CN105684202B - 用于燃料电池堆叠的金属分隔板以及具有该金属分隔板的燃料电池堆叠 - Google Patents

用于燃料电池堆叠的金属分隔板以及具有该金属分隔板的燃料电池堆叠 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于燃料电池堆叠的金属分隔板以及具有该金属分隔板的燃料电池堆叠，其中，设计了包括在一侧方向上开口的空气路径的突出图案，或者包括一侧开口而另一侧闭合的空气路径的突出图案，从而可以提高冷却性能和堆叠的性能而无需设置任何额外的冷却板。此外，阻碍了水分从闭合的空气路径内泄露，从而提高了膜电极组件的保湿性能。

Description

用于燃料电池堆叠的金属分隔板以及具有该金属分隔板的燃 料电池堆叠
技术领域
本发明涉及用于燃料电池堆叠的金属分隔板以及具有该金属分隔板的燃料电池堆叠；更具体而言，本发明涉及这样的用于燃料电池堆叠的金属分隔板，其包括各自具有在短侧方向上开口的空气路径的突出图案，或者各自具有在一侧开口而在另一侧闭合的空气路径的突出图案；本发明不仅可以提高冷却性能和堆叠的性能而无需在燃料电池堆叠中安装分开的冷却板，而且可以通过阻碍水分从闭合的空气路径内泄露而提高膜电极组件的保湿性能；本发明还涉及具有上述金属分隔板的燃料电池堆叠。
背景技术
燃料电池指的是，使用氢气和氧气以电化学的方式来发电的设备。更具体而言，燃料电池将从外部持续供应的氢气和空气通过电化学反应转化为电能和热能。
这样的燃料电池使用在阳极的氧化反应和在阴极的还原反应发电。此时，使用包括催化剂层和聚合物电解质膜的膜电极组件(membrane electrode assembly，MEA)，以便促进氧化和还原反应，其中所述催化剂层包括铂或铂钌合金。导电隔膜联接至MEA的两端，从而形成电池结构。
因为燃料电池的单元电池的电压较低，所以其实用性必然较低。因此，一般堆叠和使用几个或几百个单元电池。在堆叠单元电池时，金属分隔板用于将各个单元电池电连接，并且分隔反应气体。
一般的用于燃料电池的金属分隔板包括反应气体通道和冷却水通道以及垫片，所述反应气体通道和冷却水通道形成在矩形金属板的中心，所述垫片包围所述反应气体通道和冷却水通道。反应气体通道和冷却水通道可以一起被称为通道部分。一般而言，反应气体通道通过从金属板的前表面到后表面进行的冲压工艺形成，而冷却水通道通过利用在从金属板的后表面突出的反应气体通道之间的区域而形成。根据通道部分的结构，反应气体可以在金属板的前表面上流动，而冷却水可以在金属板的后表面上流动。因此，金属板的前表面可以称为反应气体流动表面，而金属板的后表面可以称为冷却水流动表面。
金属分隔板具有水冷结构，在该水冷结构中，在通道部分的一侧被引入冷却水引入歧管的冷却水在穿过冷却水通道时将热量冷却，其中，所述热量是在燃料电池工作期间的活化损失、在阳极的还原反应以及焦耳发热而产生的。在通道部分的另一侧，已经经过冷却过程的冷却水通过冷却水排放歧管被排放到金属分隔板外。
对于水冷的金属分隔板，必须向金属分隔板持续供应冷却水，以便冷却在燃料电池工作期间产生的热量。在该情况下，水冷的金属分隔板需要用于供应冷却水的泵、脱离子器、热交换器等，从而增加了燃料电池系统的制造成本。另一方面，风冷的金属分隔板具有降低燃料电池系统的制造成本的效果。
然而，风冷的金属分隔板具有总共两个阴极层，所述两个阴极层包括用于供应空气的阴极分隔板以及用于在竖直方向上确保空间以平稳地供应空气的冷却板，其中所述冷却板用作冷却鳍。在该情况下，因为额外需要冷却板，燃料电池堆叠的整体体积和制造成本必然增加。
本发明的相关技术公开于2003年6月2日公开的韩国专利延迟公开第10-2003-0042633号，并提供了这样的燃料电池堆叠：其包括冷却板，所述冷却板具有风冷结构并且被堆叠在单元电池之间。
发明内容
技术问题
本发明的实施方案涉及一种用于燃料电池堆叠的金属分隔板，所述金属分隔板包括能够提高冷却性能和堆叠的性能而无需在燃料电池堆叠中安装分开的冷却板的开口的空气路径；本发明还涉及具有该金属分隔板的燃料电池堆叠。
此外，本发明的实施方案还涉及用于燃料电池堆叠的金属分隔板，所述金属分隔板不仅能够平稳地供应反应气体并且提高冷却性能和堆叠的性能而无需在燃料电池堆叠中安装分开的冷却板，而且还能够通过阻碍水分从闭合的空气路径内泄露而提高膜电极组件(MEA)的保湿性能；本发明还涉及具有该金属分隔板的燃料电池堆叠。
技术方案
在一个实施方案中，用于燃料电池堆叠的金属分隔板可以包括：金属分隔板体，其包括：通道部分，所述通道部分具有在从底部到顶部的方向上突出的突出图案，所述突出图案在形成阵列形的同时彼此分开，并且被部分切割从而具有在短侧方向上开口的空气路径；以及歧管部分，所述歧管部分具有反应气体入口和反应气体出口，所述反应气体入口和反应气体出口分别设置在通道部分的两个侧边缘；以及垫片，其包括第一垫片以及第二垫片，所述第一垫片在所述金属分隔板体的顶部表面沿着歧管部分的边缘形成，而所述第二垫片设置在通道部分的边缘，并且具有岛状结构，其中，所述第二垫片与所述突出图案交替布置。
在另一个实施方案中，燃料电池堆叠可以包括：两个或更多个金属分隔板；以及MEA，其插置在各个金属分隔板之间，其中，该两个或更多个金属分隔板包括用于阴极的金属分隔板以及用于阳极的金属分隔板，用于阴极的金属分隔板具有在从底部到顶部的方向上突出的突出图案，所述突出图案在形成阵列形的同时彼此分开，并且被部分切割从而具有在短侧方向上开口的空气路径，所述空气路径形成为拉延筋(draw bead)形并且具有3到5mm的宽度，而用于阳极的金属分隔板具有反应气体流动路径，所述反应气体流动路径在从顶部到底部的方向上突出，并且沿着与突出图案的空气路径交叉的长侧方向形成。
在另一个实施方案中，金属分隔板可以包括：金属分隔板体，其包括通道部分以及歧管部分，所述通道部分具有在从底部到顶部的方向上突出的突出图案，所述突出图案在形成阵列形的同时彼此分开，并且被部分切割从而具有沿着短侧方向或长侧方向的一侧开口而另一侧闭合的空气路径，而所述歧管部分具有反应气体入口和反应气体出口，所述反应气体入口和反应气体出口分别设置在通道部分的两个侧边缘；以及垫片，其包括第一垫片以及第二垫片，所述第一垫片在所述金属分隔板体的顶部表面沿着歧管部分的边缘形成，所述第二垫片设置在通道部分的边缘，并且具有岛状结构，其中，所述第二垫片与突出图案交替布置。
在另一个实施方案中，燃料电池堆叠可以包括：两个或更多个金属分隔板；以及MEA，其插置在各个金属分隔板之间，其中，该两个或更多个金属分隔板包括用于阴极的金属分隔板以及用于阳极的金属分隔板，用于阴极的金属分隔板具有突出图案，所述突出图案各自具有在短侧方向或长侧方向上的一侧开口而另一侧闭合的空气路径，所述空气路径形成为拉延筋形并且具有3到5mm的宽度，而用于阳极的金属分隔板具有反应气体流动路径，所述反应气体流动路径从顶部到底部突出，并且形成为与所述突出图案的空气路径交叉的形状。
有益效果
根据本发明的实施方案，用于燃料电池堆叠的金属分隔板和具有该金属分隔板的燃料电池堆叠可以包括各自具有在短侧方向上开口的空气路径的突出图案，而且设置在通道区域的突出图案和垫片可以按之字形交替布置，从而将垫片对空气引入的干扰最小化，同时将冷却性能最大化。
此外，因为用于阴极的金属分隔板包括各自具有开口的流动路径的突出图案，所以该用于燃料电池堆叠的金属分隔板以及具有该金属分隔板的燃料电池堆叠能够确保优异的冷却性能和堆叠性能，而无需在其中安装分开的冷却板。此外，因为可以省略分开的冷却板，所以能够降低制造成本和减小整体体积。
此外，该用于燃料电池堆叠的金属分隔板和具有该金属分隔板的燃料电池堆叠可以包括各自具有一侧开口而另一侧闭合的空气路径的突出图案，从而提高了冷却性能和堆叠性能。此外，金属分隔板可以阻碍水分从闭合的空气路径泄露，从而提高MEA的保湿性能。
此外，因为该用于燃料电池堆叠的金属分隔板和具有该金属分隔板的燃料电池堆叠包括各自具有部分开口的空气路径的突出图案，所以该燃料电池堆叠能够平稳地供应反应气体，并且提高冷却性能以及堆叠性能，而无需在其中安装分开的冷却板。此外，因为可以省略分开的冷却板，所以能够降低制造成本和减小整体体积。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施方案的用于燃料电池堆叠的金属分隔板的平面视图。
图2是图1中的部分A的放大立体视图。
图3是根据本发明的第一实施方案的燃料电池堆叠的分解立体视图。
图4是根据本发明的第一实施方案的燃料电池堆叠的一部分的放大立体视图。
图5是沿着图4中的线V-V'得到的截面视图。
图6是根据本发明的第二实施方案的用于燃料电池堆叠的金属分隔板的立体视图。
图7是图6中的突出图案的放大立体视图。
图8是沿着图7中的线VIII-VIII'得到的截面视图。
图9是根据本发明的第二实施方案的修改形式的用于燃料电池堆叠的金属分隔板的一部分的分解立体视图。
图10是沿着图9中的线X-X'得到的截面视图。
图11是根据本发明的第二实施方案的燃料电池堆叠的分解立体视图。
图12是图11中的突出图案的放大立体视图。
图13是沿着图12中的线XIII-XIII'得到的截面视图。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明的实施方案进行详细描述。应当注意，附图不是按精确比例绘制的，而是可能夸大了线宽或部件的尺寸，这仅是为了描述的方便和清楚。此外，本文所用的术语是考虑本发明的功能而进行定义的，并且可以根据使用者或操作者的习惯或意图而进行改变。因此，应当根据本文所述的整体的公开内容来作出对术语的定义。
下文中，将如下详细地描述根据本发明的实施方案的用于燃料电池堆叠的金属分隔板以及具有该金属分隔板的燃料电池堆叠。
(第一实施方案)
图1是根据本发明的第一实施方案的用于燃料电池堆叠的金属分隔板的平面视图，图2是图1中的部分A的放大立体视图。
参考图1和图2，根据本发明的第一实施方案的用于燃料电池堆叠的金属分隔板100可以包括金属分隔板体120和垫片140。
金属分隔板体120可以包括通道部分CH和歧管部分MA。通道部分CH可以包括在从底部到顶部的方向上突出的突出图案125，所述突出图案在形成阵列形的同时彼此分开，并且被部分切割从而具有在短侧方向上开口的空气路径；歧管部分MA可以包括反应气体入口160和反应气体出口162，所述反应气体入口和反应气体出口分别设置在通道部分CH的两个侧边缘。
此时，各自具有空气路径127的突出图案125可以形成为拉延筋形，并且具有3到5mm的宽度。当突出图案125的宽度小于3mm时，穿过空气路径127的空气量下降以至降低冷却性能。另一方面，当突出图案125的宽度大于5mm时，突出图案125之间的距离减小，这使得图案难以设计。
具体而言，突出图案125可以在金属分隔板体120的短侧方向上被切割，并且使空气路径127在金属分隔板体120的短侧方向上开口，而在金属分隔板体120的长侧方向上闭合。从而，穿过突出图案125的空气路径127的空气可以从金属分隔板体120的一个短侧引入，然后排放到金属分隔板体120的另一个短侧。
垫片140可以不仅用于确保气密性，还用于在堆叠了两个或更多个金属分隔板的情况下，提高金属分隔板之间的连接力和黏着力。垫片140可以由橡胶形成。然而，本实施方案不限于此，垫片140可以由塑料形成。
垫片140可以包括第一垫片142和第二垫片144。第一垫片142可以在金属分隔板体120的顶部表面沿着歧管部分MA的边缘形成，而第二垫片144可以设置在通道部分CH的边缘并且具有岛状结构，其中第二垫片144与突出图案125交替布置。此时，突出图案125和第二垫片144可以之字形交替布置，从而确保供应到空气路径127的空气的引入路径。当第二垫片144布置在与突出图案125重叠的直线上时，第二垫片144会阻碍供应到突出图案125的空气路径127的空气的引入，从而显著降低冷却性能。因此，第二垫片144可以沿着金属分隔板体120的长侧方向以等间距设置，并且布置为之字形，以便不与突出图案125重叠。
根据本发明的第一实施方案的用于燃料电池堆叠的金属分隔板可以包括突出图案，突出图案各自具有在短侧方向上开口的空气路径，并且在通道区域中设置的突出图案和垫片可以之字形交替布置。从而，金属分隔板可以将垫片对空气的引入的干扰最小化，因此将冷却效率最大化。
图3是根据本发明的第一实施方案的燃料电池堆叠的分解立体视图。
参考图3，根据本发明的第一实施方案的燃料电池堆叠400可以包括两个或更多个金属分隔板以及插置在金属分隔板之间的MEA 200。此时，该两个金属分隔板可以包括用于阴极的金属分隔板100以及用于阳极的金属分隔板300。
用于阴极的金属分隔板100可以具有在从底部到顶部的方向上突出的突出图案125，所述突出图案在形成阵列形的同时彼此分开，并且被部分切割从而具有在短侧方向上开口的空气路径。此时，各自具有空气路径的突出图案125可以形成为拉延筋形，以具有3到5mm的宽度。
因为用于阴极的金属分隔板100具有与图1和图2中的用于燃料电池堆叠的金属分隔板基本相同的结构，所以本文将省略对其的具体描述。
用于阳极的金属分隔板300可以具有反应气体流动路径325，所述反应气体流动路径在从顶部到底部的方向上突出，并且沿着与突出图案125的空气路径交叉的长侧方向形成。此外，用于阳极的金属分隔板300可以具有反应气体引入歧管360以及反应气体排放歧管362。反应气体引入歧管360可以设置在对应于用于阴极的金属分隔板100的反应气体入口160的位置，反应气体排放歧管362可以设置在对应于用于阴极的金属分隔板100的反应气体出口162的位置。
用于阳极的金属分隔板300可以进一步包括垫片340，该垫片沿着歧管区域(未示出)与通道区域(未示出)的边缘形成。垫片340可以不仅用于确保气密性，还用于提高用于阴极的金属分隔板100与MEA 200之间的连接力和黏着力。
MEA 200可以插入在用于阴极的金属分隔板100与用于阳极的金属分隔板300之间。MEA 200可以包括聚合物电解质层，以及分别形成在聚合物电解质层的两个表面上的阳极和阴极。
图4是根据本发明的第一实施方案的燃料电池堆叠的一部分的放大立体视图，而图5是沿着图4中的线V-V'得到的截面视图。图4是组装好的燃料电池堆叠的立体视图，其示出了沿着图3的中间部分切割的表面。
如图4和图5所示，燃料电池堆叠400可以具有这样的结构，其中用于阳极的金属分隔板300、MEA 200以及用于阴极的金属分隔板100顺序堆叠。此时，用于阳极的金属分隔板300的反应气体流动路径325可以布置为与用于阴极的金属分隔板100的空气路径127交叉的形状。
此时，因为用于阴极的金属分隔板100的突出图案125是沿着金属分隔板100的短侧方向切割的，所以突出图案125可以在短侧方向上开口，而在长侧方向上闭合。从而，突出图案125可以具有沿着短侧方向开口的空气路径127。
即，因为用于阴极的金属分隔板100包括各自具有开口的空气路径127的突出图案125，所以金属分隔板100可以具有其自身的冷却功能。从而，金属分隔板100可以确保优异的冷却性能和堆叠性能，而无需在其中安装分开的冷却板。
因此，当燃料电池堆叠400工作时，从设置在用于阴极与阳极的金属分隔板100与300的一侧的冷却风扇(未示出)引入的空气可以穿过沿着短侧方向开口的空气路径127。此时，从冷却风扇引入的空气可以被分配到布置在直线上的空气路径以及布置在相邻位置的空气路径127中。从而，在从设置在用于阴极与阳极的金属分隔板100与300的一侧的冷却风扇供应的空气穿过突出图案125(其被设计为沿着短侧方向开口)的空气路径127时，空气可以将由活化损失(activation loss)、还原反应或焦耳发热(Joule heating)产生的热量冷却。
因为，根据本发明的第一实施方案的燃料电池堆叠中的用于阴极的金属分隔板包括各自具有开口的空气路径的突出图案，该燃料电池堆叠可以确保优异的冷却性能以及堆叠性能，而无需在其中安装分开的冷却板。此外，因为可以省略分开的冷却板，所以可以降低制造成本和整体体积。
(第二实施方案)
图6是根据本发明的第二实施方案的用于燃料电池堆叠的金属分隔板的立体视图，图7是图6中的突出图案的放大立体视图，而图8是沿着图7中的线VIII-VIII'得到的截面视图。
参考图6和图8，根据本发明的第二实施方案的用于燃料电池堆叠的金属分隔板500可以包括金属分隔板体520和垫片540。
金属分隔板体520可以包括通道部分CH和歧管部分MA。通道部分CH可以包括在从底部到顶部的方向上突出的突出图案525，所述突出图案在形成阵列形的同时彼此分开，并且被部分切割从而具有这样的空气路径，所述空气路径沿着短侧方向或长侧方向的一侧开口而另一侧闭合；歧管部分MA可以包括反应气体入口560和反应气体出口562，所述反应气体入口和反应气体出口分别设置在通道部分CH的两个侧边缘。
此时，各自具有空气路径527的突出图案525可以形成为拉延筋形，并且具有3到5mm的宽度。当突出图案525的宽度小于3mm时，穿过空气路径527的空气量会下降以至降低冷却性能。另一方面，当突出图案525的宽度大于5mm时，突出图案525之间的距离会减小，这使得图案难以设计。
具体而言，突出图案525具有开口部分G和闭合部分C，所述开口部分形成在该突出图案的沿着短侧方向或长侧方向的一侧，而所述闭合部分形成在该突出图案的相对侧。开口部分G与闭合部分C可以形成规则的图案。从而，穿过突出图案525的空气路径527的空气可以被引入到突出图案525的开口部分G，由于突出图案525的闭合部分C而停留在空气路径527中，并且然后被排放到空气路径527外。从而，突出图案525的闭合部分C可以用作阻碍水分泄露到空气路径527外的阻碍层，其中所述水分包含在通过空气路径527的开口部分G引入的空气中。从而，突出图案525的闭合部分C能够防止突出图案525干燥，因而提高MEA(未示出)的保湿性能。
垫片540可以不仅用于确保气密性，还用于在堆叠了两个或更多个金属分隔板时提高多个金属分隔板之间的连接力和黏着力。垫片540可以由橡胶形成。然而，本实施方案不限于此，垫片540可以由塑料形成。
垫片540可以包括第一垫片542和第二垫片544。第一垫片542可以在金属分隔板体520的顶部表面沿着歧管部分MA的边缘形成，而第二垫片544可以设置在通道部分CH的边缘并且具有岛状结构，其中第二垫片544与突出图案525交替布置。此时，突出图案525和第二垫片544可以之字形交替布置，从而确保供应到空气路径527的空气的引入路径。当第二垫片544布置在与突出图案525重叠的直线上时，第二垫片544会阻碍供应到突出图案525的空气路径527的空气的引入，从而显著降低冷却性能。因此，第二垫片544可以沿着金属分隔板体520的长侧方向以等间距设置，并且布置为之字形，以便不与突出图案525重叠。
根据本发明的第二实施方案的用于燃料电池堆叠的金属分隔板可以包括突出图案，所述突出图案各自具有一侧开口而另一侧闭合的空气路径，从而提高了冷却性能和堆叠性能。此外，金属分隔板可以阻碍水分从闭合的空气路径泄露，从而提高MEA的保湿性能。
图9是根据本发明的第二实施方案的修改形式的用于燃料电池堆叠的金属分隔板的一部分的放大立体视图，而图10是沿着图9中的线X-X'得到的截面视图。
参考图9和图10，突出图案525可以具有开口部分G和闭合部分C，所述开口部分形成在该突出图案的沿着短侧方向或长侧方向的一侧，而所述闭合部分形成在相对侧。
此时，突出图案525可以具有对称的结构，其中奇数行的开口部分G布置为面对着偶数行的开口部分G的相反方向，而奇数行的闭合部分C布置为面对着偶数行的闭合部分C的相反方向。当奇数行和偶数行进行对称布置时，由于涡流，穿过空气路径527的空气可以在突出图案525的闭合部分C中停留更长的时间。从而，这样的结构可以防止突出图案525干燥，这能够提高MEA的保湿性能。
尽管没有示出，但是，四个突出图案525可以形成一个单元电池。四个突出图案525可以布置为分别面对着不同的方向。从而，当四个突出图案525形成为面对着不同的方向时，空气的停留时间可以由于涡流而增加。因此，可以进一步提高MEA的保湿性能。
图11是根据本发明的第二实施方案的燃料电池堆叠的分解立体视图。
参考图11，根据本发明的第二实施方案的燃料电池堆叠800可以包括两个或更多个金属分隔板以及插置在金属分隔板之间的MEA600。此时，该两个金属分隔板可以包括用于阴极的金属分隔板500以及用于阳极的金属分隔板700。
用于阴极的金属分隔板500可以具有在从底部到顶部的方向上突出的突出图案525，所述突出图案在形成阵列形的同时彼此分开，并且被部分切割从而具有在短侧方向上开口的空气路径。此时，各自具有空气路径的突出图案125可以形成为拉延筋形，并且具有3到5mm的宽度。
因为用于阴极的金属分隔板500具有与图1至图3中的用于燃料电池堆叠的金属分隔板基本相同的结构，所以本文将省略对其的具体描述。
用于阳极的金属分隔板700可以具有反应气体流动路径725，所述反应气体流动路径从顶部到底部突出，并且形成为与突出图案525的空气路径交叉的形状。此外，用于阳极的金属分隔板700可以具有反应气体引入歧管760以及反应气体排放歧管762。反应气体引入歧管760可以设置在对应于用于阴极的金属分隔板500的反应气体入口560的位置，而反应气体排放歧管762可以设置在对应于用于阴极的金属分隔板500的反应气体出口562的位置。
用于阳极的金属分隔板700可以进一步包括垫片740，该垫片沿着歧管区域(未示出)与通道区域(未示出)的边缘形成。垫片740可以不仅用于确保气密性，还用于提高用于阴极的金属分隔板500与MEA 600之间的连接力和黏着力。
MEA 600可以插入在用于阴极的金属分隔板500与用于阳极的金属分隔板700之间。MEA 600可以包括聚合物电解质层，以及分别形成在聚合物电解质层的两个表面上的阳极和阴极。
图12是沿着图11中的突出图案的放大立体视图，而图13是沿着图12中的线XIII-XIII'得到的截面视图。
如图12和图13所示，燃料电池堆叠800可以具有这样的结构，其中用于阳极的金属分隔板700、MEA 600以及用于阴极的金属分隔板500顺序堆叠。此时，用于阳极的金属分隔板700的反应气体流动路径725可以布置为与用于阴极的金属分隔板500的空气路径527交叉的形状。
此时，用于阴极的金属分隔板500可以包括突出图案525，所述突出图案各自具有空气路径527，所述空气路径的沿着短侧方向的一侧开口，而另一侧闭合。突出图案525可以具有开口部分G和闭合部分C，所述开口部分形成在该突出图案的沿着短侧方向或长侧方向的一侧，所述闭合部分形成在相对侧。即，在突出图案525的四侧中，可以三侧闭合，仅剩余的一侧可以开口。
即，因为用于阴极的金属分隔板500包括各自具有一侧开口而另一侧闭合的空气路径527的突出图案525，所以金属分隔板500可以具有其自身的冷却功能。从而，用于阴极的金属分隔板500可以确保优异的冷却性能和堆叠性能，而无需在其中安装分开的冷却板。
此外，用于阴极的金属分隔板500的突出图案525的闭合部分C可以用作阻碍水分泄露到空气路径527外的阻碍层，其中所述水分包含在通过空气路径527的开口部分G引入的空气中。从而，闭合部分C可以防止突出图案525干燥，因此提高MEA的保湿性能。
因此，当燃料电池堆叠800工作时，从设置在用于阴极与阳极的金属分隔板500与700的一侧的冷却风扇(未示出)引入的空气可以穿过沿着短侧方向或长侧方向的一侧开口而另一侧闭合的空气路径527。此时，从冷却风扇引入的空气可以被分配到部分开口的空气路径527，并穿过空气路径527。然后，在空气被引入到突出图案525的闭合部分C时，空气可以在停留于闭合部分C附近之后被排放。
从而，在从设置在用于阴极与阳极的金属分隔板500与700的一侧的冷却风扇供应的空气穿过突出图案525的空气路径527时，空气可以将由活化损失、还原反应或焦耳发热产生的热量冷却。此外，由于突出图案525的闭合部分C导致的涡流，穿过开口部分G的空气可以停留于闭合部分C附近，从而防止突出图案525干燥。因此，能够提高MEA600的保湿性能。
因为根据本发明的第二实施方案的燃料电池堆叠包括各自具有一侧开口而另一侧闭合的流动路径的突出图案，所以能够平稳地供应反应气体，并且能够提高冷却性能，从而提高堆叠性能。此外，燃料电池堆叠可以阻碍水分从空气路径泄露，从而提高MEA的保湿性能。
此外，因为根据本发明的第二实施方案的燃料电池堆叠包括各自具有部分开口的空气路径的突出图案，所以该燃料电池堆叠可以确保优异的冷却性能以及堆叠性能，而无需在其中安装分开的冷却板。此外，因为可以省略分开的冷却板，所以可以降低制造成本和减小整体体积。
此外，根据本发明的第二实施方案的燃料电池堆叠不仅可以应用到风冷结构，还可以应用到水冷结构。
尽管结合附图而提供一些实施方案来描述本发明，但是对于本领域技术人员显然的是，这些实施方案仅是以说明的方式给出的，而且在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种修改形式和等同形式。本发明的范围应当仅由所附权利要求书限定。

Claims (12)

1.一种用于燃料电池堆叠的金属分隔板，包括：
金属分隔板体，其包括：通道部分，所述通道部分具有在从底部到顶部的方向上突出的突出图案，所述突出图案在形成阵列形的同时彼此分开，并且被部分切割从而具有在短侧方向上开口的空气路径；以及歧管部分，所述歧管部分具有反应气体入口和反应气体出口，所述反应气体入口和反应气体出口分别设置在通道部分的两个侧边缘；以及
垫片，其包括：第一垫片，所述第一垫片在所述金属分隔板体的顶部表面沿着歧管部分的边缘形成；以及第二垫片，所述第二垫片设置在通道部分的边缘，并且具有岛状结构，其中，所述第二垫片与所述突出图案交替布置。
2.根据权利要求1所述的金属分隔板，其中，所述突出图案和所述第二垫片按之字形交替布置，从而确保供应到空气路径的空气的引入路径。
3.根据权利要求1所述的金属分隔板，其中，各自具有空气路径的突出图案形成为拉延筋形，并且具有3到5mm的宽度。
4.一种燃料电池堆叠，包括：
两个或更多个金属分隔板；以及
膜电极组件，其插置在各个金属分隔板之间，
其中，该两个或更多个金属分隔板包括用于阴极的金属分隔板以及用于阳极的金属分隔板，
用于阴极的金属分隔板具有在从底部到顶部的方向上突出的突出图案，所述突出图案在形成阵列形的同时彼此分开，并且被部分切割从而具有在短侧方向上开口的空气路径，所述空气路径形成为拉延筋形并具有3到5mm的宽度，并且
用于阳极的金属分隔板具有反应气体流动路径，所述反应气体流动路径在从顶部到底部的方向上突出，并且沿着与突出图案的空气路径交叉的长侧方向形成。
5.一种金属分隔板，包括：
金属分隔板体，其包括：通道部分，所述通道部分具有在从底部到顶部的方向上突出的突出图案，所述突出图案在形成阵列形的同时彼此分开，并且被部分切割从而具有沿着短侧方向或长侧方向的一侧开口而另一侧闭合的空气路径；以及歧管部分，所述歧管部分具有反应气体入口和反应气体出口，所述反应气体入口和反应气体出口分别设置在通道部分的两个侧边缘；以及
垫片，其包括：第一垫片，所述第一垫片在所述金属分隔板体的顶部表面沿着歧管部分的边缘形成；以及第二垫片，所述第二垫片设置在通道部分的边缘，并且具有岛状结构，其中，所述第二垫片与所述突出图案交替布置。
6.根据权利要求5所述的金属分隔板，其中，所述突出图案中的每一个具有开口部分和闭合部分，所述开口部分形成在突出图案的在沿着短侧方向或长侧方向的一侧，而所述闭合部分形成在相对侧，并且
所述开口部分与所述闭合部分被布置为形成规则的图案。
7.根据权利要求6所述的金属分隔板，其中，所述突出图案以这样的方式布置：沿着短侧方向或长侧方向布置的、奇数行的开口部分和闭合部分与偶数行的开口部分和闭合部分面对着相同的方向。
8.根据权利要求6所述的金属分隔板，其中，所述突出图案具有对称的结构，其中，奇数行的开口部分被布置为面对着偶数行的开口部分的相反方向，而奇数行的闭合部分被布置为面对着偶数行的闭合部分的相反方向。
9.根据权利要求6所述的金属分隔板，其中，四个突出图案形成一个单元电池，并且该四个突出图案被布置为面对着不同的方向。
10.根据权利要求5所述的金属分隔板，其中，所述突出图案和所述第二垫片按之字形交替布置，从而确保供应到空气路径的空气的引入路径。
11.一种燃料电池堆叠，包括：
两个或更多个金属分隔板；以及
膜电极组件，其插置在各个金属分隔板之间，
其中，该两个或更多个金属分隔板包括用于阴极的金属分隔板以及用于阳极的金属分隔板，
用于阴极的金属分隔板具有突出图案，所述突出图案各自具有在短侧方向或长侧方向上的一侧开口而另一侧闭合的空气路径，所述空气路径形成为拉延筋形并且具有3到5mm的宽度，并且
用于阳极的金属分隔板具有反应气体流动路径，所述反应气体流动路径从顶部到底部突出，并且形成为与所述突出图案的空气路径交叉的形状。
12.根据权利要求11所述的燃料电池堆叠，其中，所述燃料电池堆叠具有风冷结构或水冷结构。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK181150B1 (en) * 2021-05-27 2023-03-01 Blue World Technologies Holding ApS Fuel cell stack, assembly of a bipolar plate and a gasket, and method of providing a sealing around a bipolar plate
AU2022410316A1 (en) * 2021-12-17 2024-02-01 Danfoss A/S Cassette for electrolyzer with gas barrier
WO2023111051A2 (en) * 2021-12-17 2023-06-22 Danfoss A/S Cassette for electrolyzer with porous electrolyte plate
AU2022409580A1 (en) * 2021-12-17 2024-02-01 Danfoss A/S Cassette for electrolyzer of a four plate construction

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6299999B1 (en) * 1996-09-04 2001-10-09 Siemens Aktiengesellschaft Intermediate element for thermal, electrical and mechanical connection of two parts
CN1691369A (zh) * 2004-04-28 2005-11-02 爱考斯研究株式会社 隔板及采用该隔板的燃料电池
CN102473928A (zh) * 2009-07-31 2012-05-23 现代Hysco株式会社 燃料电池用空冷式金属分离板及利用该分离板的燃料电池堆栈

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7189468B2 (en) * 2001-03-16 2007-03-13 Creare Inc. Lightweight direct methanol fuel cell
KR20030042633A (ko) 2001-11-23 2003-06-02 (주)세티 공기냉각 구조를 갖는 냉각판이 단위전지 사이에 적층된연료전지스택
JP4747486B2 (ja) * 2003-10-09 2011-08-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP2005340179A (ja) * 2004-04-28 2005-12-08 Equos Research Co Ltd セパレータ及びそれを用いた燃料電池装置
JP4639744B2 (ja) 2004-10-07 2011-02-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP2006179404A (ja) * 2004-12-24 2006-07-06 Ebara Corp 空冷式燃料電池発電装置
KR100658289B1 (ko) 2005-11-29 2006-12-14 삼성에스디아이 주식회사 가열기체 유입부를 갖는 분리판 및 이를 구비한 연료전지시스템
IL173539A0 (en) * 2006-02-05 2006-07-05 Rami Noach Flow distributor plate
JP2009104922A (ja) 2007-10-24 2009-05-14 Toyota Motor Corp 燃料電池および燃料電池の製造方法
JP5763533B2 (ja) * 2008-06-23 2015-08-12 ヌヴェラ・フュエル・セルズ・インコーポレーテッド 高分子電解質膜型燃料電池スタック及びバイポーラプレートアッセンブリ
JP5286070B2 (ja) 2008-12-25 2013-09-11 株式会社日立製作所 燃料電池セパレータ
JP5549478B2 (ja) 2010-08-26 2014-07-16 トヨタ紡織株式会社 燃料電池
JP5811439B2 (ja) 2011-05-30 2015-11-11 日産自動車株式会社 燃料電池ユニット及び燃料電池スタック

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6299999B1 (en) * 1996-09-04 2001-10-09 Siemens Aktiengesellschaft Intermediate element for thermal, electrical and mechanical connection of two parts
CN1691369A (zh) * 2004-04-28 2005-11-02 爱考斯研究株式会社 隔板及采用该隔板的燃料电池
CN102473928A (zh) * 2009-07-31 2012-05-23 现代Hysco株式会社 燃料电池用空冷式金属分离板及利用该分离板的燃料电池堆栈

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