CN102867979A - 燃料电池堆结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池堆结构，包括：具有彼此相对的冷却表面的金属双极板，其中，膜移除部设置在所述冷却表面的部分。该燃料电池堆结构的优点在于，可以通过两个金属双极板的接触部而不必将导电材料涂覆在所述金属双极板的冷却表面的接触部位来实现导电性，从而可以降低所述金属双极板的制造成本，由此降低燃料电池堆的制造成本。

Description

燃料电池堆结构
相关申请的交叉参考
本申请根据35U.S.C.§119(a)要求在2011年7月6日提交的韩国专利申请号10-2011-0066784的优先权，该申请的全部内容引入本文作为参考。
技术领域
本发明涉及一种燃料电池堆结构，特别是涉及一种构成各燃料电池的金属隔(“双极的”)板结构。
背景技术
图1是示出堆叠有燃料电池的常规燃料电池堆结构的截面图。如图1所示，层叠体500包括膜电解质组件(membrane electrolyteassembly，MEA)和附着(attached)于膜电解质组件(MEA)的两侧的气体扩散层(GDL)。设置在层叠体500下方的金属隔板502提供了燃料(氢)供给通道并构成阳极。设置在层叠体500上的金属隔板502提供了空气(氧化剂)供给通道并构成阴极。如图所示，该结构形成单元燃料电池504。堆叠多个这样的单元燃料电池以形成燃料电池堆。
如图1所示，单元燃料电池504被堆叠成，构成阳极的金属隔板502与构成阴极的金属隔板502产生接触。这两块金属隔板502(也被称为金属双极板，因此这些术语可以互换使用)被配置成，它们被弯曲以允许冷却水流经在弯曲部之间形成的通道，并被配置成，所产生的电流流经彼此接触的两块金属隔板502的部分。
作为参考，在金属隔板502的两侧中，形成冷却水通道和接触部分的侧面被定义为“冷却表面506”。
金属隔板502典型地由不锈钢制造的。然而，钝化膜会自发地形成在该不锈钢板的表面上。因此，如果不锈钢金属隔板502未经表面处理，则其接触部的接触电阻会增加，这将降低系统的效率。因此，如图1所示，金属隔板502的两侧涂覆有导电材料，例如贵金属、碳等，从而降低由于当所产生的电流流动时出现电阻而导致的功率损耗，并可以降低发热。
然而，常规的燃料电池堆结构的问题在于，当金属隔板502的表面涂覆有导电材料例如贵金属等时，金属隔板502的制造成本会增加，因而大大地增加了燃料电池堆的生产成本。
发明内容
因此，已经想出了本发明来解决上述问题，并且本发明的目的在于提供一种使制造成本降低的燃料电池堆结构。具体而言，提供了一种燃料电池堆结构，其通过两块金属双极板的接触部而不是将导电材料涂覆在冷却表面的接触部位上来实现导电性，因而降低了金属双极板的制造成本。
为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种燃料电池堆结构，其包括：具有彼此相对的冷却表面的金属双极板，其中，在冷却表面处设置有膜移除(film-removed)部。
本发明的另一方面提供了一种制造燃料电池堆的方法，其包括如下步骤：从金属双极板的冷却表面移除钝化膜以形成具有导电性的膜移除部；将金属双极板堆叠成金属双极板的冷却表面彼此相对；以及通过挤压金属双极板来组装金属双极板，以便使彼此相对的膜移除部彼此附着。
附图说明
从下面结合附图的详细说明将更加清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点，其中：
图1是示出常规的燃料电池堆结构的截面图；
图2是示出根据本发明的实施方式的燃料电池堆结构的截面图；
图3是示出制造根据本发明的实施方式的燃料电池堆结构的方法的流程图。
具体实施方式
以下，将参考附图更详细地描述本发明的优选实施方式。
参考图2，根据本发明的实施方式的燃料电池堆结构，包括具有彼此相对的冷却表面3的金属双极板1，其中，在冷却表面处设置有膜移除部5。
具体而言，与常规的导电镀膜处理形成对比，通过砂磨(sanding)或化学蚀刻处理来移除在相邻的金属双极板1的冷却表面3上自然形成的不导电钝化膜，以形成冷却水通道。这些具有细微不平整和导电性的膜移除部5位于已经移除了不导电钝化膜的部位。
相邻的金属双极板1的膜移除部5形成彼此产生接触的接触表面7。形成接触表面7的膜移除部5的不平整彼此相对且彼此挤压，以形成彼此结合的接触部9。以这种方式形成的接触部分9大大地降低了相邻的金属双极板1之间的电阻，因而不必进行导电镀膜处理而使电流能够容易地在相邻的金属双极板1之间流动。
具体而言，当膜移除部5的不平整在通过使相邻的金属双极板1的膜移除部5彼此产生接触而形成的接触表面7处彼此相对时，膜移除部5不与空气产生接触。这防止在接触部分9的相邻的金属双极板1的冷却表面3上钝化膜的自发形成，从而在随着时间的推移通过与空气接触而在非接触部分自发形成钝化膜的同时，形成随着时间的推移持续地保持导电性的接触部分9。
在各种实施方式中，膜移除部5可以仅形成在与相邻的金属双极板1的冷却表面3产生接触的接触表面7。换言之，不平整可以(通过膜移除部5)部分地形成在与相邻的另一块金属双极板1产生接触的金属双极板1的部分。就此而论，不会在双极板1上彼此接触的那些部分形成不平整，并且不会在将形成冷却水通道的非接触部分中形成不平整。
在各种其他实施方式中，膜移除部5也可以形成在各个金属双极板1的整个冷却表面3的上方。在这种情况下，不形成钝化膜的接触部分9，形成在通过相邻的金属双极板1之间施加的强大压力而与另一相邻的金属双极板1产生接触的接触表面7。在暴露部分，例如形成冷却水通道的部分，随着时间的推移会出现自发氧化，从而钝化膜再次形成。
当然，本领域的技术人员将理解到，膜移除部5也可以形成为，它们不覆盖各个金属双极板1的整个冷却表面3，而是取而代之覆盖金属双极板1的整个接触表面7和形成冷却水通道的那些非接触部分的仅仅一部分。
因此，根据各种实施方式，优选地，金属双极板1由可以被氧化而形成钝化膜的材料制成。例如，金属双极板1可以由不锈钢制造。
根据各种实施方式，金属双极板1通过砂磨或蚀刻而形成，以使其表面粗糙度(Ra)约为1～15μm。这样的表面粗糙度提供具有可以由相邻的金属双极板1之间的键合力形成的导电性的稳定的接触部9。
一般来说，尽管金属双极板1的不平整可以通过砂磨或化学蚀刻来形成，但是，只要从金属双极板1移除不导电钝化膜，其也可以通过表面处理来形成，并且同时通过表面处理将导电性赋给金属双极板1。
例如，根据常规技术，与其冷却表面3相对的金属双极板1的反应表面可以用导电材料来进行表面处理。
因此，如上所述，使用各个均是通过从其上移除钝化膜来不平整地形成的金属双极板1来制造燃料电池堆的方法，包括如下步骤：从构成燃料电池堆的各金属双极板1的冷却表面的至少一部分移除钝化膜，以形成具有导电性的膜移除部5(S10)；将该金属双极板1堆叠成金属双极板1的冷却表面3彼此相对(S20)；以及通过挤压金属双极板1来组装金属双极板1，从而彼此相对的膜移除部的至少一部分彼此附着(S30)。如上所述，在一些实施方式中膜移除部5可以同时设置在接触部和非接触部(即冷却水通道)，因此，仅仅构成接触部分的膜移除部5在步骤(S30)中被附着。另一方面，在其他实施方式中，膜移除部5仅仅在接触部分上形成，因而整个膜移除部5将在步骤(S30)中被附着。
当用该方法制造燃料电池堆时，与当金属双极板的两侧同时涂覆有导电材料例如贵金属等时相比，降低了金属双极板的制造成本，从而降低了燃料电池堆的制造成本。
如上所述，根据本发明，可以通过两块金属双极板而不是将导电材料涂覆在金属双极板的冷却表面的接触部件上来实现导电性，从而可以降低金属双极板的制造成本，由此降低燃料电池堆的制造成本。
尽管为了示例的目的已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的技术人员将理解到，在不偏离所附权利要求中所公开的本发明的范围和实质的情况下，可以作出各种更改、增加和替代。

Claims (11)

1.一种燃料电池堆结构，包含：
至少一对金属双极板，具有彼此相对的冷却表面；以及
膜移除部，设置在所述冷却表面的至少一部分上。
2.根据权利要求1所述的燃料电池堆结构，
其中，所述膜移除部具有通过移除钝化膜而形成的细微的不平整；并且
其中，所述一对金属双极板的所述膜移除部彼此接触，从而所述膜移除部不与空气产生接触，以防止钝化膜自发地形成在彼此接触的所述膜移除部上，并且其中，所述冷却表面的非接触部设置有随着时间的推移通过与空气接触而自发形成的钝化膜。
3.根据权利要求2所述的燃料电池堆结构，其中，彼此接触的所述膜移除部形成随着时间的推移持续地保持导电性的接触部。
4.根据权利要求1所述的燃料电池堆结构，其中，所述一对金属双极板的所述冷却表面在接触表面彼此接触，并且所述膜移除部仅形成在所述接触表面。
5.根据权利要求4所述的燃料电池堆结构，其中，所述冷却表面的部分在非接触表面彼此不接触，并且所述非接触表面设置有钝化膜。
6.根据权利要求1所述的燃料电池堆结构，其中，所述金属双极板还包括与所述冷却表面相对的反应表面，并且所述反应表面用导电材料进行表面处理。
7.根据权利要求1所述的燃料电池堆结构，其中，所述膜移除部通过藉由砂磨或化学蚀刻从所述金属双极板移除钝化膜而形成。
8.根据权利要求1所述的燃料电池堆结构，其中，所述膜移除部具有通过藉由砂磨或化学蚀刻从所述金属双极板移除钝化膜而形成的多个细微的不平整；所述不平整设置在所述一对金属双极板的冷却表面之间的接触表面。
9.根据权利要求8所述的燃料电池堆结构，其中，所述金属双极板具有大致1～15μm的表面粗糙度。
10.根据权利要求1所述的燃料电池堆结构，其中，在所述一对金属双极板的所述冷却表面所形成的所述膜移除部彼此挤压并附着，从而所述膜移除部两者彼此接触。
11.一种制造燃料电池堆的方法，包含如下步骤：
从至少一对金属双极板的冷却表面的至少一部分移除钝化膜，以形成具有导电性的膜移除部(S10)；
将所述至少一对金属双极板堆叠成所述一对金属双极板的所述冷却表面彼此相对(S20)；以及
通过挤压所述一对金属双极板来组装所述一对金属双极板，从而彼此相对的所述膜移除部彼此附着(S30)。
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