CN105680066B - 分隔板和包括该分隔板的燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供包括膜电极组件和设置在所述膜电极组件两侧的分隔板的燃料电池。该燃料电池包括形成在对应于所述膜电极组件的分隔板的反应面并且被配置成将所述反应面分隔成多个反应区域的阻隔壁。微孔体安装在分隔板和膜电极组件之间。微孔体包括设置在反应区域内的多孔单元和一体地连结到多孔单元并且平坦地接触阻隔壁的连接单元。

Description

分隔板和包括该分隔板的燃料电池

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，并且更具体地涉及具有微孔体结构的分隔板和包括所述分隔板的燃料电池。

背景技术

一般来讲，燃料电池包括通过氢气和氧气的电化学反应生成电能的单元电池。燃料电池包括分隔板，其间插置有膜电极组件(MEA：membrane-electrode assembly)。分隔板包括为膜电极组件提供包括燃料和空气的反应气体的反应流动通道和冷却剂流过的冷却流动通道。扩散反应气体的气体扩散层形成在膜电极组件的两个表面上。

燃料电池的性能的最大化需要在分隔板的反应流动通道之间的间隔致密以在气体扩散层和膜电极组件的整个反应面上提供均匀的表面压力和恒定的渗透性。减小分隔板的反应流动通道之间的间隔来防止在形成分隔板的过程中各种故障出现是有限的。因此，可以产生燃料电池的以下性能劣化因素。

例如，反应流动通道之间的较大间隔引起应力集中到分隔板和气体扩散层彼此相邻的平台面(land surface)。具体地，气体扩散层的受损的多孔结构降低了反应气体的渗透性和反应气体的扩散性能，并且生成的水的排出性能下降。此外，反应流动通道的表面具有低应力，并且气体扩散层向分隔板的流动通道单元突出。换句话讲，流体的粘度会降低。

另外，因为在破碎的部件中碳纤维穿透膜电极组件的电极层，因此气体扩散层的结构被分隔板的平台单元(land unit)破坏，从而损坏电极层。再者，因为在露出气体扩散层的流动通道单元内反应气体连续地提供到流动通道单元，所以化学反应活跃。然而，接触电阻由于在气体扩散层和膜电极组件之间的不足的表面压力而增加。即，由反应产生的电子的迁移率下降。

通常，包括包含细小孔隙的多孔结构和包括通道的三维多孔结构的模制多孔体形成在金属薄板中。此外，使用插入能够均匀分配表面压力并且改善反应气体的扩散和产生水的排出性能的微孔结构的方法来代替包括反应流动通道的分隔板。例如，微孔结构，包括金属泡沫或丝网(wire mesh)，具有高开口率并且用作表面压力分配结构以使压缩气体扩散层均匀。金属泡沫包括在金属材料内连通的泡沫。另外，金属泡沫适于用于燃料电池材料的分隔板，因为金属泡沫允许流体流过其中，并且每单位体积具有高表面积比率和增加的强度。

然而，因为内部泡沫随机连接从而限制反应气体和产生水的流动的控制，所以金属泡沫受不能将整个反应面利用的限制。此外，因为微孔结构应用于分隔板，所以燃料电池系统的寄生功率和燃料电池的体积增加，因此分隔板内的差压增加。此外，因为微孔在燃料电池内的过饱和状态期间被频繁堵塞，所以操作安全性可能被降低。

在该章节公开的上述信息只用于加强对本发明背景的理解，因此它可能包含不构成对于本领域的普通技术人员在本国已知的现有技术的信息。

发明内容

示例性实施例提供用于当使用微孔结构时均匀分配反应气体，从而提高反应气体的利用率，并且改善燃料电池堆制造的生产能力的分隔板、和包括所述分隔板的燃料电池。

本发明的示例性实施例提供了燃料电池，其包括膜电极组件和设置在该膜电极组件两侧的分隔板。燃料电池可以包括在对应于膜电极组件的分隔板的反应面中形成并且被配置成将反应面分隔成多个反应区域的阻隔壁(barrier rib)和设置在分隔板和膜电极组件之间的微孔体。微孔体可以包括设置在反应区域内的多孔单元和连结到多孔单元并且平坦地接触阻隔壁的连接单元。

在本发明的示例性实施例中，微孔体和分隔板可以一体地连结在一起。在根据示例性实施例的燃料电池中，连接单元可以通过激光焊接连结到阻隔壁。在本发明的另一个示例性实施例中，微孔体可以由金属薄板形成，并且可以提供包括细小孔隙和流动通道的模制多孔体。

另外，连接单元可以形成接触阻隔壁的平面。该平面可以通过激光焊接一体地结合到阻隔壁。阻隔壁可以形成为在反应面的相反面中并且向反应面突出的沟槽。该沟槽可以被用作冷却剂可以流经的冷却路径。在一些另外的示例性实施例中，分隔板可以包括反应气体可以被引入和排出的入口歧管和出口歧管，和可以连接到入口歧管和出口歧管并且可以被配置成将反应气体诱导至反应区域的通道单元。

另外，通道单元可以包括从入口歧管和出口歧管向反应区域延伸的通道。从入口歧管和出口歧管的一侧到相反侧，通道可的长度逐步增加，并且通道可以连接到反应区域。通道单元可以包括在通道之间形成的肋(rib)。

在示例性实施例中，阻隔壁可以连接肋并且可以将分隔板的反应面分隔成多个反应区域。具体地，阻隔壁可以将通道分隔成连接反应区域中的每个反应区域的多个通道组。

用于根据示例性实施例的燃料电池的分隔板可以设置在膜电极组件的两侧(opposing sides)上，并且可以被配置成为膜电极组件提供反应气体。每个分隔板可以包括在对应于膜电极组件的分隔板的反应面中形成并且可以将反应面分隔成多个反应区域的阻隔壁、入口歧管和出口歧管，从而允许反应气体被引入和排放。另外，反应气体可以被引入到反应区域，并且微孔体可以一体地连接阻隔壁并且可以使反应气体和产生的水在反应区域内流动。

在用于根据示例性实施例的燃料电池的分隔板中，微孔体可以包括设置在反应区域内的多孔单元和一体地连接到多孔单元并且平坦地结合到阻隔壁的连接单元。在用于根据示例性实施例的燃料电池的分隔板中，微孔体可以由薄金属板形成，并且可以包括包含细小孔隙和流动通道的模制多孔体。此外，连接单元可以具有持续平坦形状，并且可以通过激光焊接一体地结合到阻隔壁。

通道单元可以包括从入口歧管和出口歧管向反应区域延伸的通道。在分隔板中，从入口歧管和出口歧管的一侧到相反侧，通道的长度逐步增加，并且通道可以连接到反应区域。

另外，肋可以在通道之间突出，并且阻隔壁可以连接到肋并且可以将反应面分隔成多个反应区域。阻隔壁可以将通道分隔成连接反应区域中的每个反应区域的多个通道组。阻隔壁可以形成反应面的相反面的沟槽并且突向反应面。另外，该沟槽可以形成为冷却剂流经的冷却路径。

本发明的示例性实施例可以包括可以将分隔板的反应面分隔成多个反应区域的阻隔壁。通道单元可以将反应气体均匀地分配到反应区域。微孔体可以设置在各自的反应区域内。另外，燃料电池堆的性能可以显著地改善。在本发明的示例性实施例中，反应气体可以通过分隔板的阻隔壁和通道单元分配到反应区域，可以继续均匀地分配到微孔体的多孔单元(porous units)。此外，甚至在外部干扰，诸如冷凝水的过度流入期间，也能够稳定地维持燃料电池的性能。

本发明的示例性实施例可以防止反应气体流动的滞流。例如，微孔体的多孔单元可以在分隔板的反应区域中的每个反应区域中形成，从而使可以通过反应气体的反应生成的水的部分偏倚。本发明的示例性实施例可以提高燃料电池的冷却效率，因为沟槽可以在阻隔壁中形成，并且可以被用作冷却剂流经的冷却路径。示例性实施例可以减少燃料电池堆制造的持续时间，其可以通过燃料电池堆的数量的减少而减少。具体地，多孔单元可以对应于各自的反应区域的微孔体可以一体地通过连接单元连接，并且连接单元可以一体地结合到阻隔壁。

在示例性实施例中，可以通过增加微孔体形状的刚性实现处理性改善。另外，反应气体的利用率可以通过减少在微孔体的多孔单元和阻隔壁之间的间隔而增加。此外，燃料电池堆的性能可以改善，并且燃料电池堆可以将用于连接微孔体的多孔单元的连接单元紧凑地结合到分隔板。

附图说明

本公开的以上和其他的特征将根据以下结合附图的描述显而易见。

图1是示意性地示出根据本发明的示例性实施例的燃料电池的部分的截面图的示例性实施例；

图2是示出用于根据本发明的示例性实施例的燃料电池的分隔板的示意图的示例性实施例；

图3是示出用于根据本发明的示例性实施例的燃料电池的分隔板的部分的放大图的示例性实施例；

图4是示出应用到用于根据本发明的示例性实施例的燃料电池的分隔板的通道单元的图的示例性实施例；

图5是示出用于示出根据本发明的示例性实施例的燃料电池的另一种效应的比较例的示例性实施例；

图6是示出根据本发明的示例性实施例的分隔板内的流动的分析和根据比较例的分隔板内的流动的分析的图的示例性实施例；以及

图7是示出根据本发明的示例性实施例的燃料电池的性能评估和根据比较例的燃料电池的评估的图的示例性实施例。

附图标记说明

10...膜电极组件

20...阻隔壁

21...沟槽

30...气体扩散层

40...通道单元

41...通道

43...肋

45...通道组

50...分隔板

51...入口歧管

52...出口歧管

53...反应面

55...反应区域

60...微孔体

61...微孔隙

63...流动通道

71...多孔单元

73...连接单元

75...平面

80...冷却路径

具体实施方式

通过参考示例性实施例和附图的以下详细说明，本发明的优点和特征和实现其的方法将更容易理解。虽然本发明将结合示例性实施例描述，但是将理解本说明书不旨在将本发明限制于那些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅覆盖示例性实施例而且覆盖可以包括在所附权利要求所限定的本发明的实质和范围内的各种替换例、修改例、等效例和其他实施例。

本文所用术语只是为了说明目的而不旨在限制性本发明。除非上下文明确指出，否则如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。应该进一步理解，当术语“包含”、“包括的”用于本说明书中时，其指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件存在，但并非排除一种或多种其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组群的存在或加入。如本文所使用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出术语的任何或全部组合。例如，为了使本发明的说明清楚，不相关的部分未示出，并且为了清楚起见层和区域的厚度被放大。另外，当指出层在另一层或基底“上”，该层可以直接在另一层或基底上或者第三层可以设置在它们之间。

为了清楚地描述本发明，省略与本说明书不相关的部分，并且在整个附图中使用相同的附图标号表示相同或类似的零件。为了便于描述在附图中示出的元件中的每个的大小和厚度随意地示出，并且本发明不限于此。在附图中，为了清楚起见，零件和区域的厚度已经被放大。在下面的详细说明中，术语，诸如第一和第二使用的原因是区分元件，因为第一和第二分别具有相同的构造，并且因此在下面的说明中，元件不限于此类顺序。此外，在本说明书中描述的术语诸如“...单元”、“...装置”、“...零件”和“构件”中的每个意指执行至少一个功能或操作的综合元件的单元。

应当理解，如本文使用的，术语"车辆""车辆的"或其他类似的术语通常包括机动车辆，诸如包括运动型多功能车辆(SUV)、公共汽车、货车、各种商用车辆的客运汽车，包括各种小船和轮船的船只，飞机等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、燃烧插电式混合动力电动车辆、插电式混合动力车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，采自除石油之外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或多种动力源的车辆，例如汽油驱动和电驱动的车辆。

图1是示意性地示出根据本发明的示例性实施例的燃料电池的部分的截面图的示例性实施例。参考图1，根据示例性实施例的燃料电池100包括单元电池，其可以供应包括燃料的氢气和空气，例如氧化剂气体(在下文中被称为“反应气体”)，并且通过氢气和氧气的电化学反应产生电能。燃料电池100的多个片可以连续地堆叠以形成燃料电池堆。燃料电池100可以被配置成生成作为反应副产物的热量，并且排出的生成的水可以是冷凝水。例如，燃料电池100可以包括膜电极组件(MEA)10、设置在膜电极组件10的相反侧的气体扩散层30、以及紧密地(proximately)附接到各自的气体扩散层30的分隔板50。膜电极组件10可以包括在电解质膜的一个表面上形成的阳极层和在电解质膜的相反表面上形成的阴极层，其中电解质膜设置在阳极层和阴极层之间。

阳极层可以起到通过氧化反应将氢气(例如，反应气体)分离成电子和质子的作用。电解质膜可以将质子传送到阴极层。阴极层可以被配置成通过可以从阳极层接收并且可以分别被提供空气(例如，反应气体)的电子和质子的还原反应生成水分和热量。气体扩散层30可以扩散通过分隔板50供应到膜电极组件10的阳极层和阴极层的反应气体，并且可以具有导电性。气体扩散层30可以在阳极层和阴极层上形成。

分隔板50可以被配置成通过气体扩散层30将反应气体供应到膜电极组件10，并且可包括具有导电性的材料。如图2所示，分隔板50中的每个可以包括入口歧管51和出口歧管52，其可以在其相反侧的边缘形成并且可以引入和输出反应气体。此外，分隔板50可以包括可以连接到入口歧管51和出口歧管52的反应面53，换句话讲，对应于气体扩散层30的区域。

根据示例性实施例的燃料电池100可以包括气体扩散层30，然而，本发明不限于此。示例性实施例可以应用到不包括气体扩散层30的燃料电池100。燃料电池100包括气体扩散层30的示例在下面进一步描述。根据示例性实施例，燃料电池100能够均匀分配施加到膜电极组件10的表面压力，并且可以改善反应气体的扩散和生成水的排出性。

此外，示例性实施例提供了燃料电池100，其具有均匀分配反应气体流动并且甚至在外部干扰，诸如由于水分过度冷凝水分瞬间流入的期间也能够维持稳定操作的能力。此外，根据示例性实施例燃料电池100能够提高反应气体的利用率并且改善燃料电池堆制造的生产能力。

图2是示出用于根据示例性实施例的燃料电池的分隔板的平面示意图的示例性实施例。图3是示出用于根据示例性实施例的燃料电池的分隔板的部分的放大图的示例性实施例。图4是示出应用到用于根据示例性实施例的燃料电池的分隔板的通道单元的图的示例性实施例。

参考图1至图4，根据示例性实施例的燃料电池100可以包括在分隔板50中形成的阻隔壁20、通道单元40、以及在分隔板50和气体扩散层30之间形成的微孔体60。具体地，阻隔壁20可以在对应于气体扩散层30的分隔板50的反应面53内形成。阻隔壁20可以连接肋并且可以将分隔板50的反应面53分隔成多个反应区域55。阻隔壁20可以包括在反应面53的相反面上形成的沟槽21。阻隔壁20可以突向反应面53，并且可以从分隔板50的入口歧管51横向延伸到出口歧管52。换句话讲，阻隔壁20可以突向分隔板50的反应面53并且可以将反应面53分隔成多个反应区域55。

阻隔壁20可以在分隔板50内的反应面53的相反面上形成沟槽21。沟槽21可以形成当燃料电池100堆叠时冷却剂可以流经的冷却路径80。例如，燃料电池堆可以通过堆叠燃料电池100的多个片而形成，相邻燃料电池100的分隔板50的反应面53的相反面可以附接。冷却路径80可以在相反面上的沟槽21相邻时形成。

在示例性实施例中，通道单元40可以起到均匀将可以被引入入口歧管51的反应气体的流动分配至反应面53的反应区域55的作用，并且可以防止由反应气体的反应生成的水部分偏倚的现象。例如，反应气体的流动的滞流可以归因于该现象。此外，通道单元40可以将被引入入口歧管51的反应气体引导至反应面53的反应区域55。另外，反应气体可以通过反应区域55排放至出口歧管52。例如，通道单元40可以包括连接到入口歧管51和出口歧管52并且还可以连接到反应面53的反应区域55的多个通道41。

通道41可以被配置成从入口歧管51和出口歧管52延伸至反应面53的反应区域55。具体地，通道可以在入口歧管51和反应面53之间和在出口歧管52和反应面53之间形成。例如，从入口歧管51和出口歧管52的一侧到另一侧，通道41的长度逐步增加，并且通道41可以连接到反应面53的反应区域55。换句话讲，肋43可以在通道41之间突出，并且从入口歧管51和出口歧管52的一侧到相反侧，其长度逐步增加。

在分隔板50中，反应面53的反应区域55可以在入口歧管51和出口歧管52的部分连接到通道41。阻隔壁20可以连接到通道单元40的肋43。例如，阻隔壁20可以在入口歧管51的部分连接到通道单元40的肋43，并且可以在出口歧管52的部分连接到通道单元40的肋43。阻隔壁20可以连接到通道单元40的肋43。阻隔壁20可以将反应面53分隔成多个反应区域55，并且可以将通道单元40的通道41分隔成可以连接到反应区域55的多个通道组45。

在示例性实施例中，微孔体60可以被配置成通过气体扩散层30将通过分隔板50的入口歧管51引入的反应气体供应到膜电极组件10。微孔体60可以设置在分隔板50和气体扩散层30之间。换句话讲，微孔体60可以使反应气体和生成的水流入分隔板50的反应面53的反应区域55中。微孔体60可以由金属或碳泡沫(carbon foam)制成，并且可以具有预定的开口率(例如，孔隙率)。此外，微孔体60可以由丝网制成。

可以在两个金属薄板中形成细小孔隙61和流动通道63的模制多孔体在下文中被描述为示例性微孔体60。模制多孔体可以具有三维微孔结构，并且可以更容易制造，从而促进大规模生产。微孔体60可以具有开流场型(open flow field type)的微孔结构，其可以被插入到分隔板50的反应面53以提高燃料电池100的反应效率。具体地，微孔体60可以由包括铜、金、铝、钨、锌金属或具有优异导电性的金属合金的材料中的任一种制成。微孔体60可以提供通过微孔体传递反应气体和生成水的结构。例如，因为在金属材料内的许多泡(bubbles)连接，微孔体可以具有每单位体积的高表面积比率和优异的强度。

此外，微孔体60可以通过微孔提高反应气体的局部扩散性，可以促进反应气体和生成水的运动，并且可以通过均匀压缩气体扩散层30分配表面压力。更具体地，微孔体60可以与分隔板50集成。例如，微孔体60可以连结到分隔板50的阻隔壁20，并且可以使反应气体和生成的水在分隔板50的反应面53的反应区域55内流动。

换句话讲，微孔体60可以包括可以设置在反应面53的反应区域55中的多孔单元71、和可以一体地连结到多孔单元71并且可以平坦地接触阻隔壁20的连接单元73。多孔单元71可以具有细小孔隙并且可以对应于气体扩散层30。此外，细小孔隙可以设置在分隔板50的反应区域55内。如上所述，多孔单元71可以起到使反应气体和生成的水在反应区域55内流动的作用。

此外，连接单元73可以一体地连结设置在反应区域55内的多孔单元71。在示例性实施例中，连接单元73可以具有大致平面形状，并且可以平坦地结合到阻隔壁20。例如，连接单元73可以通过多孔单元71之间的阻隔壁20的阻隔壁表面，并且可以一体地结合到具有接触阻隔壁20的平面的阻隔壁20。连接单元73可以形成可以平坦地接触阻隔壁20的阻隔壁表面的平面75。平面75可以使用激光焊接或粘合剂一体地结合到阻隔壁20的阻隔壁表面。

根据示例性实施例，如上所述的燃料电池100的效应下面参考公开的附图详细说明。首先，在示例性实施例中，在一侧，氢气(例如，反应气体)可以被供应到分隔板50的入口歧管51，并且在另一侧，空气(例如，反应气体)可以被供应到分隔板50的入口歧管51。

反应气体可以通过通道单元40的通道41扩散，并且可以被分配并从分隔板50的反应面53诱导至反应区域55，并且可以被均匀引入反应区域55的微孔体60的多孔单元71。具体地，在示例性实施例中，阻隔壁20可以将分隔板50的反应面53分隔成多个反应区域55。阻隔壁20可以将通道单元40的通道41分隔成多个通道组45。另外，反应气体可以通过通道41的通道组45被诱导至反应面53的反应区域55，并且可以均匀地从反应区域55引入到微孔体60的多孔单元71。

此外，在示例性实施例中，因为微孔体60的多孔单元71可以在反应区域55内形成，反应气体可以流经多孔单元71的微孔。例如，反应气体的局部扩散性可以提高，多孔单元71可以均匀地压缩气体扩散层30，并且施加到气体扩散层30的表面压力可以分散。

反应气体(即，氢气和空气)可以通过气体扩散层30扩散，并且可以被供应到膜电极组件10的阳极层和阴极层。阳极层和阴极层可以通过氢气和氧气的电化学反应生成电能，并且生成使用热量和冷凝水的水。此外，反应气体可以通过微孔体60的多孔单元71，并且可以通过通道单元40的通道41排放至出口歧管52。

在另一个示例性实施例中，如上所述通过氢气和氧气的电化学反应生成的热量可以通过流经燃料电池100的分隔板50之间的冷却路径80的冷却剂冷却。如上所述，燃料电池100包括可以将分隔板50的反应面53分隔成多个反应区域55的阻隔壁20、可以将反应气体均匀分配到反应区域55的通道单元40、以及可以设置在反应区域55内的微孔体60。另外，在示例性实施例中，反应气体可以继续均匀地分配到微孔体60的多孔单元71。甚至在外部干扰，诸如冷凝水的过度流入干扰下，燃料电池的性能也可以稳定地维持。另外，可以防止由于生成的水的部分偏倚引起的反应气体的流动的滞流，从而提高燃料电池堆的性能。

此外，在示例性实施例中，可以提高燃料电池的冷却效率，因为形成阻隔壁20的沟槽21可以被用作冷却剂流经的冷却路径80。燃料电池100的其他效应可以与比较例比较，并且在本文中描述。

图5是示出用于示出根据本发明的示例性实施例的燃料电池的另一种效应的比较例的示例性实施例。参考图5，对应于示例性实施例的比较例的燃料电池1可以被配置成通过阻隔壁3将分隔板5的反应面分割成多个反应区域6，并且可以在反应区域内并且彼此分开地安装微孔体7。具体地，在比较例中，因为彼此分开的微孔体7可以在分隔板5的反应区域6内安装，所以微孔体7的数量可以因为阻隔壁3的数量的增加而增加以改善反应气体的分配。结果，在比较例中，彼此分开的多个微孔体7可以在分隔板5的反应区域6内安置。另外，根据几百个燃料电池1的垂直堆叠的燃料电池堆的制造可能变得困难。

例如，在比较例中，假设阻隔壁3的数量是3个，彼此分开的微孔体7可以安装在各自的反应区域6内，因此用于将微孔体7堆叠在单个电池的燃料电池1上的过程必须执行四次。因此，根据几百个燃料电池1的垂直堆叠制造燃料电池堆所需的时间增加。在比较例中，因为微孔体7可以由约0.1t或更小的薄金属板形成，所以通过微孔体7自身维持整个形状可能是困难的。此外，在通过堆叠燃料电池1制造燃料电池堆的过程中处理微孔体7可能是困难的。

在比较例中，当微孔体7被转移以形成燃料电池堆时，因为微孔体7可以弯曲，所以燃料电池堆的堆叠精确度可能下降。在比较例中，不存在微孔体7可以被结合到分隔板5的结合区域，因为特定的平坦部分不包括在彼此分开的微孔体7的形状中。此外，在比较例中，存在的缺点是，因为微孔体7被结合到分隔板5的单独的结合区域必须在微孔体7的边缘分开形成，所以燃料电池堆的体积增加。

根据示例性实施例，燃料电池100可以包括微孔体60，每个微孔体包括通过阻隔壁20分隔的分隔板50的反应区域55内设置的多孔单元71、和一体地连接到多孔单元71并且平坦地结合到阻隔壁20的连接单元73。例如，在微孔体60中，多孔单元71可以对应于各自的反应区域55，并且可以一体地通过连接单元73连接，并且连接单元73可以一体地结合到阻隔壁20。因此，用于在单个电池的燃料电池100上堆叠微孔体60的过程的数量可以被降低至一次。结果，为了制造燃料电池堆而堆叠燃料电池100所需的时间可以降低至比较例的约25％的水平。

在示例性实施例中，微孔体60可以具有通过连接单元73一体地连结的多个多孔单元71，并且连接单元73自身被用作珠粒(beads)。换句话讲，可以增加微孔体60的刚性，并且当微孔体60被转移以形成燃料电池堆时，因为微孔体60可以防止被弯曲，所以燃料电池堆的堆叠精确度可以提高。在示例性实施例中，因为平面75可以形成在微孔体60的多孔单元61可以被一体地连结到的连接单元73中，所以连接单元73可以被用作分隔板50和微孔体60可以被结合的结合区域。因此，燃料电池堆可以被更紧凑地配置。

相反地，在比较例中，为了安置彼此分开的微孔体7以防止微孔体7干扰阻隔壁3，微孔体7以在微孔体7和阻隔壁3之间具有富余量的方式安装在各自的反应区域6内。然而，与微孔体7的流动通道相比，微孔体7和阻隔壁3之间的空间具有小压力差。因此，因为反应气体的流动被偏倚并且降低了反应气体的利用率，所以该空间是有问题的。另外，在比较例中，特定间隔或更大的堆叠富余量必须固定以将微孔体7安置在阻隔壁3之间的反应区域6内。

此外，分隔板5和微孔体7由约0.1t或更小的薄金属板制成。平面性可能难以确保，并且在阻隔壁3和微孔体7之间的堆叠富余量可能是约2mm或更大。因此，在比较例中，假设阻隔壁的数量是3个，当彼此分开的四个微孔体7安装在阻隔壁3之间的反应区域6内时，因为对于每个微孔体7必须确保约2mm或更多的富余空间，所以存在微孔体没有被应用到的8mm或更多的总区域。结果，在比较例中，存在在微孔体没有被应用的区域，即在阻隔壁3和微孔体7的富余空间反应气体的流动偏倚的现象。这可以导致反应气体的利用率下降。

相反，在示例性实施例中，对应于各自的反应区域55的多孔单元71可以通过连接单元73一体地连结到阻隔壁20，从而形成微孔体60。与比较例相比，微孔体60的多孔单元71和阻隔壁20之间的堆叠富余区域可以减少至约25％或更少。另外，可以观察到随反应气体的利用率的增加，燃料电池的性能改善。

图6是示出在根据本发明的示例性实施例的分隔板内的流动的分析和根据比较例的分隔板内的流动的分析的图的示例性实施例。根据图6，可以看到，在微孔体7内可以持续恒定水平分配反应气体，并且反应气体的流量在阻隔壁3的部分快速增加，因为在比较例中微孔体7可以以在微孔体7和阻隔壁3之间具有富余量的方式安装在各自的反应区域6内。其原因是，反应气体的流动向微孔体7和阻隔壁3之间的空的空间偏倚。因此，在比较例中，反应气体的利用率下降。

相反，在示例性实施例中，多孔单元71和阻隔壁20之间的空间可以最小化，因为对应于各自的分隔板50的反应区域的多孔单元71可以通过连接单元73一体地连结，并且连接单元73可以结合到阻隔壁20。因此，根据图6，反应气体的流动的快速偏倚不会在阻隔壁20的部分产生，并且反应气体可以具有均匀的分布偏差。

图7是示出根据本发明的示例性实施例的燃料电池的性能评估和根据比较例的燃料电池的评估的图的示例性实施例。在比较例中，如上所述，因为反应气体的流动可以向微孔体7和阻隔壁3之间的空空间偏倚(偏倚)，所以反应气体的利用率可以下降。在示例性实施例中，因为多孔单元71和阻隔壁20之间的空间可以最小化，所以可以被均匀分配，因为反应气体的流动的快速偏倚(偏倚)不会在阻隔壁20的部分产生。因此，在示例性实施例中，如在图7中示出的燃料电池的性能评估结果，与比较例相比，在高电流部分出现约1％或更大的性能改善。

虽然已经结合的目前认为是示例性实施例描述了本发明，但是相反，本发明旨在涵盖包括在所附权利要求的实质和范围内的各种修改和等效布置。此外，认为这些修改和变更中的全部落入本发明的范围内。

Claims (19)

1.一种燃料电池，其包括膜电极组件和设置在所述膜电极组件两侧的分隔板，所述燃料电池包括：

形成在与所述膜电极组件对应的分隔板的反应面上并且被配置成将所述反应面分隔成多个反应区域的阻隔壁；以及

由金属薄板形成并且设置在所述分隔板和所述膜电极组件之间的微孔体，

其中所述微孔体包括设置在所述反应区域中的多孔单元和连结到所述多孔单元并且形成平坦地与所述阻隔壁接触的连接单元，所述连接单元形成平面并且是无孔的结构。

2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述微孔体和所述分隔板连结到一起。

3.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述连接单元通过激光焊接连结到所述阻隔壁。

4.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述微孔体被提供为包括多个细小孔隙和流动通道的模制多孔体。

5.根据权利要求4所述的燃料电池，其中所述平面通过激光焊接连结到所述阻隔壁。

6.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述阻隔壁形成为在所述反应面的相反面的沟槽并且突向所述反应面。

7.根据权利要求6所述的燃料电池，其中所述沟槽形成为冷却剂流经的冷却路径。

8.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述分隔板包括：

用于引入和排放反应气体的入口歧管和出口歧管；以及

连接到所述入口歧管和所述出口歧管并且被配置成将所述反应气体诱导至所述反应区域的通道单元。

9.根据权利要求8所述的燃料电池，其中所述通道单元包括从所述入口歧管和所述出口歧管延伸至所述反应区域的通道。

10.根据权利要求9所述的燃料电池，从所述入口歧管和所述出口歧管的第一侧到第二侧，所述通道的长度逐渐增加，并且所述通道连接到所述反应区域。

11.根据权利要求9所述的燃料电池，其中所述通道单元包括在所述通道之间形成的肋。

12.根据权利要求11所述的燃料电池，其中所述阻隔壁连结到所述肋并且将所述分隔板的反应面分隔成多个反应区域。

13.根据权利要求12所述的燃料电池，其中所述阻隔壁将所述通道分隔成连结到所述反应区域的多个通道组。

14.一种用于燃料电池的多个分隔板，其设置在膜电极组件的两侧中的每一侧上，并且被配置成向所述膜电极组件提供反应气体，每个分隔板包括：

形成在与所述膜电极组件对应的分隔板的反应面上并且将所述反应面分隔成多个反应区域的阻隔壁；

连结到用于引入和排放反应气体的入口歧管和出口歧管并且将反应气体诱导至所述反应区域的通道单元；以及

一体地连结到所述阻隔壁并且使反应气体和产生的水在所述反应区域内流动的由金属薄板形成的微孔体，

其中所述微孔体包括设置在所述反应区域中的多孔单元和连结到所述多孔单元并且形成平坦地与所述阻隔壁接触的连接单元，所述连接单元形成平面并且是无孔的结构。

15.根据权利要求14所述的分隔板，其中所述微孔体由金属薄板形成，并且被提供为具有细小孔隙和流动通道的模制多孔体，并且所述连接单元通过激光焊接一体地结合到所述阻隔壁。

16.根据权利要求14所述的分隔板，其中所述通道单元包括从所述入口歧管和所述出口歧管延伸至所述反应区域的通道，并且从所述入口歧管和所述出口歧管的第一侧到第二侧，所述通道的长度逐渐增加，并且所述通道连接到所述反应区域。

17.根据权利要求16所述的分隔板，其中在所述通道之间突出有肋，并且所述阻隔壁连结到所述肋并将所述反应面分隔成多个反应区域。

18.根据权利要求16所述的分隔板，其中所述阻隔壁将所述通道分隔成连结到所述反应区域的多个通道组。

19.根据权利要求14所述的分隔板，其中所述阻隔壁形成为在所述反应面的相反面的沟槽并且突向所述反应面，并且所述沟槽形成为冷却剂流经的冷却路径。

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