CN101141001A - 改善燃料电池金属隔板的层合效率的结构 - Google Patents

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Abstract

一种用于改善燃料电池组金属隔板的层合效率的结构，其包括单元电池和连接板，该单元电池包括薄膜电极组件、气体扩散层、连接到气体扩散层外部的金属隔板、和插在薄膜电极组件与金属隔板之间以便防止反应气体泄漏的垫圈，该连接板具有与单元电池的外部连接以便支撑单元电池并使反应气体和冷却剂通过的支管。金属隔板包括：在金属隔板长度方向上的一端形成的多个隔板支管；和浮雕结构，其中沿边缘交替地形成向内凹陷的压痕和向外伸出的突起。当金属隔板被层合时，浮雕结构被层合为蜂窝状。

Description

改善燃料电池金属隔板的层合效率的结构
相关申请的交叉引用
本申请要求韩国专利申请No.10-2006-0086441的优先权和相关权益，该申请于2006年9月7日在韩国知识产权局申请，该申请的全部内容在此一并引入作为参考。
技术领域
本发明涉及燃料电池组的金属隔板，更具体而言，涉及用于改善燃料电池组金属隔板的层合效率的结构，其中隔板的边缘形成为浮雕(embossed)结构以便多个隔板可以坚固地层合为蜂窝结构。
背景技术
图1是传统的聚合物电解质燃料电池的分解透视图，图2A和图2B是传统隔板的俯视图。
如图1所示，聚合物电解质燃料电池组1包括薄膜电极组件(MEA)3，一对气体扩散层4，一对导电隔板6和垫圈5，该薄膜电极组件(MEA)3由聚合物电解质薄膜以及在聚合物电解质薄膜两侧形成的电极构成，该对气体扩散层4与薄膜电极组件3连接并将用于反应的气体传送到电极，该对导电隔板6粘附在各个气体扩散层4的外表面以便供给反应气体，垫圈5插在薄膜电极组件3和隔板6之间以便防止反应气体泄漏并密封缝隙。另外，集电器7和连接板(端板)8连接到隔板6的外部，从而形成燃料电池组1。
隔板6分离氢和氧使得氢和氧不混合，隔板6与薄膜电极组件3电连接并支撑薄膜电极组件3，从而维持燃料电池组1的形状。
因此，隔板应当具有密封结构，以便隔板能防止两种气体混合，隔板应当具有用作导电体的极好的导电性，还应当具有用作支撑元件的足够强度。
然而，因为由一个单元电池(通过连接薄膜电极组件、垫圈和隔板形成的燃料电池的基本单位)产生的电压小，所以应当层合几十或几百个单元电池从而获得所需的电功率。
在将计多单元电池进行层合的情况下，如果隔板不能维持恒定的表面压力，隔板可能局部变形以致于不能保持密封。为了解决这个问题，可以使用复杂的密封结构，但是这可以使得形成工艺复杂并使设计受到局限。
发明内容
本发明致力于提供改善燃料电池组金属隔板的层合效率的结构，其中隔板的边缘形成为浮雕(embossed)结构以便多个隔板可以坚固地层合为蜂窝结构。
本发明的一个示例性实施方式提供一种改善燃料电池组金属隔板的层合效率的结构，其包括单元电池和连接板，该单元电池包括薄膜电极组件，将反应气体传送到薄膜电极组件的气体扩散层，连接到气体扩散层外部以便支撑薄膜电极组件的金属隔板，和插在薄膜电极组件与隔板之间以便防止反应气体泄漏的垫圈，该连接板具有与单元电池外部连接以便支撑单元电池并使反应气体和冷却剂通过的支管。金属隔板包括：在其长度方向上的一端形成的与支管对应形成多个隔板支管；和浮雕结构，其中交替形成向内凹陷的压痕(indentation)和沿边缘向外伸出的突起(projection)。当金属隔板被层合时，浮雕结构层合为蜂窝状。
金属隔板可以进一步包括在其前表面形成并与气体扩散层连接的以便允许供应和排出反应气体反应面，和在其后表面形成以便冷却单元电池的冷却面。
金属隔板可以进一步包括在布置于一端部的隔板支管附近区域内贯穿的反应气体入口孔，和在与反应气体入口孔相对的另一端形成的隔板支管。
垫圈可以设置在金属隔板的边缘和浮雕结构之间并沿着隔板支管的周边布置，以便使薄膜电极组件和金属隔板之间密封。
附图说明
图1是传统的聚合物电解质燃料电池的分解透视图。
图2A和图2B是传统隔板的俯视图。
图3A是应用了按照本发明示例性实施方式的金属隔板的燃料电池的透视图。
图3B是显示图3A的金属隔板层合顺序的分解图。
图4是显示按照本发明示例性实施方式的金属隔板层合状态的剖面图。
图5A是显示按照本发明示例性实施方式的金属隔板反应面的俯视图。
图5B是显示按照本发明示例性实施方式的金属隔板冷却面的俯视图。
图6是显示层合有按照本发明示例性实施方式的多个金属隔板结构的示意图。
<对指明附图中主要元件的附图标记的说明>
10：燃料电池组        100：单元电池
110：薄膜电极组件     120：垫圈
130：金属隔板         132：浮雕结构
136：反应面           138：冷却面
130a：反应气体入口孔  130b：反应气体出口孔
具体实施方式
下面将参照附图详细说明本发明的示例性实施方式。
图3A是应用了按照本发明示例性实施方式的金属隔板的燃料电池的透视图，图3B是显示图3A的金属隔板层合顺序的分解图，图4是显示按照本发明示例性实施方式的金属隔板层合状态的剖面图，图5A是显示按照本发明示例性实施方式的金属隔板反应面的俯视图，图5B是显示按照本发明示例性实施方式的金属隔板冷却面的俯视图，图6是显示层合有按照本发明示例性实施方式的多个金属隔板结构的示意图。
如图3A和图3B所示，按照本发明示例性实施方式的金属隔板130以顺序层合的方式用于燃料电池组10内。
如图3B所示，金属隔板130分别与薄膜电极组件(MEA)两侧连接，并整合有用于将反应气体传送到电极的气体扩散层(没有示出)，其中该薄膜电极组件是由聚合物电解质薄膜以及形成在该聚合物电解质薄膜两侧的电极组成。在薄膜电极组件110和金属隔板130之间插入用于防止反应气体泄漏并密封缝隙的垫圈120。将几十或几百个通过连接薄膜电极组件110、垫圈120和隔板130形成的单元电池100层合，并将集电器(没有示出)和连接板(端板)200连接到单元电池100，以便支撑单元电池100，从而形成燃料电池组10。在连接板200上形成用于将反应气体和冷却剂供应到单元电池100的多个支管210。
如图4所示，在单元电池100内，垫圈120和金属隔板130顺序布置在薄膜电极组件110的两侧，并紧密地粘附到薄膜电极组件110。通过金属隔板130供给到薄膜电极组件110的冷却剂、空气、和氢不会在金属隔板130和垫圈120内形成的流道中相互混合，其被供给到薄膜电极组件110然后被排放(对此的详细说明在下文)。
如图5A和图5B所示，金属隔板130包括多个隔板支管134，该支管134与在连接板200上形成的支管210相应地形成在板面长度方向上的两端，还包括沿板表面边缘形成的浮雕结构132。此外，在金属隔板130的前表面上形成反应面136，反应面136与气体扩散层连接以便允许供给和排放反应气体，并在金属隔板130的后面上形成冷却面138，冷却面138是用于冷却单元电池100的冷却剂的通道(因为流道形成在金属隔板内并且是是空气、氢气以及通常用于金属隔板内的冷却剂的通道，所以对其的详细说明将被省略)。
如图5A所示，反应气体入口孔130a用于将氢气供给到单元电池100，其形成在隔板支管134向内的部分，隔板支管134形成在金属隔板130的一端。此外，反应气体出口孔130b用于排放氢气，其形成在隔板支管134向内的部分，该隔板支管134形成在金属隔板130的另一端。
反应气体入口孔130a和反应气体出口孔130b允许经由其中供给和排放反应气体，并且其还能使设计反应面的密封结构变得简单。
如图5A和图5B所示，浮雕结构132具有沿金属隔板130的边缘交替形成的向内凹陷压痕132a和向外伸出的突起132b。
金属隔板130可以由厚度0.1至0.2mm的金属板用模压方法(一种成型方法，其中金属板安置在立体元件上并敲打金属板以便成型)制得，从而获得具有直线形和曲线形的密封结构。尽管金属板在成型后可以扭曲，然而金属隔板130具有抗变形的强度，而这是因为沿金属隔板130边缘形成了浮雕结构132。
此外，因为金属隔板130的边缘形成为具有浮雕结构132，因此可以将多个金属隔板130层合以便形成蜂窝结构。该结构帮助燃料电池组10均匀地层合，并且在燃料电池组10被连接时用于承受连接压力以便改善燃料电池组10的可连接性。
此外，浮雕结构132用于使垫圈120容易地被连接。
尽管垫圈槽可以形成在通常所用的石墨隔板两侧，然而就模压方法的特性而言，其不可能在金属隔板130的相同位置形成连接垫圈的槽，该金属隔板130在本发明示例性实施方式中用于连接燃料电池组10。
垫圈120所处的位置可以通过浮雕结构132精确确定，该浮雕结构132用于按照本发明示例性实施方式的金属隔板130。
如图5A和5B所示，垫圈120沿着金属隔板130的边缘和隔板支管134的周边连接，所以当金属隔板130连接到薄膜电极组件110时，垫圈120在金属隔板130和薄膜电极组件110之间形成密封。
为此日的，垫圈120应当连接在反应面136和冷却面138上实质相同的位置，因为沿着金属隔板130的边缘形成浮雕结构132，所以即使没有导槽，如果垫圈120位于浮雕结构132和边缘之间，垫圈120仍然可以连接到在金属隔板130两侧上实质相同的位置。
此外，因为垫圈120应当密封隔板支管134的周边，所以垫圈120沿着隔板134的周边连接。优选地，连接到反应面136的垫圈120被连接以便其位于隔板支管134、反应气体入口孔130a和反应气体出口孔130b之间，使其不会封闭反应气体入口孔130a和反应气体出口孔130b。
然而，优选地，连接到反应面138的垫圈120被连接以便其位于反应气体入口孔130a和反应气体出口孔130b的外部，即，金属隔板的内部，使其防止反应气体经由反应气体入口孔130a和反应气体出口孔130b泄漏到冷却面138。
尽管垫圈120对应于隔板支管134的形状而形成，然而为了固定安装位置(参照图5A和图5B的区域A)，浮雕结构可以添加到各个隔板支管134之间的空间。因此，即使没有单独的导槽，仍然可以精确地确定垫圈120的安装位置。
尽管已经通过当前被认为是具有可操作性的示例性实施方式阐明了本发明，然而应当理解本发明并非局限于所披露的实施方式，并且与此相反，本发明覆盖各种包含在本发明精神和范围内的变形和等同布置。
如上所述，在按照本发明示例性实施方式的燃料电池组金属隔板内，接触垫圈的金属隔板边缘形成为浮雕结构，以便金属隔板可以层合为稳定的蜂窝结构，因此可以减少层合错误并且可以承受连接压力，从而实质上提高层合特性。
此外，即使在形成金属隔板的过程中混合了直线形和曲线形，金属隔板的边缘通过浮雕结构仍然可以维持抗变形的强度，以便可以防止金属隔板变形并且可以提高燃料电池组的稳定性。

Claims (4)

1.一种用于改善燃料电池组金属隔板的层合效率的结构，其包括单元电池和连接板，该单元电池包括薄膜电极组件、将反应气体传送到薄膜电极组件的气体扩散层、连接到气体扩散层外部以便支撑薄膜电极组件的金属隔板、和插在薄膜电极组件与金属隔板之间以便防止反应气体泄漏的垫圈，该连接板具有与单元电池外部连接以便支撑单元电池并使反应气体和冷却剂通过的支管，
其中金属隔板包括：
在金属隔板长度方向上的一端与支管对应形成的多个隔板支管；和
浮雕结构，其中沿边缘交替地形成向内凹陷的压痕和向外伸出的突起，
其中当金属隔板被层合时，浮雕结构被层合为蜂窝状。
2.如权利要求1所示的结构，其中金属隔板进一步包括反应面和冷却面，反应面形成在金属隔板的前表面并与气体扩散层连接以便允许供给和排出反应气体，冷却面形成在金属隔板的后表面以便冷却单元电池。
3.如权利要求2所述的结构，金属隔板进一步包括布置于一个端部的在隔板支管附近区域内贯穿的反应气体入口孔，以及形成在与反应气体入口孔相对的另一端上的隔板支管。
4.如权利要求1所示的结构，其中垫圈插在金属隔板的边缘与浮雕结构之间，并沿着隔板支管的周边布置，以便使薄膜电极组件与金属隔板之间密封。
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