CN105006582B - 隔板和具有隔板的燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于燃料电池的隔板。隔板布置在膜‑电极组件的两侧处，并且被配置成向膜‑电极组件提供反应气体。此外，隔板包括传导性的微孔体，其形成在与膜‑电极组件对应的反应面上；以及通道单元，其被连接到入口歧管和出口歧管，通过入口歧管和出口歧管反应气体流动，并且被配置成引导反应气体到反应面。

Description

隔板和具有隔板的燃料电池
技术领域
本发明的示例性实施例涉及燃料电池系统的燃料电池堆。更具体地，本发明涉及具有微孔结构的隔板(separator)和包括隔板的燃料电池。
背景技术
如本领域已知的，燃料电池是由从氢气和氧气的电化学反应生成电能的单元电池组成。这种燃料电池可以在两侧布置具有在其间的膜-电极组件(MEA：membrane-electrodeassembly)的隔板来结构化。用于向膜电极组件提供燃料和反应气体(例如空气)的反应通道和用于传递冷却水的冷却通道形成在隔板中。用于扩散反应气体的气体扩散层形成在膜-电极组件的两侧。
为最大化燃料电池的性能，气体扩散层和膜-电极组件的表面压力需要通过将隔板反应通道之间的间隙缩小而实现的均匀性，并且均匀渗透性在气体扩散层的反应面中实现。然而，在减小隔板的反应通道之间间隙以防止在隔板形成过程中导致的各种缺陷上是有限的，并且降低燃料电池性能的以下因素由于该实际问题而产生。
首先，当在反应通道之间的间隙很大时，应力集中在隔板和气体扩散层之间的接触面上。因此，气体扩散层的多孔结构可能破损，从而使用于反应气体的渗透率变差，并且扩散反应气体的能力和排出产物水的能力可能降低。此外，由于应力在反应通道形成的表面上是最小的，所以气体扩散层从隔板的通道部分突出，导致流体的流动性可能劣化。
第二，由于在隔板接触表面上的汇集导致气体扩散层的结构破损，碳纤维可能通过破损区域渗透到膜-电极组件的电极层，导致电极层可能损坏。
第三，在具有暴露的气体扩散层的通道部分中，反应气体被充分供给，并且活性化学反应可能发生，但是由于在气体扩散层和膜-电极组件之间表面压力的缺乏，接触电阻可能增加，导致在由反应产生的电子运动中的潜在困难。
为了改善上述问题，通过在大致薄金属板中形成通道和具有微孔的多孔结构，具有三维(3D)多孔结构的成形多孔构件已经在现有技术中使用。此外，插入微孔结构以均匀分布表面压力和改善扩散反应气体并且排出产物水，而不是插入具有反应通道的隔板的方法已被使用。因为诸如金属泡沫和金属丝网的微孔结构具有基本上高的孔径比，并且分布表面压力，所以气体扩散层可以被均匀压缩。
在这些材料中，金属泡沫具有与在金属材料内彼此连接的大量泡沫，并且因此可以传递流体，并且具有相当高的每体积和强度的表面积比，并且因此它适合于在燃料电池中的隔板材料。然而，在现有技术中，金属泡沫的最重要缺点是，由于内部气泡的随机连接，它可能无法控制反应气体和产物水的流动，并且因此可能难以有效地利用整个反应面。
此外，由于微孔结构在现有技术中被用于隔板，所以在隔板中的压力差显著增加，并且因此燃料电池系统的寄生功率增加，燃料电池在体积上增加，并且微孔可能被堵塞，其中燃料电池采用水(冷凝水)过饱和，使得燃料电池的操作安全性降低。
在本部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，并且因此它可能包含对在本领域的普通技术人员不形成对该国已公知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供：一种隔板以及包括该隔板的燃料电池，该隔板优点在于能更均匀地分布微孔结构的反应气体流，并且甚至在诸如由于水过度凝结导致的水突然流入的外部干扰下也能使燃料电池更稳定地操作。
本发明的示例性实施例提供用于燃料电池的隔板，该隔板布置在膜-电极组件的两侧，并且被配置成向膜-电极组件提供反应气体。隔板可包括：传导性(导电)的微孔体，其形成在与膜-电极组件对应的反应面上；以及通道单元，其被连接到用于反应气体向内侧和外侧流动的入口歧管和出口歧管，并且引导反应气体到反应面。
此外，通道单元可形成从入口歧管和出口歧管扩展到反应面的通道(多个通道)。此外，通道单元可形成从入口歧管和出口歧管连接到反应面的通道(多个通道)。入口歧管和出口歧管在对角线方向上设置，从入口歧管到出口歧管，从入口歧管扩展到反应面的通道的长度增加，从出口歧管到入口歧管，从出口歧管扩展到反应面的通道的长度增加，并且通道被连接到反应面。此外，肋条可在通道之间突出，并且隔离壁可在反应面上形成并且可将微孔体划分成多个部分。隔离壁可以槽的形状形成在与反应面相反的侧面上，并且可朝向反应面突出。槽可形成为冷却剂流动的冷却通道。
此外，通道单元可形成从入口歧管和出口歧管连接到反应面的通道，并且可在在通道之间形成肋条。将微孔体划分成多个部分的隔离壁可形成在反应面上。此外，隔离壁可与肋条连接，并且可将反应面划分成多个反应区域。隔离壁也可将通道划分成分别与反应区域连接的多个通道组。
本发明的另一个示例性实施例提供了燃料电池，其可包括：膜-电极组件和在膜-电极组件两侧布置的隔板；以及传导性(导电)的微孔体，其形成在与膜-电极组件对应的隔板的反应面上，并且被配置成向膜-电极组件提供反应气体，其中隔板可具有用于反应气体向内侧和外侧流动(例如流入和流出)的入口和出口歧管，以及与入口歧管和出口歧管连接的通道单元，并且被配置成引导反应气体到反应面。
此外，通道单元可形成从入口歧管和出口歧管扩展到反应面的通道。入口歧管和出口歧管在对角线方向上设置，从入口歧管到出口歧管，从入口歧管扩展到反应面的通道的长度增加，从出口歧管到入口歧管，从出口歧管扩展到反应面的通道的长度增加，并且通道可被连接到反应面。通道单元可在通道之间形成肋条。
此外，将微孔体划分成多个部分的隔离壁可形成在隔板的反应面上。隔离壁可以以槽形状形成在与反应面相反的侧面上，并且可朝向反应面突出。槽可形成为冷却剂流动的冷却通道。
此外，将微孔体划分成多个部分的隔离壁可形成在隔板的反应面上。隔离壁可与肋条连接，并且可将反应面划分成多个反应区域。隔离壁也可将通道划分成分别与反应区域连接的多个通道组。
根据本发明的示例性实施例，可以通过隔板的通道单元将反应气体更均匀地分布到反应面的微孔体，并且提高燃料电池的性能。此外，根据本发明的示例性实施例，隔板的反应面可由隔离壁划分成多个反应区域，微孔体可被划分成在反应区域中的多个部分，并且通道单元的通道可被划分成分别与反应区域连接的多个通道组。
因此，在本发明的示例性实施例中，能够将反应气体连续均匀分布到微孔体，并且甚至在诸如冷凝水的过度流入的来自外部的临时干扰下也能保持燃料电池的更稳定性能，并且能够防止由于反应产生的产物水的部分汇集所导致的反应气体的流动停滞。此外，在本发明的示例性实施例中，由于形成隔离壁的槽可用作冷却剂流动的冷却通道，因此冷却燃料电池的效率能够增加。
附图说明
在描述本发明示例性实施例时，附图被提供用于参考，并且本发明的精神不应仅通过附图进行解释。
图1是示出根据本发明示例性实施例的燃料电池的一部分的示例性截面图；
图2是示出根据本发明示例性实施例的用于燃料电池的隔板的示例性视图；
图3是示出根据本发明示例性实施例的用于燃料电池的隔板的一部分的示例性详细视图；以及
图4和图5是示出根据本发明示例性实施例的燃料电池的运行效果的示例性曲线图。
附图标记说明
10...膜-电极组件
30...气体扩散层
50...隔板
51...入口歧管
52...出口歧管
53...反应面
55...反应区域
60...微孔体
61...部件
70...通道单元
71...通道
73...肋条
75...通道组
80...隔离壁
81...槽
90...冷却通道
具体实施方式
可以理解，术语“车辆”或“车辆的”或这里所用的其他类似的术语包括一般地机动车辆，如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车的客车，包括各种船舶、飞艇的水运工具等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其他新能源车辆(例如，来自非石油资源的衍生燃料)。这里提到的混合动力车辆是有两种或更多种动力源的车辆，例如同时有汽油动力和电动力的车辆。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例，而不是为了限制本公开。如这里所用，单数形式“一个”、“一”和“该”旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。应该进一步理解，当术语“包括”和/或“包含”用于本说明书时，规定所述特征、整数、步骤、操作、元件、和/或组件的存在，但不排除一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其中的成员组合的存在或附加。如这里所用，术语“和/或”包括一个或更多关联的列出项的任何和所有的组合。
本发明将参考附图在下文中更充分地描述，其中本发明的示例性实施例被示出。正如本领域的技术人员将认识到的，所述示例性实施例可以以各种不同的方式来修改，所有这些都不脱离本发明的精神或范围。与示例性实施例不相关的部分未示出以使说明清楚，并且在整个说明书中相同的参考数字表示相同的元件。另外，在附图中所示的结构的尺寸和厚度被选择性提供便于说明，以使得本发明不限定于附图所示的那些，并且厚度被放大以使一些部件和区域清晰。
在以下描述中用第一、第二等来区分组件的名称是为了区分它们，因为部件的结构相同，这些部件不限于在以下描述中的顺序。此外，本文所使用的术语“...单元”、“...机构”、“...部”、“...构件”等意在包括执行至少一个或多个功能或操作的部件的单元。
图1是示出根据本发明示例性实施例的燃料电池一部分的示例性截面图。参照图1，根据本发明示例性实施例的燃料电池100可包括单元电池，其每个可被配置成接收氢气(例如燃料)和氧化剂气体(例如空气)(以下称为反应气体)，并且可以被配置成使用氢气和氧气的电化学反应来产生电能。
多个燃料电池单元100的片(sheet)可被顺序地堆叠成燃料电池堆，并且可以被配置为生成作为反应副产物的热并排放产物水，即冷凝水。例如，燃料电池100可包括膜-电极组件(MEA：membrane-electrode assembly)10、在膜-电极组件10两侧的气体扩散层30，以及与气体扩散层30紧密接触(例如邻近)的隔板50。膜-电极组件10可通过形成电解质膜一侧上的阳极层和电解质膜另一侧上的阴极层来结构化。
阳极层可以通过氧化气体，将反应气体(例如，氢气)分解成电子和质子，并且电解质膜可以使质子移动到阴极层。阴极层可以通过将来自阳极层的电子和质子和另行提供的反应气体(例如，空气)还原来产生水和热。用于将通过隔板50提供的反应气体扩散到膜-电极组件的阳极层和阴极层的气体扩散层30可以具有导电性(电传导性)，并且可以形成在阳极层和阴极层上。用于通过扩散层30向膜-电极组件10提供反应气体的隔板50可由导电材料形成。
用于将反应气体向内部和外部流动的入口歧管51和出口歧管52可以形成在隔板50两侧的边缘。隔板50可具有与气体扩散层30对应的反应面53，并且可以与入口歧管51和出口歧管52连接。虽然已经描述了包括根据本发明示例性实施例的气体扩散层的燃料电池100，但本发明并不限于上述说明，并且本发明可以应用于除了气体扩散层以外的燃料电池。在下面的描述中，包括气体扩散层30的燃料电池100将被描述为一个例子。
根据本发明示例性实施例的用于燃料电池的隔板50具有能够更均匀地在膜-电极组件10上分布表面压力并且改善扩散反应气体并排出产物水的能力的结构。此外，本发明的示例性实施例提供了用于燃料电池的隔板50，其甚至在诸如由于水过度凝结导致的水突然流入的外部干扰下也能使燃料电池更稳定操作。
图2是示出根据本发明示例性实施例的用于燃料电池的隔板的示例性详细视图，图3是示出根据本发明示例性实施例的用于燃料电池的隔板的一部分的示例性详细视图。参考图1至图3，根据本发明示例性实施例的用于燃料电池的隔板50可包括微孔体(microporous body)60和通道单元70。
在本发明的示例性实施例中，微孔体60可以配置为通过气体扩散层30向膜-电极组件10提供反应气体，并且可以形成在上述反应面53上。微孔体60可以是具有预定孔径比(aperture ratio)(在该领域中称为“孔隙率(porosity)”)的金属泡沫。例如，微孔体60可以由选自具有高导电率的银、铜、金、铝、钨、锌金属和金属合金中的任一种材料制成。由于微孔体60的金属材料可包含多个彼此连接的泡(bubbles)，所以反应气体和产物水可穿过微孔体60，相对于单位体积的表面积之比可增加，并且强度可增加。
在本发明的示例性实施例中，通道单元70可被配置成更均匀地将反应气体流分布到反应面53的微孔体60，并防止由反应产生的产物水的局部汇集和由这种汇集导致的反应气体的流动停滞。通道单元70也可以被配置成将流入到入口歧管51的反应气体引导到反应面53的微孔体60，并使已经穿过微孔体60的反应气体流动到出口歧管52。通道单元70可被连接到入口歧管51和出口歧管52，并且可以包括连接到反应面53的通道71。
通道(多个通道)71可具有从入口歧管51和出口歧管52朝向反应面53扩展的形状，并且可以分别形成在入口歧管51和反应面53之间以及在出口歧管52和反应面53之间。例如，通道71可以具有从入口歧管51和出口歧管52的第一侧到第二侧、长度增加的形状，并且可与反应面53连接。此外，肋条(多个肋条)73可以形成为在通道71之间突出，并且可以具有从入口歧管51和出口歧管52的第一侧到第二侧、长度增加的形状。根据本发明示例性实施例的用于燃料电池的隔板50还可以包括在反应面53上形成并且将微孔体60划分成多个部分的隔离壁80。
在本发明的示例性实施例中，隔离壁80可以以槽81的形状形成在与反应面53相反的侧面上，朝向反应面53突出，并且从入口歧管51扩展到出口歧管52。换句话说，隔离壁80可在反应面53上突出，将反应面53划分成多个反应区域55，并且可以将微孔体60划分成在反应区域55中的多个部分61。
反应区域55可与入口歧管51和出口歧管52处的通道71连接，并且隔离壁80可与通道单元70的肋条73连接。换句话说，隔离壁80可与入口歧管51处的通道单元70的肋条以及出口歧管52处的通道单元70的肋条73连接。因此，隔离壁80可将通道单元70的通道71划分成分别与反应区域55连接的多个通道组75。
如上所述，隔离壁80可在与反应面53相反的侧面上以槽81的形状形成，并且槽81可形成当燃料电池100堆叠时冷却剂流过的冷却通道90。换句话说，当燃料电池堆通过堆叠多片的燃料电池100形成时，与隔板50的反应面53相对的侧面可彼此紧密(例如可与之相邻)接触，并且相反的侧面上的槽81可被组合以形成冷却通道90。在下文中参考附图详细描述根据本发明示例性实施例的燃料电池100(其具有上述配置)的操作。
首先，在本发明的示例性实施例中，第一反应气体(例如，氢气)可被提供给第一隔板50的入口歧管51，并且第二反应气体(例如，空气)可以被提供给第二隔板50的入口歧管51。反应气体可通过通道单元70的通道71扩散，并且引导到隔板50的反应面53，然后均匀地流到反应面53的微孔体60中。反应气体可以通过通道71的通道组75扩散，并引导到由隔离壁80划分的反应面53的反应区域55，以允许反应气体更加均匀地流入在反应区域55中划分的微孔体60的部分61中。
反应气体(例如，氢气和空气)可以通过气体扩散层30扩散，并分别提供给膜-电极组件10的阳极层和阴极层，并且电能可以通过在阳极层和阴极层上的氢气和氧气的电化学反应产生，以使得热和产物水即冷凝水可能产生。穿过微孔体60的部件61的反应气体可以通过通道单元70的通道71排出到出口歧管52。在本发明的示例性实施例中，如上所述，通过氢气和氧气的电化学反应所产生的热可由通过在相邻燃料电池100的隔板50之间的冷却通道90流动的冷却剂来去除。
如上所述，根据本发明示例性实施例的燃料电池100，反应气体可通过隔板50的通道单元70更均匀地分布到反应面53的微孔体60。此外，在本发明的示例性实施例中，隔板50的反应面53可以通过隔离壁80划分成多个反应区域55，微孔体60可以被划分成在反应区域55中的多个部分，并且通道单元70的通道71可以被划分成分别与反应区域55连接的多个通道组75。
因此，在本发明的示例性实施例中，可以连续均匀分布反应气体到微孔体60，并且甚至在诸如冷凝水的过度流入的来自外部的突然干扰下也能保持燃料电池的更稳定性能，并且防止由于反应产生的产物水的部分汇集所导致的反应气体的流动停滞。此外，在本发明的示例性实施例中，由于形成隔离壁80的槽81可用作冷却通道90，通过该冷却通道冷却剂可流动，冷却燃料电池的效率可增加。
参考图4和图5在下文描述根据本发明示例性实施例的燃料电池100的操作效果。图4是示出对如下的燃料电池进行测试的结果的示例性曲线图：仅设有微孔体的现有技术的比较例的燃料电池；设有微孔体和通道单元的本发明的第一示例性实施例的燃料电池；以及设有微孔体、通道单元和隔离壁的本发明的第二示例性实施例的燃料电池。
如图4所示，与比较例相比，在本发明的第一示例性实施例中的最大输出部分，燃料电池的性能增加了15％，并且与比较例相比，在本发明的第二示例性实施例中的最大输出部分，燃料电池的性能增加了20％。
图5是示出比较例和本发明的第二示例性实施例的电池操作稳定性的测试结果的示例性曲线图。如图5所示，比较在燃料电池恒定载荷下从燃料电池外侧流入到内侧的冷凝水的比较例和第二示例性实施例中的电池电压行为，与比较例相比，在本发明的第二示例性实施例中示出更稳定的电池行为，因为来自外侧的冷凝水在电池中更均匀地流动，并且突然的电池电压降减小。
虽然本发明已经结合目前被认为是实际的示例性实施例进行了描述，但是应该理解的是，本发明不限于所公开的示例性实施例，而是相反，意在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (14)

1.一种燃料电池，包括膜-电极组件和在所述膜-电极组件的两侧布置的隔板，所述燃料电池包括：
传导性的微孔体，其形成在与所述膜-电极组件对应的所述隔板的反应面上，并且被配置成向所述膜-电极组件提供反应气体，
其中所述隔板具有用于所述反应气体流入和流出的入口歧管和出口歧管和与所述入口歧管和所述出口歧管连接并被配置成将反应气体引导到所述反应面的通道单元，
其中将所述微孔体划分成多个部分的隔离壁形成在所述隔板的反应面上，
所述隔板与形成在所述膜-电极组件的两侧上的气体扩散层紧密接触，
其中所述通道单元形成从所述入口歧管和所述出口歧管扩展到所述反应面的通道，
其中所述通道单元在所述通道之间形成肋条，
其中所述隔离壁与所述肋条连接，并且将所述反应面划分成多个反应区域。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中
所述入口歧管和所述出口歧管在对角线方向上设置，
从所述入口歧管到所述出口歧管，从所述入口歧管扩展到所述反应面的通道的长度增加，
从所述出口歧管到所述入口歧管，从所述出口歧管扩展到所述反应面的通道的长度增加，并且
所述通道被连接到所述反应面。
3.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述隔离壁以槽的形状形成在与所述反应面相反的侧面上，并且朝向所述反应面突出。
4.根据权利要求3所述的燃料电池，其中所述槽被形成为冷却剂流动的冷却通道。
5.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述隔离壁将所述通道划分成分别与反应区域连接的多个通道组。
6.一种用于燃料电池的隔板，所述燃料电池布置在膜-电极组件的两侧，并且被配置成向所述膜电极组件提供反应气体，所述隔板包括：
传导性的微孔体，其形成在与所述膜-电极组件对应的反应面上；通道单元，其被连接到反应气体流动的入口歧管和出口歧管，并且被配置成将反应气体引导到所述反应面；以及
在所述反应面上形成并且将所述微孔体划分成多个部分的隔离壁，
所述隔板与形成在所述膜-电极组件的两侧上的气体扩散层紧密接触，
其中所述通道单元形成从所述入口歧管和所述出口歧管连接到所述反应面的通道，并且在所述通道之间形成有肋条，并且
所述隔离壁与所述肋条连接，并且将所述反应面划分成多个反应区域。
7.根据权利要求6所述的隔板，其中所述通道单元包括从所述入口歧管和所述出口歧管扩展到所述反应面的通道。
8.根据权利要求6所述的隔板，其中：
所述入口歧管和所述出口歧管在对角线方向上设置，
从所述入口歧管到所述出口歧管，从所述入口歧管扩展到所述反应面的通道的长度增加，
从所述出口歧管到所述入口歧管，从所述出口歧管扩展到所述反应面的通道的长度增加，并且
所述通道被连接到所述反应面。
9.根据权利要求8所述的隔板，其中肋条在所述通道之间突出。
10.根据权利要求6所述的隔板，其中所述隔离壁以槽的形状形成在与所述反应面相反的侧面上，并且朝向所述反应面突出。
11.根据权利要求10所述的隔板，其中所述槽形成为冷却剂流动的冷却通道。
12.根据权利要求6所述的隔板，其中所述隔离壁将所述通道划分成分别与反应区域连接的多个通道组。
13.一种车辆，包括权利要求1所述的燃料电池，所述燃料电池包括膜-电极组件和在膜-电极组件的两侧布置的隔板。
14.一种车辆，包括权利要求6的用于燃料电池的隔板，所述隔板布置在膜-电极组件的两侧，并且被配置成向所述膜电极组件提供反应气体。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101724972B1 (ko) 2015-12-15 2017-04-10 현대자동차주식회사 연료전지 셀
KR101976901B1 (ko) * 2016-09-27 2019-05-13 현대자동차주식회사 연료전지 단위셀
JP6570587B2 (ja) * 2017-09-07 2019-09-04 本田技研工業株式会社 燃料電池用セパレータ及び発電セル
KR102518237B1 (ko) 2017-12-18 2023-04-07 현대자동차주식회사 연료전지용 단위셀
KR102112415B1 (ko) * 2018-10-26 2020-05-18 일도에프엔씨(주) 연료 전지용 분리판 유닛
KR20210007730A (ko) 2019-07-12 2021-01-20 현대자동차주식회사 연료전지 스택
KR102525953B1 (ko) * 2021-01-13 2023-04-26 테라릭스 주식회사 연료전지 애노드 분리판
KR20230026853A (ko) 2021-08-18 2023-02-27 현대자동차주식회사 연료전지용 분리판

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009076294A (ja) * 2007-09-20 2009-04-09 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用セパレータ
JP2011076973A (ja) * 2009-10-01 2011-04-14 Honda Motor Co Ltd 燃料電池
CN102265439A (zh) * 2009-10-13 2011-11-30 松下电器产业株式会社 燃料电池及其制造方法
KR20130065171A (ko) * 2011-12-09 2013-06-19 현대자동차주식회사 분리판 및 이를 포함하는 연료 전지

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6878477B2 (en) 2001-05-15 2005-04-12 Hydrogenics Corporation Fuel cell flow field plate
US20040151960A1 (en) 2003-01-31 2004-08-05 Rock Jeffrey Allan Flow restrictors in fuel cell flow-field
JP2005293944A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP2006147309A (ja) 2004-11-18 2006-06-08 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池
JP5015460B2 (ja) * 2006-01-05 2012-08-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の製造方法
KR100993638B1 (ko) * 2007-07-20 2010-11-10 현대자동차주식회사 연료전지용 금속분리판
JP2010015725A (ja) * 2008-07-01 2010-01-21 Toyota Motor Corp 燃料電池および燃料電池用セパレータ
JP5208059B2 (ja) * 2009-06-25 2013-06-12 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP2011170989A (ja) * 2010-02-16 2011-09-01 Sanyo Special Steel Co Ltd 燃料電池用セパレータ
US8889318B2 (en) * 2010-05-11 2014-11-18 Ford Global Technologies, Llc Fuel cell stack that promotes generally uniform flow therein
JP5389767B2 (ja) * 2010-11-02 2014-01-15 株式会社日立製作所 燃料電池用セパレータ及びこれを用いた燃料電池
CN103781824A (zh) 2011-07-07 2014-05-07 道康宁东丽株式会社 有机聚硅氧烷及其制造方法
JP5944771B2 (ja) * 2012-07-20 2016-07-05 山陽特殊製鋼株式会社 燃料電池用セパレータ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009076294A (ja) * 2007-09-20 2009-04-09 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用セパレータ
JP2011076973A (ja) * 2009-10-01 2011-04-14 Honda Motor Co Ltd 燃料電池
CN102265439A (zh) * 2009-10-13 2011-11-30 松下电器产业株式会社 燃料电池及其制造方法
KR20130065171A (ko) * 2011-12-09 2013-06-19 현대자동차주식회사 분리판 및 이를 포함하는 연료 전지

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Publication number Publication date
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