CN111989807A - 用于燃料电池的冷却板 - Google Patents

Abstract

用于燃料电池组件的隔离板(108；300；400；410)具有第一边缘(110、310)和第二相对边缘(111,311)。燃料电池隔离板限定在第一边缘与第二边缘之间纵向延伸的一系列气流通道(112,113,312,313,401,411)。这些气流通道可以是非线性气流通道，该非线性气流通道由与面对的通道壁中的对应凹部(321)相对的一系列连串的凸部(320)形成。一系列连串的凸部和凹部可以贯穿整个通道长度。一系列连串的凸部和凹部可以形成为具有振幅和频率的正弦波。

Description

用于燃料电池的冷却板

技术领域

本公开在用于燃料电池的隔离板的领域中。具体地，本公开涉及用于向燃料电池的活性区域提供冷却和/或氧化剂气流的装置和方法。

背景技术

在开放式阴极燃料电池堆中，气流被引导经过每个燃料电池的阴极侧以向每个燃料电池的膜电极组件(“MEA”)的阴极侧提供氧化剂。通常经由扩散层来提供氧化剂。为了横跨具有多个燃料电池的整个燃料电池堆实现到燃料电池的均匀气流，可以在堆的相对面之间横跨燃料电池堆并行提供气流。因此，可以横跨每个电池从电池的一个边缘到电池的相对边缘提供气流。

一种实现横跨燃料电池堆的燃料电池的足够的气流速率的方法是通过波纹槽状阴极隔离板提供气流。这样的隔离板用于与燃料电池电解质的阴极侧形成电连接，并且用于提供横跨下部的(underlying)扩散层的气流的路径。隔离板可以横跨每个板的宽度限定一组流动通道，其中每个流动通道沿着每个板的长度延伸。一些燃料电池堆能够仅利用波纹槽状隔离板来冷却气流，并且单独提供阴极/氧化剂气流。

为了获得燃料电池堆的最佳性能，期望横跨每个燃料电池的整个表面(既横向上跨过每个板的宽度，又纵向上沿着每个板的每个流动通道的长度)保持足够的冷却。使用额外的动力增加气流速率可能给整个电池组的性能造成寄生功耗，例如，驱动风扇所增加的电功率比经由改进的燃料电池输出所获得的功率更多。

此外，为了获得最佳性能，横跨每个燃料电池的MEA的压缩必须足够高，以避免由于欧姆损耗而产生的较高的接触电阻和较低的效率。还期望横跨每个燃料电池的表面提供每个MEA的均匀压缩，以避免形成施加在MEA上的剪切应力，该剪切应力将由于MEA的针刺穿孔(pin-holing)而导致电池故障。贯穿整个燃料电池堆的压缩的均匀性对于电池堆的电气性能很重要，这受到整个电池堆的电气变化的限制，其中在一对端板之间承受数吨的压缩力时，堆中可以包含数十个或数百个燃料电池，重要的是无论在横向上跨过每个板的宽度还是纵向上沿着每个板的每个流动通道的长度都避免在制造和组装工艺期间引入任何变化或避免形成非均匀部件厚度，因为这些变化将在具有数十或数百个重复的部件层的整个燃料电池堆中导致均匀性问题。

因此，需要用于燃料电池冷却的改进的板。本公开针对这些需求和其他重要需求。

发明内容

本公开提供了隔离板的各个方面，所述隔离板包括第一边缘和第二相对边缘。隔离板可以限定在隔离板的第一边缘与第二相对边缘之间纵向延伸的一系列气流通道。隔离板可以包括非线性气流通道，这些非线性气流通道由与面对的通道壁中的对应凹部相对的一系列连串的凸部形成。隔离板可以限定具有多个波纹槽(corrugation)的一系列气流通道，隔离板中的每个波纹槽包括限定气流通道的波峰和波谷，其中一对相邻的波峰之间或者一对相邻的波谷之间的间隔对应于通道宽度w，并且第一边缘与第二相对边缘之间的距离对应于通道长度l。一系列连串的凸部和凹部可以贯穿整个通道长度l。一系列连串的凸部和凹部可以形成为具有振幅h_b和频率的正弦波。

本公开提供空气冷却的燃料电池组件的各个方面，所述空气冷却的燃料电池组件包括阳极板、阳极侧扩散层、阳极垫片、膜电极组件(MEA)、阴极垫片、阴极侧扩散层、如本公开中所描述的隔离板以及一对垫片。

本公开提供空气冷却的燃料电池堆组件的各个方面，所述空气冷却的燃料电池堆组件包括第一端板、如本公开中所描述的多个空气冷却的燃料电池组件和第二端板。多个空气冷却的燃料电池组件可以与第一边缘和第二边缘对准，并且与第一边缘一起形成燃料电池堆组件的入口面，并且与第二边缘一起形成燃料电池堆组件的出口面。

本公开提供操作如本公开中所描述的空气冷却的燃料电池堆组件的方法的各个方面。这些方法可以包括提供空气流进入燃料电池堆组件的入口面中。

如所附权利要求书中限定的，一般描述和以下详细描述仅是示例性和说明性的，并且不限制本公开。鉴于如本文所提供的本公开的详细描述，本公开的其他方面对于本领域技术人员将是显而易见的。

附图说明

当结合附图阅读时，将进一步理解本发明内容以及以下详细描述。为了说明本公开，在附图中示出本公开的示例性实施方式；然而，本公开不限于所公开的特定方法、成分和装置。在附图中，相同的附图标记在不同的视图中指示相应的部分。所有标注和注释通过引用并入本文，就如同在本文中进行充分阐述一样。另外，附图不一定按比例绘制。在附图中：

图1示出燃料电池组件的部件的分解透视图的各方面；

图2示出图1的燃料电池组件中的隔离板的透视图的各方面；

图3示出本公开的隔离板的透视图的各方面；

图4示出本公开的隔离板的透视图的各方面；

图5A至图5B示出本公开的隔离板的各方面的示意性俯视图；

图6示出来自本公开的隔离板的压缩测试的数据；

图7示出来自本公开的隔离板的压缩测试的数据；和

图8示出来自本公开的隔离板的刚度测试的数据。

具体实施方式

通过参考以下结合附图和示例的详细描述，可以更容易地理解本公开，并且附图和示例构成本公开的一部分。应当理解，本公开不限于本文描述和/或示出的特定装置、方法、应用、条件或参数，并且本文所使用的术语仅出于通过示例描述特定示例的目的，并非旨在限制要求保护的公开。而且，如在包括所附权利要求书的说明书中所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数，并且除非上下文明确指出，否则对特定数值的引用至少包括该特定值。如本文所用，术语“多个”是指多于一个。当表达值的范围时，另一示例包括来自一个特定值和/或至另一特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，将理解的是，特定值形成另一示例。所有范围都是包含性的和可组合的。

应当理解，为清楚起见，本文在单独的示例的上下文中描述的本公开的某些特征也可以在单个示例性实施方式中组合提供。相反，为简洁起见，在单个示例性实施方式的上下文中描述的本公开的各种特征也可以单独地或以任何子组合方式提供。此外，在范围内陈述的值的引用包括该范围内的每个值。

图1示出示例性空气冷却的燃料电池组件100的分解透视图。燃料电池组件100按相继的次序包括阳极板101、阳极侧扩散层102、阳极垫片103、膜电极组件(MEA)104、阴极垫片105、阴极侧扩散层106、波纹槽状阴极隔离板108和一对垫片109a、109b。波纹槽状阴极隔离板108具有第一边缘110和第二相对边缘111，并且限定一系列气流通道112、113(在本文中也被称为空气供应通道)，这些气流通道在隔离板108的第一边缘和第二相对边缘之间纵向延伸。在图1中，气流通道112和气流通道113被示意性地描绘为直通道，但是如本文中进一步描述的，在一些实施方式中可以使用其他通道轮廓。

图1的燃料电池组件100可以以分层结构重复多次以形成燃料电池堆，例如，该燃料电池堆包括全部包含在一对端板之间的堆中的数十个甚至数百个电池。

图2示出波纹槽状阴极隔离板108的一部分的放大视图。该隔离板具有第一面204和第二相对面205。板108具有一系列波纹槽201，其限定在第一边缘110和第二相对边缘111之间延伸的一系列气流通道112、113。板108中的每个波纹槽201包括限定气流通道112、113的波峰213和波谷214。板108的厚度(即所有波峰213的平面与所有波谷214的平面之间的间隔)对应于通道高度h。一对相邻的波峰213之间或一对相邻的波谷214之间的间隔对应于通道宽度w。第一边缘110和第二相对边缘111之间的距离对应于通道长度l(参见图1)。

波纹槽状阴极隔离板108的功能可以概括地描述为提供一系列气流通道112、113，每个气流通道的横截面轮廓限定沿通道112、113的长度l的任何特定纵向点处的气流横截面。在图1和图2的示例中，气流通道112、113的横截面是矩形的，沿其长度在宽度或深度上没有变化，并且在各通道之间没有变化。在一些实施方式中，可以使用不同于矩形的横截面轮廓，并且还可以沿着气流通道112、113的长度或者从相邻的一个通道到另一通道或者两者来改变气流通道112、113的横截面轮廓。

氧化剂气流通道112如图1和图2中所示是“面朝下的”，即开口朝向阴极扩散器106和下部的MEA，从而将空气既作为氧化剂又作为冷却剂供应到燃料电池的活性区域。燃料电池的活性区域可以被定义为经由板101、板108和扩散器102、扩散器106暴露于阳极流体流和阴极流体流(燃料和氧化剂)的MEA的区域。相反，冷却剂气流通道113如图1和图2中所示是“面向上的”，并且将通过与相邻电池的阳极板101的下表面相邻而在顶部被封闭。这样一来，冷却剂气流通道113仅提供冷却气流，而不向MEA供应氧化剂。

氧化剂气流通道112和冷却剂气流通道113两者的重要功能是使流动的空气能够从隔离板上汲取热量。隔离板优选地由诸如不锈钢的合适的导电和导热材料形成。必须从燃料电池堆中汲取由燃料电池在活性区域中所产生的热量，以防止损坏MEA104。诸如图1和图2所示的笔直且均匀横截面的通道112、113提供快速的气流，从而提供冷却空气的低阻抗、低压降和高通过量(throughput)。

已经观察到，尽管均匀横截面的笔直的通道提供高通过量，但是这些通道趋于近层流条件，从而导致横跨通道横截面的明显的温度梯度。由于穿过直壁通道的近层流条件，可能形成热边界层或梯度，这将抑制气流的冷却能力。将通道112/113分成较小的通道以减小横截面尺寸并潜在地改进热传递将具有造成更大的气流阻力和从通道入口到通道出口的压力差以维持气流通过量的缺点。这将需要更高能力的风扇，并将导致燃料电池系统中的更大的寄生损耗。

已经观察到，当气流沿着通道112、113的长度l移动时，气流的温度会由于从燃料电池吸收的热量而升高，从而导致横跨燃料电池的活性区域的热梯度。由于气流的温度从入口端(第一边缘110)到出口端(第二边缘111)上升，因此热量到通道112、113中的气流的热传递将变得低效。然后在局部热点(尤其是朝向隔离板108的出口边缘111)中可能发生过热。热梯度和过热区域降低了燃料电池堆的功率输出。在不增加气流或通道体积的情况下从通道中去除更多热量的能力使燃料电池堆能够在较高电流水平下运行，而不会相应地增加通道体积。这改进了每单位体积的燃料电池的电流容量。

在一些方面，本公开提供了一种具有结构特征的隔离板，这些结构特征提供从板108到穿过通道112/113的气流的增加的热传递。

图3示意性地描绘了具有通道312/313的隔离板300，这些通道312/313在功能上对应于以上关于图1和图2所描述的通道112/113。通道312/313与直壁通道112/113不同，因为其被形成为具有结构特征和几何形状以通过改变气流来增强热传递并提供增强的刚度和压缩载荷能力。板300可以被形成为具有非线性通道，该非线性通道由与面对的通道壁中的对应凹部321相对的一系列连串的凸部320形成，从而结合以创建弯道状结构，该结构迫使通道气流的至少一部分偏离原本直的流动路径。一系列连串的凸部320/凹部321从入口端310到出口端311贯穿整个纵向长度l。每个凸部具有相对于每个通道的宽度w的横向“高度”h_b。这些结构特征可以增加从板到沿着板中的通道通过的气流中的热传递的有效性，而无需改变通道的宽度w。如果改变通道宽度将影响下部的扩散层106的局部压缩，则这将是有利的。在图3中，沿着隔离板300的边缘的流动通道312被示出为具有没有相应的凸部320和凹部321的直壁。可以使用直壁来匹配矩形垫片(如图1所示的垫片109a、109b)，但是在其他未示出的实施方式中，沿本公开的隔离板的边缘的流动通道312的最外壁可以具有相应的凸部320和凹部321以匹配隔离板300的其他通道312/313，并且具有凸部和凹部的形状匹配的垫片可以用于代替矩形垫片109a、109b。

美国专利授权前公开号US2017/01100740A1(通过引用整体并入本文一用于所有目的)中更充分地描述的先前工作标识了隔离板800的布置，其中每个通道812/813包括凸部820形式的导热结构，其横向延伸到通道812/813的通道横截面中。如图4所示，凸部820优选地在通道长度的第二纵向一半或在通道长度的最终纵向三分之一中朝向通道812/813的出口端811定位，因为该区域是在传统的直通道式隔离板系统中观察到热量积聚增加的区域。每个凸部820与面对的通道壁中的相应的凹部821相对。

通过随后的测试和实验已经发现，图3中的对称结构相对于图4的可变结构提供了几个优点。在具有直壁通道的隔离板、具有从入口端到出口端的纵向长度l的一些部分上包含一系列连串的凸部/凹部的通道的隔离板、以及具有包含沿整个纵向长度l从入口端延伸到出口端的一系列连串的凸部/凹部的通道的隔离板上执行压缩载荷测试。可以观察到，具有包含沿整个纵向长度l从入口端延伸到出口端的一系列连串的凸部/凹部的通道的板在初始载荷下比具有直壁通道的板经历更大的变形。因此，具有多个对准的隔离板(其仅在纵向长度l的一半或三分之一上包含弯道状结构的凸部/凹部)的燃料电池堆在载荷下将在该电池堆的这一半或三分之一中经历更大的变形，从而与具有直壁通道的区域相比导致相关MEA的更低压缩。所得到的横跨若干电池的非均匀MEA压缩在MEA上产生剪切应力，这导致由于针刺穿孔(pin-holing)而引发电池故障的风险增加。此外，在测试中观察到，与具有包含沿整个纵向长度l从入口端延伸到出口端的一系列连串的凸部/凹部的通道的隔离板相比，具有直壁通道的隔离板在较低的压缩载荷下失效。因此，对于给定的材料厚度，在弯道状结构中仅在纵向长度l的一半或三分之一中具有凸部/凹部的隔离板不能承受与具有包含沿整个纵向长度l从入口端延伸到出口端的一系列连串的凸部/凹部的通道的隔离板相同的压缩程度。由于将电池堆的压缩设置为充分压缩MEA以达到导电目的所需的水平，因此，只需较少的材料即可形成具有包含沿整个纵向长度l从入口端延伸到出口端的一系列连串的凸部/凹部的通道的隔离板。因此，可以改进燃料电池堆的重量计功率密度(gravimetricpower density)。此外，通过结合在整个纵向长度l上延伸的一系列连串的凸部/凹部，改进了隔离板的制造和成形。与形成直壁通道所需要的材料量相比，形成具有凸部/凹部的通道部分需要通过工具拉出不同的材料量。结果，为了形成厚度均匀的板，必须使用梯形材料以形成具有直壁和凸壁/凹壁区域的隔离板。优选的制造工艺利用矩形金属板料(诸如0.1mm的钢板)通过直壁和凸壁/凹壁不均匀地拉拔材料来造成弯曲，从而导致无法使用在燃料电池堆中需要精确平行对准的隔离板。还可以预料，将在直通道和波浪通道之间的过渡区域处引入应力增加的区域。最后，具有包含沿整个纵向长度l从入口端延伸到出口端的一系列连串的凸部/凹部的通道的隔离板可以形成为对称零件，使得在组装过程中不需要入口端/出口端的转位来确保整个燃料电池堆中的部件的正确对准。这有利于简化组装并降低成本。

一系列连串的凸部/凹部的示例性几何形状在图5A至图5B中示出。在一些实施方式中，可以将一系列连串的凸部/凹部制成为具有振幅和频率的正弦波。在一些实施方式中，振幅h_b可以是通道的宽度w约0.2倍、约0.3倍、约0.4倍、约0.5倍、约0.6倍、约0.7倍、约0.8倍、约0.9倍、约1.0倍、约1.1倍、约1.2倍、约1.3倍、约1.4倍或约1.5倍。在某些实施方式中，频率可以被选择为使得对于隔离板的纵向长度l存在正弦波的约1个、约2个、约2.5个、约3个、约3.5个、约4个、约4.5个、约5个、约5.5个、约6个、约6.5个、约7个、约7.5个或约8个完整周期。已经观察到，在一些优选的实施方式中，频率被选择为使得正弦波图案的切线垂直于入口端(类似于图1中所示的第一边缘110)和出口端(类似于图1中所示的第二边缘111)，使得进入和离开电池堆的空气流可以直接垂直于燃料电池堆的入口表面和出口表面。已经观察到，布置正弦波图案以使正弦波的切线以某一角度从垂直于入口端或出口端偏移可能增加横跨隔离板的压降，而不益于传热能力。在某些实施方式中，流动通道的正弦波的切线从垂直于入口端或出口端起的偏移角度为约0度、小于约1度、小于约2度、小于约3度、小于约4度、小于约5度、小于约10度或小于约15度。在某些实施方式中，频率可以被选择为使得正弦波的波长是通道的宽度w的约1.0倍、约1.5倍、约2.0倍、约2.5倍、约3.0倍、约3.5倍、约4.0倍、约4.5倍、约5.0倍、约5.5倍、约6.0倍、约6.5倍、约7.0倍、约7.5倍、约8.0倍、约8.33倍、约8.5倍、约9.0倍、约9.5倍、约10.0倍、约10.5倍、约11.0倍、约11.5倍、约12.0倍、约15.0倍、约20倍或约25.0倍。

图5A示出本公开的隔离板400的实施方式的流动通道的各个方面。俯视示意图示出四个相邻的流动通道401a、401b、401c、401d，这些流动通道具有以正弦波图案制成的一系列连串的凸部/凹部。流动通道401a和401c具有进入或离开附图的平面的相同取向，而流动通道401b和401d将具有相同的取向但与401a和401c的取向相反。因此，流动通道401a和401c可以类似于通道312，而流动通道401b和40Id类似于通道313，反之亦然。图5A的实施方式包含具有等于通道的宽度w的振幅h_b的正弦波。虚线示出为代表具有相同宽度w的类似的直壁通道的壁402的位置。图5A中所示的流动通道401a、401b、401c、401d针对隔离板的纵向长度l具有正弦波的3个完整周期，但是在其他实施方式中可以提供更多或更少的周期。

在一些实施方式中，诸如在图5A中所示，振幅是通道的宽度w的至少约1.0倍。已经观察到，通过使一系列连串的凸部/凹部的正弦波的振幅至少与宽度w一样大，消除了任何直通的气流路径，从而改进热传递。不受任何特定理论的束缚，相信任何直通的气流路径都允许气流的某些部分过快地穿过隔离板，而不能实现最佳的热传递。

图5B示出本公开的隔离板410的实施方式的流动通道的各个方面。俯视示意图示出四个相邻的流动通道411a、411b、411c、411d，这些流动通道具有以正弦波图案制成的一系列连串的凸部/凹部。流动通道411a和411c具有进入或离开附图的平面的相同取向，而流动通道411b和411d具有相同的取向但与41la和411c的取向相反。因此，流动通道411a和411c可以类似于通道312，而流动通道411b和411d可以类似于通道313，反之亦然。所示的实施方式包含具有小于通道的宽度w的振幅h_b的正弦波。虚线示出为代表具有相同宽度w的类似的直壁通道的壁412的位置。图5B中所示的流动通道411a、411b、411c、401d针对隔离板的纵向长度l具有正弦波的3个完整周期，但是在其他实施方式中可以提供更多或更少的周期。因为振幅h_b小于通道的宽度w，所以在该隔离板的通道中存在直通气流路径414，该直通气流路径由点划线413指示，该点划线413限定直通气流路径412的第一边缘，而虚线412限定直通气流路径412的第二边缘。

在一些实施方式中，频率被选择以对于纵向长度l提供正弦波的约3个至约6个完整周期。在一些优选的实施方式中，频率被选择以对于纵向长度l提供正弦波的约3个完整周期。

在测试和实验中已经观察到，在减慢气流以改进热传递和由于从入口端到出口端的压差的增加而导致的寄生损耗之间必须取得平衡。在一些实施方式中，一系列连串的凸部/凹部的正弦波的波长可以是通道的宽度w的约3倍、约4倍、约5倍、约6倍、约7倍、约8倍、约9倍、约10倍、约11倍、约12倍、约13倍或约14倍。在某些实施方式中，该波长可以在宽度w的约6倍至约10倍之间。在一些优选的实施方式中，该波长是宽度w的约8倍。

在一些实施方式中，通道壁的表面可以被提供有附加的纹理或结构特征，以进一步抑制壁表面附近的层流边界层。在某些实施方式中，通道壁的表面可以被提供有表面粗糙度。在其他实施方式中，通道壁的表面可以被提供有凸部或突起，该凸部或突起一体形成在隔离板材料中或经由包覆成型或涂覆工艺形成。凸部或突起的标称特征尺寸可以小于通道高度h或其分数。

本文示出的隔离板中的每个例示了结合有氧化剂空气供应通道112和冷却空气供应通道113的阴极隔离板。如本文所描述的隔离板可以可替代地被配置为仅向流体耦合到MEA的通道提供组合的阴极氧化剂和冷却空气的隔离板，或者仅提供与MEA隔离的冷却空气的隔离板。

本公开提供一种操作燃料电池堆的方法，该方法包括向具有多个空气冷却的燃料电池的燃料电池堆提供至入口面的空气流。如图1中示意性示出的，每个空气冷却的燃料电池都可以具有燃料电池隔离板，在该燃料电池隔离板中具有氧化剂空气供应通道和冷却空气供应通道。该方法可以包括提供空气流进入具有流动通道的至少一个隔离板，每个流动通道包括与相邻流动通道中的相应凹部相对的一系列连串的凸部，该一系列连串的凸部和凹部沿着整个纵向长度l从燃料电池堆的入口面到相对的出口面形成为正弦波图案。在一些实施方式中，该方法可以包括提供空气流进入至少一个隔离板，其中该至少一个隔离板具有流动通道，这些流动通道的振幅h_b等于或大于流动通道的宽度w，并且其频率使得对于至少一个隔离板的纵向长度l存在正弦波的约3至6个完整周期。在某些实施方式中，振幅h_b等于流动通道的宽度w。在进一步的实施方式中，频率使得对于至少一个隔离板的纵向长度l存在正弦波的约3个完整周期。

示例1：

在被压缩的情况下且针对刚度来测试本公开的燃料电池隔离板。每个隔离板具有相同的整体尺寸，包括50.0mm的长度l和约12.8cm的正交尺寸，整体面积为约64cm²，并且64个流动通道具有等于2.0mm的相同的宽度w。诸如图1和图2所示，第一隔离板601具有笔直且均匀的横截面通道。其他隔离板602、603、604具有流动通道，这些流动通道具有以正弦波图案制成的一系列连串的凸部/凹部。隔离板602和隔离板603被形成为具有正弦波图案，该正弦波图案的正弦波的振幅h_b等于通道的宽度w，并且其频率被选择为使得对于隔离板的纵向长度l存在正弦波的3.0个完整周期。隔离板604被形成为具有正弦波图案，该正弦波图案的正弦波的振幅h_b等于通道的宽度w的0.5倍，并且其频率被选择为使得对于隔离板的纵向长度1存在正弦波的5.0个完整周期。因为该正弦波图案的振幅h_b小于通道的宽度w，因此隔离板604具有直通气流路径。在隔离板601、602、603和604上执行压缩测试，结果如图6和图7所示，其示出与笔直均匀横截面的隔离板601相比，具有正弦波图案的流动通道的隔离板602、603和604具有明显更高的失效载荷。在隔离板601、602、603和604上执行刚度测试，结果如图8所示，其示出与隔离板602和603相比，隔离板601和604在较低的压缩力下具有较高的刚度。还测试了隔离板601、602、603和604的传热能力，数据在此未示出，其中与直壁隔离板601和具有一些直通气流路径的隔离板604两者相比，隔离板602和603均表现出明显更好的传热。

本领域普通技术人员将理解，可以在本文公开的装置和系统中的部件的制造中使用多种材料。任何合适的结构和/或材料都可以用于本文所述的各种特征，并且本领域技术人员将能够基于各种考虑因素(包括本文所公开的系统的预期用途、其将用于的预期领域以及其打算使用的设备和/附件)和其他考虑因素选择合适的结构和材料。常规的聚合物、金属-聚合物复合材料、陶瓷和金属材料适用于各种部件。被确定适合用于本文所述的特征和元件的此后发现和/或开发的材料也将被认为是可接受的。

当本文中将范围用于物理性质(诸如分子量)或化学性质(诸如化学式)时，旨在包括其中特定示例的范围的所有组合和子组合。

在本文中所引用或所描述的每个专利、专利申请和出版物的公开内容通过引用整体并入本文。

本领域普通技术人员将理解，对本公开的示例可以进行许多改变和修改，并且在不脱离本公开的精神的情况下可以做出这样的改变和修改。因此，所附权利要求旨在覆盖落入如所附权利要求限定的本公开的真实范围内的所有这样的等同变化。

Claims (18)

1.一种燃料电池隔离板(108；300；400；410)，其包括：

第一边缘(110；310)，和

第二相对边缘(111；311)，并且

其中所述隔离板(108；300；400；410)限定在所述隔离板(108；300；400；410)的所述第一边缘与所述第二相对边缘之间纵向延伸的一系列气流通道(112,113；312,313；401；411)；

其中所述隔离板(108；300；400；410)包括非线性气流通道，所述非线性气流通道由与面对的通道壁中的对应凹部(321)相对的一系列连串的凸部(320)形成。

2.根据权利要求1所述的燃料电池隔离板(108；300；400；410)，其中：

所述隔离板限定具有多个波纹槽(201)的所述一系列气流通道，所述隔离板中的每个波纹槽(201)包括限定所述气流通道(112,113)的波峰(213)和波谷(214)；

一对相邻的波峰(213)之间或一对相邻的波谷(214)之间的间隔对应于通道宽度w；

所述第一边缘和所述第二相对边缘(110,111；310,311)之间的距离对应于通道长度l。

3.根据权利要求2所述的燃料电池隔离板(108；300；400；410)，其中：

所述一系列连串的凸部(320)和凹部(321)贯穿整个通道长度l。

4.根据任一前述权利要求所述的燃料电池隔离板，其中：

所述一系列连串的凸部(320)和凹部(321)被形成为具有振幅h_b和频率的正弦波。

5.根据权利要求4所述的燃料电池隔离板，其中：

所述振幅h_b是所述通道宽度w的约0.2倍、约0.3倍、约0.4倍、约0.5倍、约0.6倍、约0.7倍、约0.8倍、约0.9倍、约1.0倍、约1.1倍、约1.2倍、约1.3倍、约1.4倍或约1.5倍。

6.根据权利要求4或权利要求5所述的燃料电池隔离板，其中：

所述频率被选择为使得对于所述通道长度l存在所述正弦波的约1个、约2个、约2.5个、约3个、约3.5个、约4个、约4.5个、约5个、约5.5个、约6个、约6.5个、约7个、约7.5个或约8个完整周期。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的燃料电池隔离板，其中：

所述频率被选择为使得所述正弦波的切线垂直于所述第一边缘和所述第二相对边缘。

8.根据权利要求4至6中任一项所述的燃料电池隔离板，其中：

所述气流通道的所述正弦波的所述切线从垂直于所述第一边缘和所述第二相对边缘起的偏移角度为约0度、小于约1度、小于约2度、小于约3度、小于约4度、小于约5度、小于约10度或小于约15度。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的燃料电池隔离板，其中：

所述频率被选择为使得所述正弦波的波长是所述通道的所述宽度w的约1.0倍、约1.5倍、约2.0倍、约2.5倍、约3.0倍、约3.5倍、约4.0倍、约4.5倍、约5.0倍、约5.5倍、约6.0倍、约6.5倍、约7.0倍、约7.5倍、约8.0倍、约8.33倍、约8.5倍、约9.0倍、约9.5倍、约10.0倍、约10.5倍、约11.0倍、约11.5倍、约12.0倍、约15.0倍、约20倍或约25.0倍。

10.根据权利要求4至9中任一项所述的燃料电池隔离板，其中：

所述频率被选择为使得对于所述通道长度l存在所述正弦波的约3个完整周期。

11.根据权利要求4至9中任一项所述的燃料电池隔离板，其中：

所述频率被选择为使得对于所述通道长度1存在所述正弦波的约5个完整周期。

12.根据权利要求4至11中任一项所述的燃料电池隔离板，其中：

所述振幅h_b是所述通道宽度w的约0.5倍。

13.根据权利要求4至11中任一项所述的燃料电池隔离板，其中：

所述振幅h_b是所述通道宽度w的约1.0倍。

14.根据权利要求4至13中任一项所述的燃料电池隔离板，其中：

所述频率被选择为使得所述正弦波的波长是所述通道的所述宽度w的约8.33倍。

15.根据权利要求4所述的燃料电池隔离板，其中：

所述频率被选择为使得所述正弦波的波长是所述通道的所述宽度w的约5.0倍。

16.一种空气冷却的燃料电池组件(100)，其包括：

阳极板(101)，

阳极侧扩散层(102)，

阳极垫片(103)，

膜电极组件(MEA)(104)，

阴极垫片(105)，

阴极侧扩散层(106)，

如前述权利要求中任一项所述的燃料电池隔离板(108；300；400；410)，以及

一对垫片(109a,109b)。

17.一种空气冷却的燃料电池堆组件，其包括：

第一端板，

如权利要求16所述的多个空气冷却的燃料电池组件(100)，以及

第二端板；

其中所述多个空气冷却的燃料电池组件(100)与所述第一边缘(110)和所述第二边缘(111)对准，并且与所述第一边缘(110)一起形成所述燃料电池堆组件的入口面，并且与所述第二边缘(111)一起形成所述燃料电池堆组件的出口面。

18.一种操作如权利要求17所述的空气冷却的燃料电池堆组件的方法，所述方法包括：

提供空气流进入所述燃料电池堆组件的所述入口面中。

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