CN107732278B

CN107732278B - 燃料电池堆组件

Info

Publication number: CN107732278B
Application number: CN201710602795.7A
Authority: CN
Inventors: M·J·比特尔; J·D·威廉姆斯; R·C·汤普森
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2021-04-20
Anticipated expiration: 2037-07-21
Also published as: DE102017118143B4; US20180048012A1; DE102017118143A1; US10211477B2; CN107732278A

Abstract

提供了一种燃料电池堆组件，其包括第一双极板、第二双极板、辅垫圈以及气体扩散层。第二双极板可以与第一双极板限定出旁路通道。旁路通道包括形成在其中的至少一个凸起。气体扩散层可以设置在第一双极板与第二双极板之间，而辅垫圈被夹在形成在第一双极板和第二双极板中的每一个中的金属压条密封件之间。

Description

燃料电池堆组件

技术领域

本公开总体上涉及PEM燃料电池，并且更具体地涉及用于分离燃料电池堆中的相邻燃料电池的双极板。

背景技术

燃料电池已经在许多应用中用作电源。例如，已经提出将燃料电池用在电动交通工具的电力设备中以取代内燃机。在质子交换膜(PEM)型燃料电池中，将氢供给至燃料电池的阳极，并且将氧作为氧化剂供给至阴极。PEM燃料电池包括膜电极组件(MEA)，所述膜电极组件包括薄的、质子传导的、不导电的固体聚合物电解质膜，在所述电解质膜的一面具有阳极催化剂，而在其相对面具有阴极催化剂。MEA被夹在一对无孔的导电元件或板之间，所述元件或板(1)将电子从燃料电池堆的一个燃料电池的阳极传递至相邻电池的阴极，(2)包含形成于其中的适当通道和/或开口，用于将燃料电池的气体反应物分配于相应阳极和阴极催化剂的整个表面上；以及(3)包含形成于其中的适当通道和/或开口，用于将适当的冷却剂分配于整个燃料电池堆上，以便保持温度。

术语“燃料电池”通常是用于指代单个电池或者多个电池(堆)，具体根据上下文而定。多个单独的电池通常被包在一起以便形成燃料电池堆，并且通常按照串联的方式设置。堆内的每个电池包括前文所述的膜电极组件(MEA)，并且每个这种MEA提供了其电压增量。堆内的一组相邻电池被称为簇。举例来说，堆中多个电池的一些典型布置在美国专利第5,663,113号中进行了示出和描述。在PEM燃料电池中，氢(H2)为阳极反应物(即燃料)，而氧为阴极反应物(即氧化剂)。氧可为纯氧形式(O2)或者为空气(O2和N2的混合物)。

夹着MEA的导电板可以在其面中包含沟槽阵列，所述沟槽阵列限定了用于将燃料电池的气体反应物(即氢和呈现为空气形式的氧)分配于相应阴极和阳极的表面上的反应物流场。这些反应物流场基本上包括多个在其间限定了多个流道的平台，气体反应物通过这些流道从位于流道的一端处的供应集管流向位于流道的相对端处的排出集管。反应物流场是与气体扩散层的面直接相邻的预定流场图案，以促进两者之间的反应。

在燃料电池堆中，多个电池电气串联地堆叠在一起，且同时由可透气导电双极板进行分离。在一些情况下，双极板为通过固定一对具有形成于其外部工作面上的反应物流场的薄金属板而形成的组件。通常情况下，内部冷却剂流场设置于双极板组件的金属板之间。已知的还有将隔板置于金属板之间以便优化热传递特征，从而改善燃料电池冷却作用。

通常，与燃料电池堆相关联的冷却系统包括循环泵，用于将液体冷却剂通过燃料电池堆循环至热交换器，在该热交换器处，将废热能(即热)传递至环境。典型液体冷却剂的热属性要求有相对较大的容量循环通过系统以便充分排出废能，从而将堆的温度保持于可接受的范围内，特别是保持于最大动力条件之下。

燃料电池已经作为一种用于电动车辆和各种其它应用的清洁、高效且环保的能源提出。特别地，燃料电池已被确定是现代汽车中所使用的传统内燃机的潜在替代方案。

已知燃料电池的一种常见类型是质子交换膜(PEM)燃料电池。PEM燃料电池包括布置在例如双极板的一对燃料电池板之间的组合电极组件(UEA)。UEA可以包括邻近膜电极组件(MEA)的阳极面和阴极面布置的扩散介质(也被称为气体扩散层)。MEA包括薄的质子传导性聚合物膜电解质，所述膜电解质在其一个面上形成有阳极电极膜，而在其相对面上形成有阴极电极膜。一般情况下，此类膜电解质由离子交换树脂制成，并且通常包括全氟化磺酸聚合物，例如由E.I.Dupont de Nemours&Co.提供的NAFIONTM。另一方面，阳极和阴极膜通常包括(1)细化分裂的碳微粒、附着在碳微粒的内外表面上的非常细化分裂的催化剂微粒、以及与催化剂微粒和碳微粒混合的质子传导材料(例如，NAFIONTM)，或(2)仅催化剂微粒而无碳微粒分布在聚四氟乙烯(PTFE)粘结剂中。

MEA可以夹在多片多孔透气性的传导材料片之间，这些传导材料片压在MEA的阳极和阴极表面上，并且用作(1)阳极和阴极的初级集流体以及(2)MEA的机械支持。合适的此类初级集流体片或气体扩散介质可以包括碳或石墨纸或织物、细网眼贵金属筛等，这在本领域中是已知的。

以此形成的夹层物被压在一对导电板(下文称为“双极板”)12、14、16之间，所述导电板用作次级集流体，用于收集来自初级集流体的电流并在堆内的相邻电池之间传导电流(即，在双极板的情况下)，以及在堆的端部处的单极板情况下在堆外的相邻电池之间传导电流。双极板各自包含至少一个所谓的“流场”，该流场在阳极和阴极的表面上分配燃料电池的气体反应物(例如，H₂或O₂/空气)。反应物流场包括多个平台，所述平台接合气体扩散层并在其间限定出多个流道，气体反应物通过这些流道在双极板中的供给歧管与排出歧管之间流动。蜿蜒流道可以(但并不一定地)在流场18中使用，并且仅在制出许多发夹形弯头和之字形回转之后才连接供给歧管和排出歧管，从而使得蜿蜒流道的每个引线与同一个蜿蜒流道的至少另一个引线相接。应当理解，可以将各种配置用于流道。

因此，在行业中期望提供一种用于促使反应物气体更好地朝向气体扩散层分配，而不是朝向在活性流道外部运作的旁路通道分配的机制。按照这种方式，燃料堆就能够实现更高的反应速率，从而提高燃料堆的效率和耐用性。

发明内容

因此，本公开提供了一种燃料电池板组件，其用于将反应物引导通过PEM燃料电池，从而使得在气体扩散层与反应物之间可以出现更大的反应速率。

本公开的燃料电池堆组件包括第一双极板、第二双极板、第一辅垫圈和第二辅垫圈以及气体扩散层。应当理解，气体扩散层可以具有夹层结构，同时MEA设置在两个气体扩散介质之间。提供了活性流场外部的旁路通道。旁路通道可以以各种方式提供。例如，第二双极板可以与第一双极板限定出旁路通道，其中该旁路通道形成在与气体扩散层的侧缘相邻的内金属元件中。还应理解，由于气体扩散层与辅垫圈之间存在有厚度变化，因此，可以通过产生与气体扩散层相邻的间隙或通道来形成活性流道外部的旁路通道。不管配置如何，旁路通道进一步包括形成在其中的至少一个凸起。气体扩散层可以设置在第一双极板与第二双极板之间，而第一辅垫圈和第二辅垫圈设置在气体扩散层的每一侧上，从而使得第一辅垫圈和第二辅垫圈固定在两个双极板的金属压条密封件之间。GDL层比SG厚，或者如括号中所述。

燃料电池板组件可以进一步包括用于每个双极板的内金属元件，其中每个内金属元件限定反应物流场和冷却剂流场。内金属元件进一步限定至少一个旁路通道，其中可以沿着旁路通道的长度形成多个垂直凸起(突出部/凹口或隧道)，从而当反应物在旁路通道中行进时破坏反应物的流动。因此，凸起促使反应物从入口朝向气体扩散层流动，而不是经由旁路通道直接流到出口。

本发明能够更好地分配或分流从旁路朝向气体扩散层返回到反应物的活性区域的流动，由此能够在整个活性区域上对反应加以优化，而这显然提高了燃料电池堆的效率。

参考附图，通过以下的详细说明，本发明及其特定特征和优点将变得更加明显。

附图说明

通过以下对优选实施例的详细说明以及最佳形式、所附权利要求和附图，本公开的这些及其他特征和优点将变得显而易见，其中：

图1A为PEM燃料电池堆的放大示意图。

图1B为非限制示例性双极板的放大示意图。

图2为沿线条2-2的图5的旁路通道的横截面示意图。

图3为本公开的PEM燃料电池堆的第一非限制性示例的等距横截面示意图。

图4为本公开的PEM燃料电池堆的第二非限制性示例的等距横截面示意图。

图5为本公开的PEM燃料电池堆的第三非限制性示例的等距横截面示意图。

图6A为本公开的非限制性示例的平面示意图，其中气体扩散层设置在具有金属压条密封件的双极板上，所述金属压条密封件具有形成在旁路通道中的凹口型凸起。

图6B为本公开的非限制性示例的平面示意图，其中气体扩散层设置在具有金属压条密封件的双极板上，所述金属压条密封件具有形成在旁路通道中的隧道型凸起。

图7为本公开的实施例的平面示意图，其中隧道远离金属压条密封件分开。

图8A为本公开的实施例的横截面图，其示出了气体扩散层和辅垫圈没有发生弯曲的旁路通道的一部分的横截面图。

图8B为本公开的实施例的横截面图，其示出了气体扩散层和辅垫圈在通道内的第二方向上弯曲的旁路通道的一部分的横截面图。

图8C为本公开的实施例的横截面图，其示出了气体扩散层和辅垫圈在通道内的第一方向上弯曲的旁路通道的一部分的横截面图。

在整个对附图部分的若干视图的说明中，相同的附图标记表示相同的部分。

具体实施方式

本文描述的示例性实施例提供了用于说明性目的的细节，并且在组成、结构和设计方面存在许多变化。然而，应当强调的是，本公开并不限于所示出和所描述的特定布置。应当理解，在情况可能暗示或提出权宜手段的情况下，对等同物的各种省略和替换加以考虑，但是这些省略和替换旨在覆盖应用或实施方式而不脱离本公开的权利要求的精神或范围。同样需要理解的是，如本文所用的措辞和术语是用于说的目的，不应被视为具有限制性。

术语"第一"、"第二"等在此并不表示任意顺序、数量或重要性，而是用于将一个元素与另一个元素进行区分，并且术语"一个(a)"和"一个(an)"在此并不表示对数量的限制，而是表示存在有至少一个所引用的项目。

本公开提供了一种PEM燃料堆，其中每个旁路通道70内的反应物旁路气体流72(图5所示)可以由于凸起15而沿着每个旁路通道70的长度限制在多个区域中，其中所述凸起可以延伸入旁路通道70中。图1A示意性地描绘了具有一对通过无孔导电双极板12而彼此分离的膜电极组件(MEA)8和10的部分PEM燃料电池堆11。每个MEA8、10具有阴极面8c、10c和阳极面8a、10a。MEA8和10以及双极板12在无孔导电性液冷式双极板14和16之间堆叠在一起。双极板12、14和16各自包括在双极板12、14、16的面中形成的用于将燃料和氧化剂气体(即H₂和O₂)分配给MEA8、10的反应面的流场18、20和22。

辅垫圈26、28、30、32在燃料电池堆11的若干双极板12、14、16之间提供密封和电气绝缘。多孔可透气的导电片(气体扩散介质)34、36、38和40向上压靠在MEA8和10的电极面上，并用作电极的初级集流体。如图1所示，每个辅垫圈26、28、30、32限定用于对应的气体扩散介质34、36、38、40的内周边41。气体扩散介质34、36、38和40还为MEA8和10提供机械支撑，尤其是在MEA在流场中未被支撑的地点处。适宜的气体扩散介质34、36、38和40包括碳/石墨纸/布料、细网眼贵金属筛、开室贵金属泡沫材料、以及传导来自电极的电流且同时允许气体通过其中的类似介质。然而，应当理解，在整个本公开和示意图中，气体扩散层21、23可以实际上表示夹在两个气体扩散介质之间的MEA8，如图1A所示。

应当理解，气体扩散层21、23可以是通过将碳纤维编织成碳布料(例如，GDL-CT和ELAT)或通过将碳纤维一起压入到碳纸(西格里、科德宝和东丽)中而制成的多孔结构。如今生产的许多标准GDL都配有微孔层(MPL)和疏水处理(PTFE)。MPL和PTFE有助于与膜产生接触并进行水管理。MPL通常提供具有大量用于催化剂的表面积以及与膜的良好接触的光滑层。MPL通常使用PTFE作为增加疏水性的粘结剂，这有助于保持膜内的水不会逸出---使膜变干并引发更高的电阻(更低的性能)。(备注：原文为空白)

双极板14和16向上压靠MEA8的阴极面8c上的气体扩散介质34和MEA10的阳极面10a上的气体扩散介质40，而双极板12向上压靠MEA8的阳极面8a上的气体扩散介质36和MEA10的阴极面10c上的气体扩散介质38。诸如氧或空气等氧化剂气体从储罐46经由适宜的供给管道42供应到燃料电池堆的阴极侧。类似地，诸如氢等燃料从储罐48经由适宜的供给管道44供应到燃料电池的阳极侧。在另一个实施例中，可以去掉氧气罐46，并将空气从环境供给到阴极侧。同样地，可以替代地将氢罐48去掉，氢可以从转化器供给到阳极侧，该转化器从甲醇或液态烃(如汽油)以催化方式产生氢。

MEA的H₂侧和O₂/空气侧的排出管道(未示出)还可以用于从阳极流场移除耗尽了H₂的阳极气体以及从阴极流场移除耗尽了O₂的阴极气体。冷却剂管道50、52提供来用于根据需要向双极板14、16供给和排出液体冷却剂。应当理解，双极板12、14、16的每个内金属元件56限定流场18，使得可以为冷却剂流场20在内金属元件56与外金属元件58之间形成蜿蜒流道。此外，在内金属元件56中还提供流场18，从而沿着每个燃料电池的气体扩散层21、23的表面对输入的反应物气体进行引导。

可以以各种不同的方式形成活性流道18外部的旁路通道70。例如，第二双极板14可以与第一双极板12限定出旁路通道70，其中该旁路通道70形成在与气体扩散层21、23的侧缘相邻的内金属元件56中。还应理解，由于气体扩散层21、23与辅垫圈26、28之间存在有厚度变化，因此，可以通过产生与气体扩散层21、23相邻的间隙或通道来形成活性流道18外部的旁路通道70。这种厚度变化可能会发生，具体如下：气体扩散层21、23的厚度大于辅垫圈26、28的厚度，或者辅垫圈26、28的厚度大于气体扩散层21、23的厚度。当气体扩散层21、23的厚度大于辅垫圈26、28的厚度时，由于第一板凸起25和第二板凸起27形成了从辅垫圈26、28的厚度开始的逐渐走低以满足气体扩散层25、27的厚度，进而形成了更大的旁路间隙，因此，第一板凸起25和第二板凸起27的有益效果是显著的。

不管配置如何，旁路通道70进一步包括形成在其中的至少一个凸起25、27。气体扩散层70可以设置在第一双极板12与第二双极板14之间，而第一辅垫圈26和第二辅垫圈28设置在气体扩散层21、23的每一侧上，从而使得第一辅垫圈26和第二辅垫圈28固定在两个双极板12、14的金属压条密封件24之间。

参考图1B，示出了非限制示例性双极板12、14、16的金属元件56、58。每个内金属元件56附接到外金属元件58，以限定出冷却剂流动路径68(图2所示)。金属元件56、58限定出通道18、20、22，所述通道可以(但并不一定地)是蜿蜒通道的形式，这些蜿蜒通道可操作地配置为将反应物分配在对应的气体扩散层21、23上(图1所示)。

将燃料歧管孔64(用于氢气)提供来用于进行供给和移除。还将氧化剂歧管孔66(用于氧气)提供来用于进行供给和移除。虽然图1B所示的歧管孔被示出为三角形，但是，歧管孔还可以是圆形、矩形或任何形状。燃料歧管密封区域和氧化剂歧管密封区域位于燃料歧管孔和氧化剂歧管孔66的周边处。歧管密封区域可以在基本上垂直的方向上从内金属元件56/外金属元件58的表面延伸，从而提供与对应的MEA(在图1A中示出为元件8、10)的接触。氧化剂歧管孔66仅向阴极室提供氧化剂流和从阴极室提供氧化剂流。

现参考图6A和图6B，提供了本公开的非限制性示例的平面图，其中气体扩散层21、23和辅垫圈26、28、30、32设置在具有波浪形金属压条密封件24的对应的双极板12、14、16上，该金属压条密封件在旁路通道70中具有凸起15。双极板12、14、16的凸起15(其可以具有各种配置)可以远离双极板12、14、16的表面延伸到旁路通道70中，以破坏旁路气体流72的方向(如图3至图5所示)。因此，当旁路气体流72受到破坏时，凸起15略微增大了旁路通道70中的压力，这由此将反应物气体从输入阀引向气体扩散层21、23，使得反应效率得到提高。

现在参考图3至图5，示出了本公开的PEM燃料电池堆11的各种非限制性示例的等距横截面示意图。在图3至图5的每一幅图中，示出了双极板12、14、16中的凸起15破坏旁路通道70中的反应物旁路流72的方向的各种配置。旁路通道70中的反应物气体流72的湍流路径增大了旁路通道70中的压力，并因此促使位于旁路通道的入口点处(或者甚至可能在旁路通道70中)的反应物气体流向气体扩散层21、23(而不是经由旁路通道70从输入阀直接流到输出阀)。因此，输入气体具有更大的可能与气体扩散层21、23发生反应，从而带来更出色的效率和更高的反应速率。

因此，提供了包括第一双极板12、第二双极板16、第一辅垫圈30和第二辅垫圈32以及气体扩散层21、23的燃料电池堆组件11。第二双极板14在气体扩散层21、23的每个侧边45处与第一双极板12限定出旁路通道70。第二双极板14可以包括形成在第二双极板14中的第二板凸起27，其中第二板凸起27的至少一部分形成在旁路通道70中。第二板凸起27可操作地配置为限制反应物旁路流72的路径。气体扩散层23可以设置在对应的第一双极板12和第二双极板16之间。

如图所示，在图3至图5中，由于第二双极板14在第二板凸起27处的凸起表面29具有变化的角度，使得反应物旁路流72不能在直线路径中移动，而正是鉴于此，第二板凸起27可以可操作地配置为改变反应物旁路流72的方向。应当理解，第二板凸起27可以是形成在第二双极板14中的单个凸起(图6B中所示的卡止部/凹口19或如图6A所示的隧道17)，如图3所示。可替代地，第二板凸起27可以是形成在第二双极板14中的多个凸起，如图5所示。

与第二板凸起27类似，由于第一双极板12在第一板凸起25处的表面具有变化的角度，使得反应物旁路流72不能在直线路径中移动，而正是鉴于此，第一板凸起也可操作地配置为改变反应物旁路流72的方向。应当理解，第一板凸起25可以是形成在第一双极板12中的单个凸起(卡止部或隧道17)，如图4所示。可替代地，第一板凸起25可以是形成在第一双极板14中的多个凸起，如图5所示。

第一板凸起25和第二板凸起27可以是形成在用于第一双极板12和第二双极板14中的每一个的内金属元件56中的隧道17(如图6A所示)。隧道17可以具有不同的长度。然而，可以缩短某个或每个隧道17，使得该隧道17不会干扰气体扩散层21、23。应当理解，气体扩散层可以对来自第一双极板12和第二双极板14的内金属元件56的压缩力敏感，因此，由于隧道17可能会向气体扩散层21、23提供该压缩力，所以可能并不希望包括设置在气体扩散层21、23上方或下方的隧道17。

此外，当第一凸起25和/或第二凸起27以隧道17的形式提供时，这类隧道17可以(但并不一定地)在基本上垂直的方向(如图6A所示)上相对于金属压条密封件24设置，从而使得凸起15防止反应物旁路流72沿直线方向行进。可替代地，在又一个非限制性示例中，第一板凸起25和第二板凸起27可以以一个凹口(或多个凹口)19的形式提供，所述凹口限定在旁路通道70中，如图6B所示。因此，由于凸起表面59的变化的角度，形成在旁路通道70中的第一凸起25和/或第二凸起27使得反应物旁路流72经历湍流。因此，这导致旁路通道70中的压力增加并且将旁路通道70中的反应物推向气体扩散层21、23，而不是直接推到输出阀。这使得反应物与气体扩散层21、23之间的反应速率得到提高，从而提高了燃料电池堆11中的效率。

现在参考图3和图4，示出了燃料电池堆组件11的非限制性示例，其中第一板凸起25形成在第一双极板12中且第二板凸起27形成在第二双极板14中，使得第一板凸起25处于远离第二板凸起27的预定距离处。还应当理解，本公开考虑了这样的配置：第一板凸起25可以“嵌套”在第二双极板14的金属元件中，使得第二双极板14的至少一部分可以在金属元件中具有与第一板凸起25的凸起表面29的变化角度相对应的变化表面，如图4所示。第一双极板12和第二双极板14的凸起表面29中的对应的方向变化防止了气体扩散层21、23中出现不必要的压缩力和张力。如上所述，气体扩散层21、23的寿命周期可能由于过大的压缩力和张力而降低。

再次参考图4，应进一步理解的是，第一板凸起25也可以“嵌套”在第二板凸起27的隧道17或凹口19之间，从而在反应物旁路流72沿旁路通道70行进时使得反应物旁路流72在80、82、84处被重新定向三次。如图3至图6A/图6B所示，第一板凸起25和第二板凸起27可以(但并不一定地)沿着旁路通道70的长度或者沿着设置在气体扩散层21、23的任一侧的每个旁路通道70的长度设置。还应当理解，由于隧道是从金属压条密封件出来，因此隧道(或隧道凸起)17可以对齐，并且隧道可以具有从金属压条密封件开始减小的凸起高度，使得密封件能正常发挥作用。随着隧道凸起17与金属压条密封件凸起相距的距离的增加，本公开实现了隧道凸起高度增加和隧道凸起路径修改。隧道凸起路径修改可以使得相邻板的隧道凸起17可以开始彼此分开，使得当隧道凸起中的高度增加时，不存在材料干扰，如图7所示。

现参考图1B和图2，示出了可以为第一双极板12或第二双极板14的双极板。如图2所示，第一双极板12和第二双极板14中的每一个由两个金属元件56、58形成(图1B所示)。可以靠近气体扩散层21、23设置的“内”金属元件56包括限定反应物流场18(在示意性的图3和图4中示出)的第一侧和限定冷却剂流场的第二侧(图1B)。反应物流场18是预定流场图案18，其可以是本示例性非限制列表的形式：扭动图案、直线图案或蜿蜒图案。预定流场图案可以邻近气体扩散层的面。在第一双极板12和第二双极板14的每一个的两个金属元件56、58之间限定冷却剂流场68(图2所示)。冷却剂流场和反应物流场(图1A和图1B)可以以各种形式进行配置。反应物流场和冷却剂流场的非限制示例性配置可以是图1A中示意性示出的蜿蜒路径或者图1B中示出的多个平行通道，如上所述的扭动通道。

参考图8A，示出了其中没有凸起的旁路通道的横截面图。在图8A中，反应物气体流72直线地移动通过其中没有凸起的旁路通道70。参考图8B，第一和第二辅垫圈26、28、30、32的一部分以及气体扩散层21沿着旁路通道70内的第二方向在第一板凸起25处弯曲，从而导致反应物气体流72的限制和方向变化。参考图8C，第一和第二辅垫圈的另一部分以及气体扩散层沿着旁路通道70内的第一方向在第二板凸起27处弯曲，从而导致反应物气体流72的限制和方向变化。

尽管已经在前述的详细说明中呈现了至少一个示例性实施例，但是，应认识到的是，仍存在着许大量的变型。还应当认识到的是，该示例性实施例或多个示例性实施例仅仅是示例，并不旨在以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。相反，前述的详细说明将为本领域的技术人员提供该示例性实施例或多个示例性实施例的便利指引。应当理解，在不脱离由所附权利要求及其法定等同物所阐述的本公开的范围的情况下，可以对元件的功能和布置作出各种改变。

8 MEA

9 燃料电池堆组件

10 MEA

11 燃料电池堆

12 双极板-第一

14 双极板-第二

15 凸起(形状？)

16 双极板

17 隧道

18 流场

19 凹口

20 流场

21 气体扩散层

22 流场

23 气体扩散层

24 金属压条密封件

25 第一板凸起

26 辅垫圈

27 第二板凸起

28 辅垫圈

29 凸起表面

30 辅垫圈

32 辅垫圈

34 GDM

36 GDM

38 GDM

40 GDM

41 每个辅垫圈的周边边缘

44 供给管道

45 GDL的侧缘

46 氧气罐

48 氢罐

50 冷却剂管道

52 冷却剂管道

56 金属元件-内

58 金属元件-外

60 用于输入和输出的冷却剂流体歧管开口

62 用于输入和输出的冷却剂流体歧管开口

64 燃料歧管孔

66 氧化剂歧管孔

68 冷却剂流动路径

70 反应物旁路通道

72 反应物旁路流

80 气体的方向变化

82 气体的方向变化

84 气体的方向变化

86 第一侧-内金属元件

88 第二侧-内金属元件

Claims

1.一种燃料电池堆组件，包括：

第一双极板；

限定第二板凸起的第二双极板，所述第二双极板与第一双极板限定供给歧管孔和移除歧管孔；

邻近所述第一双极板设置的第一辅垫圈和邻近所述第二双极板设置的第二辅垫圈，以及

设置在所述第一和第二辅垫圈的内周边内的所述第一双极板与所述第二双极板之间的气体扩散层，

其中所述气体扩散层、第一双极板和第二双极板限定旁路通道，所述旁路通道配置为将所述供给歧管孔流体地连接到移除歧管孔和气体扩散层，所述旁路通道设置在金属压条密封件和气体扩散层的侧边之间，所述第二板凸起部分地延伸到所述旁路通道中。

2.根据权利要求1所述的燃料电池堆组件，其中所述第二板凸起配置为改变反应物旁路流的方向。

3.根据权利要求1所述的燃料电池堆组件，其中所述第二板凸起配置为限制反应物旁路流的路径。

4.根据权利要求1所述的燃料电池堆组件，其中第一板凸起形成在第一双极板中，并且第二板凸起形成在远离所述第一板凸起的预定距离处的第二双极板中。

5.根据权利要求1所述的燃料电池堆组件，其中所述第一和第二双极板中的每一个进一步包括金属元件，所述金属元件具有限定反应物流场的第一侧和限定冷却剂流场的第二侧。

6.根据权利要求1所述的燃料电池堆组件，其中所述旁路通道邻近所述气体扩散层的每个侧边设置。

7.根据权利要求1所述的燃料电池堆组件，其中所述第一双极板进一步包括配置为与所述第二板凸起嵌套的第一板凸起。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的燃料电池堆组件，其中所述第二板凸起是形成在所述第二双极板中的隧道。

9.根据权利要求1所述的燃料电池堆组件，其中所述第一和第二辅垫圈的一部分和所述气体扩散层在所述旁路通道内的第二板凸起处弯曲。

10.根据权利要求4所述的燃料电池堆组件，其中所述第一和第二辅垫圈的一部分和所述气体扩散层在所述旁路通道内的第一板凸起处弯曲。

11.根据权利要求4、7或10所述的燃料电池堆组件，其中所述第一板凸起是形成在所述第一双极板中的隧道。

12.根据权利要求4、7或10所述的燃料电池堆组件，其中所述第一板凸起和第二板凸起配置为改变反应物旁路流的方向。

13.根据权利要求4、7或10所述的燃料电池堆组件，其中所述第一板凸起是形成在所述第一双极板中的凹口，并且所述第二板凸起是形成在所述第二双极板中的凹口。