动通路的构架、设置在所述构架与所述流动通路之间的一条或多条流动集管和水输送单元。所述反应物流动通路包括与前面所述相类似的活性区域和非活性区域。所述流动集管被布置在所述构架与所述反应物流动通路之间且邻近所述非活性区域，从而使得一条流动集管中的水分可被交换到另一条流动集管中。所述水输送单元与前文中所述的相似，从而使得燃料电池中需要进行加湿的一个或多个部分能够接收它。
可选择地，所述板由多块紧固在一起的板构成，至少包括阳极极板和阴极极板。在一种优选的形式中，所述阳极极板和阴极极板形成双极板。所述板还可包括至少一条冷却流动通路，以有助于向所述板传输热量或传输来自所述板的热量。在另一种可选方式中，所述水输送单元被设置在阳极与阴极之间，从而使得它们一起限定出大体上为层压的结构。在本申请中，术语“层压”仅指所述水输送单元与其被置于其之间的电极之间的大体上呈夹心状的结构；这并不意味着暗示需要常规的层压结合或粘结方式以便确保这种结构的连续性。通过另一种可选方式，可设计所述水输送单元的尺寸，以使得当其被放置在构架内时它起到垫片的作用。按照这种方式，所述装置是可被夹在各种阳极或阴极之间的薄板状构件。
根据本发明的另一个方面，披露了一种操作燃料电池的方法。所述方法包括将反应物结合在电化学转换反应中从而产生电流和水，并且将至少一些水输运通过与燃料电池相联的水输送单元，从而使得水能够在水输送单元与燃料电池之间进行交换。所述燃料电池包括构成阳极及其相关流动通路、阴极及其相关流动通路、设置在所述阳极和所述阴极之间的电解质和前述的水输送单元的一块或多块极板(多块极板限定出一个堆)。所述水输送单元包括与前面所描述的相似的第一部分和第二部分。
优选地，与水输送单元的第一部分流体连通的流动通路包括活性区域和非活性区域，二者基本上与在一个或多个之前的方面中所描述的相似。在一种特定的选择方式中，水输送单元的第一部分与阴极和阴极流动通路流体连通，从而使得在燃料电池工作时，载水排出流体从阴极和阴极流动通路被输运通过水输送单元的第一部分。
附图说明
结合下面的附图能够最好地理解本发明的以下详细描述，在所述附图中使用相似的附图标记表示相似的结构，其中：
图1是被构造用于车辆应用的燃料电池系统的框图；
图2是具有根据本发明的一个实施例的整合的水蒸气传输单元的燃料电池双极板的阴极侧的顶视图；
图3示出了图2所示的双极板的另一可选实施例；
图3A示出了图3所示的双极板活性区域(active region)内的剖视图；
图3B示出了图3所示的双极板非活性区域内的剖视图；
图4A是在图2所示的燃料电池中水蒸气传输单元与至少一条反应物流动通路之间的配合协作的流程图；
图4B更详细地示出了图4A所示的水蒸气传输单元；和
图5示出了使用本发明的燃料电池系统的车辆。
具体实施方式
首先参见图1和图5，框图突出显示了根据本发明的活动燃料电池系统1的主要部件(图1)，以及燃料电池系统在汽车应用中的代表性布置(图5)。特别参见图1，系统1包括反应物运送系统100(由燃料源100A、氧源100B和一个或多个压缩机100C构成)、燃料处理系统200、燃料电池300、一个或多个储能装置400、传动列500和一个或多个如图中抽象地示为轮子的运动装置600。燃料电池300包括阳极310、阴极330、和设置在阳极310与阴极330之间的电解质层320。本领域的技术人员应意识到：并非每一个系统都需要有压缩机。例如，在燃料源100A、氧源100B中的一个或两个通过加压罐或相关容器进行供应的构造中，就可以将压缩机省去。虽然图中示出本发明的系统1用于移动(如车辆)应用，但是本领域的技术人员应意识到：燃料电池300及其附属装备的使用同样适用于固定应用。虽然图1中仅示出了单个燃料电池300，但是本领域的技术人员应意识到：燃料电池系统1可由串联连接在一起的这样的单电池的堆构成。特别参见图5，这样的燃料电池堆3000的使用特别与车辆及相关应用相关。
可包括燃料处理系统200以将燃料原料如甲醇转化成供燃料电池300使用的氢或富氢燃料；另外，在燃料源100A已经供应基本上纯的氢的构造中，可不需要燃料处理系统200。储能装置400可以是一个或多个蓄电池、电容器、电力转换器、或甚至是用于将来自燃料电池300的电流转换为机械功率例如转轴功率的马达的形式，所述机械功率可被用于使传动列500和一个或多个运动装置600工作。
特别参见图2，图中示出了双极板(也被简称为“极板”)301阴极侧的各个特征，并用局部视图示出了在其内形成的流动通路305的多条流动通道。该视图示出了双极板301面对阴极330(未示出)的侧面，尽管应意识到：极板301的相对侧面同样适用于对本发明如何操作所进行的讨论。在本申请中，术语“流动通道”通常被用于包括各种形式的构成流动通路的流动通道，包括阳极流动通道305A、阴极流动通道305B和可选的冷却剂流动通道305C。通过实例的方式，图中示出了阴极流动通道305B的局部视图。在组装好的燃料电池中，各个膜电极组件(未示出)被上覆在双极板301上，从而使得在极板301与相应的阳极或阴极扩散介质之间形成的流动通道有利于对应反应物的流动。本领域的技术人员应意识到：虽然极板301上的流动通路细节适用于常规燃料电池的阴极侧，但是这样的构造同样适用于阳极(未示出)。如本领域的技术人员所理解地，阴极330扩散介质与极板301的一个表面紧密配合，而阳极310扩散介质与另一个相对的表面紧密配合。构架302被用于限定出极板301的外边界，并且可包括直立的唇缘或凸缘以增强极板的密封性、刚度等。在构架302内形成的流动集管303，304围绕在设置在其间的流动通路305的相对侧边缘上。集管303，304限定出位于其中的流动孔口以允许将适当的反应物运送到双极板内相应的电极处，以及当叠置在一起时的整叠极板处。由于在极板301上的阳极流动通路和阴极流动通路中的流体移动的优选方向是逆流，因此集管303包括阴极进口歧管303B和阳极出口歧管303A。图中还示出了可选的冷却剂歧管303C。相似地，集管304包括阴极出口歧管304B和阳极进口歧管304A。冷却剂歧管304 C通过自一条集管延伸至另一条集管的冷却剂流动通路(未示出)与冷却剂歧管303 C流体相联。相似地，阳极流动通路(未示出，但是可由按照本领域的技术人员已公知的方式并排布置的或类似于阴极流动通道305B所示的方式进行布置的多条单独的流动通道构成)在两条阳极歧管303A，304A之间进行延伸，用于形成载氢流体的流动通路。
流动通路305包括共同限定出载氧反应物通过的流体连续的导管、管道或相关流动通道的活性区域306和非活性区域(也被叫作加湿区域)307。应意识到：如本技术领域中已公知地，活性区域306可包括由单独的流动通道形成的多个弯头、弯曲部或相关的蛇形图案，其作为一种增加流动通路长度和相关接触面积的方式。在本申请中，活性区域306为流动通路305中上覆扩散介质(进而优选上覆催化剂)使得反应物的电化学结合产生电子流、热量和水蒸气的部分。相比较而言，非活性区域307为流动通路305中不包括催化剂而是用于在富含水分的流动通路与缺乏水分的流动通路之间提供水传输能力的部分。因此，虽然确保了反应物在活性区域306与集管303，304之间的连续流动，但是非活性区域307对于通过电化学反应产生电力而言没有作出贡献。由于在阴极330上氢与氧反应生成副产物水，因此阴极330被称作燃料电池300的“湿”端，而阳极310被称作“干”端。因此，在湿端流动的流体除氧外具有升高的水分含量(例如以湿度形式表示)，使其成为富含水分的流体。
接下来参见图3、3A和3B，双极板301的其它可选构造，图中示出了流动通路305的非活性区域307是如何能够位于电池的一个侧面上的，从而使得其邻近流动集管303，304中的一条而不是两条集管。特别参见图3，图中示出了用于流过阴极330的载氧流体的单独的阴极流动通道305B，且虚线表示(位于极板301的另一侧上)始于流动集管304中的阳极进口304A并且延伸至流动集管303中的阳极出口303A的载氢流体的单独的阳极通道305A中的流动。特别参见图3A和3B，即沿图3中的多条剖面线(station line)截取的剖视图，图中示出了双极板301、阳极310、阴极330和电解质(即膜)320的堆叠特征，图中示出了不同流动通路305A、305B和305C之间的配合协作。在对应于双极板301上限定出活性区域306的部分的图3A中，如本技术领域中能够理解地，在阳极310、阴极330和电解质320之间发生电化学反应。除对应于双极板301上限定出非活性区域307的部分且电解质320被水输送单元900所代替(如下面进行更加详细地描述)之外，图3B大体上与图3A相类似。在这种情况下，在阳极扩散介质上发生加湿。该介质可包括亲水层、涂层或结构用以利用阳极排气(在下文中通常被称作水分贡献流体通道910)促进对阴极进口流(在下文中通常被称作水分接收流体通道920)的芯吸作用或其它增湿行为。一种特别优选的构造在阳极流动通路中结合了循环回路，因而再循环回路增大了流过阳极的流体的湿度。
接下来参见图4A，在简化的流程图中示出了水传输单元900在燃料电池300及其双极板301中的构成。与远离单个电池或单独的膜电极组件之间的双极板安放加湿装置的常规方式有所不同，水传输单元900和每一个燃料电池300及其成套的双极板301的并列布置表明高度的整合和伴随的空间节省。该图示出了对燃料电池堆3000中阴极流3300的加湿。当使用泵1000或相关装置循环阳极流3100时，该实施例是优选的。由于进行循环而产生的更高的流速为极板301的非活性(加湿)区域307的阳极侧带来了更多的水，由此增强了阴极流3300的加湿作用。另外，从阳极流3100中除去液体水减轻了堵塞且减小了与之相伴的在极板301的阳极侧上的活性区域306中出现断氢的可能性。这对于减轻膜电极组件性能劣化而言是有益的。为了增强从再循环阳极流3100中去除水的性能，极板301的加湿区域307的阳极侧上的亲水扩散介质在水被蒸发进入到阴极流3300中时将起到灯芯和水缓存器的作用。
接下来参见图4B，图中示出了用于将水蒸气从富含水分的流体流传输至水分较少的流体流的水输送单元(也被叫作水蒸气传输单元或水输送单元)900。装置900包括水分贡献流体通道910、水分接收流体通道920、具有第一表面930A和第二表面930B的输水膜930、以及扩散介质940。第一表面930A暴露于水分贡献流体中，而第二表面930B暴露于水分接收流体中。按照这种方式，第一表面930A成为亲水性扩散介质，由于材料特性或处理，第一表面在其整个厚度上本质上都是亲水性的。在一个优选的(尽管不是必需的)实施例中，阳极流动通路-水分贡献流体通道910邻近第一表面930A。扩散介质940在水分接收流体通道920上的部分不需要是亲水性的。在水分贡献侧上的亲水性扩散介质940起到两个有益作用。第一，它曳引来自流动通道的液体水，保持流动通道不发生堵塞。第二，通过将液体水保持在输水膜930上，它向水分接收流体通道920提供更加连贯的水的供应，由此起到水缓存器的作用。换言之，由于亲水性扩散介质940储存液体水的倾向在可能进行周期性排水的燃料电池300的工作条件下保持膜930得到水化，缓存器作用能够确保对燃料电池300进行更加连贯的加湿。另外，当液体水接触膜930面对(即邻近)水分贡献流体通道910的侧面时，一些膜材料呈现出较高的性能。虽然水输送单元900对或是以液体形式或是以蒸气形式存在的水分贡献流体起作用，但是当流体中所包含的水呈液体形式时，膜930通常效果更好。此外，亲水性扩散介质940的柔性多孔结构使得任何截留在水输送单元900的水分贡献流体通道910中的水在冻结条件下将芯吸到所述层上，这样使其耐受冻结熔化循环。如图中所示，所述两条通道彼此之间呈逆流关系，从而使得水分接收流体通道920中的流体进入如图中所示具有很小或没有湿度的左侧，并且在接收来自水分贡献流体通道910中的从右向左流动的流体中的水之后从湿度增大的右侧离开。尽管图中示出水输送单元900为一对具有膜930和扩散介质940的大体上呈矩形的薄膜状通道910和920，但是应该意识到：所述通道、膜和扩散介质可具有多种形状。还应该意识到：图4B不是按比例进行绘制的，且其中的各元件之间的间距比所示出的明显更小。
虽然为了对本发明进行阐述已经示出了一些代表性的实施例和细节，但是对于本领域的技术人员明显的是：在不偏离由下面的权利要求书限定出的本发明的范围的条件下可作出多种改变。

Claims (25)

1、一种燃料电池组件，包括：
至少一个燃料电池，所述燃料电池包括：
被构造用以接收载氢反应物的阳极；
被构造用以接收载氧反应物的阴极；和
多条反应物流动通路，一部分所述反应物流动通路与所述阳极进行流体连通且一部分所述反应物流动通路与所述阴极进行流体连通，所述多条反应物流动通路中的至少一部分限定出活性区域和非活性区域，所述活性区域大体上对应于所述阳极和所述阴极中的相应一个上发生包括至少一种所述反应物的催化反应的位置，所述非活性区域基本上不发生催化反应；以及
布置在所述非活性区域附近从而使得彼此之间能够水分交换连通的水输送单元，所述水输送单元包括：
与所述多条流动通路中的至少一条富含水分的流动通路流体连通的水分贡献流体通道；和
与所述燃料电池中需要进行加湿的部分流体连通的水分接收流体通道，所述水分接收流体通道与所述水分贡献流体通道协作配合，从而使得在水分贡献流体通过所述水分贡献流体通道时，在其中包含的至少一些水流至所述水分接收流体通道，从而能够对所述燃料电池中需要进行加湿的所述部分进行加湿。
2、根据权利要求1所述的组件，其中所述活性区域限定出所述至少一个燃料电池的实质中心。
3、根据权利要求1所述的组件，其中所述阳极流动通路与所述阴极流动通路彼此之间呈逆流关系。
4、根据权利要求1所述的组件，进一步包括多条流动集管，每一条流动集管被设置在所述多条流动通路的相对端部处并且由此限定出多条歧管。
5、根据权利要求1所述的组件，进一步包括被布置与所述阳极和所述阴极中的至少一个热连通的至少一条冷却剂流动通路。
6、根据权利要求1所述的组件，其中所述水输送单元包括薄膜结构，所述薄膜结构被设置在每一个所述至少一个燃料电池的所述阳极与所述阴极之间。
7、根据权利要求6所述的组件，其中所述水分贡献流体通道与所述水分接收流体通道通过水分可透过膜被隔开。
8、根据权利要求7所述的组件，其中所述水分可透过膜的至少一个侧面上覆盖有亲水性扩散介质。
9、根据权利要求1所述的组件，其中所述水分贡献流体通道与所述水分接收流体通道被布置成彼此之间呈逆流关系。
10、根据权利要求1所述的组件，其中所述水分贡献流体通道和与所述阴极流体连通的一部分所述反应物流动通路流体相联，使得通过所述电化学反应产生的排出流体能够流动通过所述水分贡献流体通道，以便向所述水分接收流体通道放出至少一部分被包含在所述排出流体中的水。
11、根据权利要求10所述的组件，其中所述水分接收流体通道和与所述阳极流体连通的一部分所述反应物流动通路流体相联，使得在接收来自所述水分贡献流体通道的所述部分的水时，流动通路与所述阳极流体连通的所述部分可将所述载氢流体和所述部分的水输运至所述阳极。
12、根据权利要求10所述的组件，其中所述富含水分的流动通路是阴极排出口，而所述燃料电池需要进行加湿的所述部分是阳极进口。
13、根据权利要求10所述的组件，其中所述富含水分的流动通路是阴极排出口，而所述燃料电池需要进行加湿的所述部分是被设置在阳极流动通道与阴极流动通道之间的膜。
14、根据权利要求10所述的组件，进一步包括与所述阳极流体相联的阳极再循环回路。
15、根据权利要求1所述的组件，其中所述水分贡献流体通道与所述至少一条富含水分的流动通路是共用的。
16、一种包括根据权利要求1所述的燃料电池组件的车辆，其中所述燃料电池组件用作车辆的动力源。
17、一种用于燃料电池组件的流场板，所述流场板包括：
在所述板的表面上形成的反应物流动通路，所述流动通路包括：
对应于涉及留在所述流动通路中的反应物发生电化学反应的位置的活性区域；和
与所述活性区域流体连通的非活性区域，所述非活性区域对应于涉及留在所述流动通路中的反应物不发生电化学反应的位置；
限定所述流动通路的构架；
设置在所述构架与所述流动通路之间的至少一条流动集管，所述流动集管与所述非活性区域流体连通；和
水输送单元，所述水输送单元被布置在所述非活性区域附近，从而允许它们彼此之间水分交换连通，所述水输送单元包括：
与所述流动通路流体连通的水分贡献流体通道；和
与燃料电池中需要进行加湿的部分流体连通的水分接收流体通道，所述水分接收流体通道与所述水分贡献流体通道协作配合，从而使得在水分贡献流体通过所述水分贡献流体通道时，在其中包含的至少一些水流至所述水分接收流体通道。
18、根据权利要求17所述的板，其中所述板包括紧固在一起的多块板，所述多块板包括阳极极板和阴极极板。
19、根据权利要求18所述的板，其中所述阳极极板和阴极极板形成双极板。
20、根据权利要求18所述的板，进一步包括设置在所述双极板的相对侧之间的至少一条冷却流动通路。
21、根据权利要求17所述的板，其中所述水输送单元被设置在阳极与阴极之间，从而使得它们一起限定出层压的结构。
22、根据权利要求21所述的板，其中所述水输送单元的尺寸被设计，以使得当其被放置在所述构架内时它起到垫片的作用。
23、一种操作燃料电池的方法，所述方法包括：
构造所述燃料电池以包括至少一块板，所述至少一块板包括阳极、阳极流动通路、阴极、阴极流动通路、设置在所述阳极和所述阴极之间的电解质和与所述阳极流动通路和所述阴极流动通路中的至少一条呈水分交换关系的水输送单元，所述水输送单元包括：
与所述阳极流动通路和所述阴极流动通路中的一条流体连通的第一部分，所述第一部分被构造用以输送水分贡献流体通过其中；和
与所述阳极流动通路和所述阴极流动通路中的另一条流体连通的第二部分，所述第二部分被构造用以输送水分接收流体通过其中，从而使得在所述流体通过其相应的部分时，在所述水分贡献流体中的至少一些水被传输至所述水分接收流体；
将反应物结合在电化学转换反应中从而产生电流和水；并且
将至少一些所述水输运通过所述水输送单元的所述第一部分。
24、根据权利要求23所述的方法，其中与所述水输送单元的所述第一部分流体连通的所述阳极流动通路和所述阴极流动通路中的其中一条流动通路包括：
对应于在所述阳极和所述阴极中的相应一个上发生所述电化学转换反应的位置的活性区域；和
与所述活性区域流体连通的非活性区域。
25、根据权利要求23所述的方法，其中所述水输送单元的所述第一部分与所述阴极和所述阴极流动通路流体连通，使得在所述燃料电池进行工作时，载水的排出流体被输运通过所述水输送单元的所述第一部分。
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