CN116547843A - 多个燃料电池中多个分布部分的非通道及各向异性流场 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池(100)具有一活性区(102)及一分布区(104)。所述分布区(104)可以与所述活性区(102)连通并且实质上设置邻近于所述活性区(102)。所述活性区(102)可以包括呈现各向异性流动的一非通道材料。在某些情况下，呈现各向异性流动的所述非通道材料可以包括膨胀金属板。所述膨胀金属板可以在不使用多个常规通道的情况下实现对整个所述活性区(102)的均匀分布。

Description

多个燃料电池中多个分布部分的非通道及各向异性流场

相关申请案

本申请主张于2020年9月28日申请的美国第63/084,157号临时专利申请案的权益。上述申请案的全部公开内容在此通过引用并入本文中。

技术领域

本公开广泛地是有关多个燃料电池，并且更具体地是有关多个燃料电池的多个分布区。

背景技术

本节提供与本公开相关的背景信息，这些信息不一定是现有技术。

目前正在开发多种燃料电池系统以用作许多应用中的多种电源，例如多个车辆和多个固定式发电厂。这类系统有望以经济的方式提供电力，并带来多个环境和其他方面的好处。然而，为了在商业上可行，多种燃料电池系统应该表现出足够的运作可靠性，即使当所述多个燃料电池处于其多个优选运作范围之外的多个条件下时也是如此。

多个燃料电池转化多个反应物，即燃料和氧化剂，以产生电能及多个反应产物。多个聚合物电解质膜燃料电池(polymer electrolyte membrane fuel cell，PEM fuelcell)采用一膜电极组件(membrane electrode assembly，MEA)，其包括一聚合物电解质或离子交换膜，所述聚合物电解质或离子交换膜设置在两个电极，即一阴极与一阳极之间。一催化剂通常会在所述电极处引发所需的多个电化学反应。多个隔板或多个双极板，包括提供用于引导所述多个反应物横跨每一个电极基板的一表面的一流场的多个板，所述多个板设置在所述MEA的每一侧。

在运作中，一单个燃料电池在负载下的所述输出电压可以低于一伏特。因此，为了提供更大的输出电压，可以将多个电池堆叠在一起并且可以串联连接，以创建一更高电压的燃料电池组。多个端板组件可以放置在所述电池组的每一端，以将所述电池组保持在一起并将所述多个电池组部件压在一起。压缩力可以在各个电池组部件之间提供密封和充分的电接触。多个燃料电池组接着可以进一步串联连接及/或并联组合，以形成多个更大的阵列以提供多个更高的电压及/或电流。

特别地，所述多个双极板可以包括多个平台和流动通道，用于将所述多个气态反应物分配到所述燃料电池的所述多个阳极和多个阴极。所述多个双极板用作相邻多个燃料电池之间的一电导体并且还设置有多个内部冷却剂通道，当一冷却剂流过其中时适于与所述燃料电池交换热量。

然而，所述双极板的多个流动通道在所述燃料电池中可能需要相对较大的区域，以便实现反应物流体到所述活性区的均匀流动。因此，持续需要一燃料电池的一分布区，其在不使用多个通道的情况下实现到所述活性区的均匀流动。

发明内容

根据本公开，令人惊讶地发现了一种燃料电池的一流体路径，其在不使用多个通道的情况下实现到所述活性区的均匀流动。

提供了一种燃料电池，其具有一路径，将一入口集管流体耦合到一出口集管。呈现各向异性流动的一非通道材料设置在所述路径内。呈现各向异性流动的所述材料设置在所述燃料电池的一活性区，并且在某些实施例中，可以仅设置在所述燃料电池的所述活性区。呈现各向异性流动的所述材料设置在所述燃料电池的一分布区，并且在某些实施例中，可以仅设置在所述燃料电池的所述分布区。

在某些实施例中，呈现各向异性流动的所述材料包括多个空隙，其中每一个空隙具有一短轴和一长轴，所述短轴方向的一流动阻力可以大于所述长轴方向的一流动阻力。因此，所述短轴与所述长轴之间的所述流动阻力的一比率可以在约二比一与约三比一之间。

在某些实施例中，一燃料电池可以具有一活性区及一分布区。所述分布区可以与所述活性区流体连通。所述分布区可以包括一个或多个膨胀金属板，所述一个或多个膨胀金属板由此或通过其中提供各向异性流动。一个或多个膨胀金属板的多个取向可以在不使用多个常规通道和多个流场的情况下优化流体分布到所述燃料电池的所述活性区。

进一步的多个应用领域将从本文提供的描述中变得显而易见。本发明内容中的描述和多个具体示例仅用于说明的多个目的，并不用于限制本公开的所述范围。

附图说明

从下面的详细描述，尤其是当结合本文描述的所述多个附图考虑时，本公开的上述以及其他多个优势对于本领域技术人员来说将变得显而易见。

图1是根据本技术的一燃料电池的一实施例的一分解示意性透视图；

图2是根据本技术的一实施例的具有一活性区的所述燃料电池，所述活性区包括具有多个菱形空隙的一膨胀金属板；

图3是根据本技术的另一实施例的具有一活性区和多个分布区的一燃料电池，所述活性区和多个分布区包括具有多个菱形空隙的多个膨胀金属板；

图4是所述膨胀金属板的一放大图，进一步描述了所述多个菱形空隙的取向，其中所述多個菱形空隙的一长轴實質上设置平行于所述燃料电池的一纵向长度；以及

图5是所述膨胀金属板的一放大图，进一步描述了所述多个菱形空隙的取向，其中所述多个菱形空隙的一长轴实质上设置平行于所述燃料电池的一横向长度。

具体实施方式

以下技术描述仅是一项或多项发明的所述主题、制造和使用本质上是示例性的，并非旨在限制本申请或在可以请求本申请优先权的其他多个申请中或由此颁发的多个专利中请求保护的任何特定发明的所述范围、应用或多个用途。关于所公开的多种方法，所呈现的所述多个步骤的所述顺序本质上是示例性的，因此，在各种实施例中，所述多个步骤的所述顺序可以不同，包括某些步骤可以同时执行的情况。本文使用的“一(A和an)”表示存在所述项目中的“至少一个(at least one)”；如果可能，可以存在多个这样的项目。除非另有明确说明，本说明书中的所有数值均应理解为由所述词“约(about)”修饰，并且所有几何和空间叙词均应理解为在描述本技术的最广泛范围时由所述词“实质上(substantially)”修饰。当应用于多个数值时，“约”表示所述计算或所述测量允许所述值略有不精确(在某种程度上接近所述值的精确性；大约或合理地接近所述值；几乎)。如果出于某些原因，“约”及/或“实质上”所提供的所述不精确在本领域中不以其他方式理解为具有这种普通含义，那么本文所用的“约”及/或“实质上”至少表示可能由测量或使用此类参数的多种普通方法引起的多个变化。

尽管本文使用所述开放式术语“包含(comprising)”作为多个非限制性术语，例如包括(including)、含有(containing)或具有(having)的一同义词来描述和请求保护本技术的多个实施例，但多个实施例也可以使用更多限制性术语来描述，例如如“由...组成(consisting of)”或“实质上由...组成(consisting essentially of)”。因此，对于叙述多个材料、多个部件或多个工艺步骤的任何给定实施例，本技术还具体包括由此类材料、部件或工艺步骤组成或实质上由此类材料、部件或工艺步骤组成的多个实施例，排除额外的多个材料、多个部件或多个工艺(对于由...组成)，并且排除影响所述实施例的所述多个重要特性的额外的多个材料、多个部件或多个工艺(对于实质上由...组成)，即使此类额外材料、部件或工艺未在本申请中明确叙述。例如，叙述元件A、B和C的一组成或工艺的叙述具体设想了由A、B和C组成，并实质上由A、B和C组成的多个实施例，排除本领域可能提及的元件D，即使元件D没有明确描述为在本文中被排除在外。

如本文所指，除非另有说明，多个范围的多个公开包括多个端点，并且包括所有不同的值和在整个范围内进一步划分的多个范围。因此，例如，“从A到B”或“从约A到约B”的一范围包含A和B。多个具体参数(例如多个量、多个重量百分比等)的多个值和多个值的多个范围的公开不排除本文有用的其他多个值和多个值的多个范围。可以设想，一给定参数的两个或多个特定示例值可以定义可以为所述参数请求保护的多个值的一范围的多个端点。例如，如果参数X在本文中例示为具有值A并且还例示为具有值Z，则可以设想参数X可以具有从约A到约Z的多个值的一范围。类似地，可以设想一参数的多个值的两个或多个范围的公开(无论此类范围是嵌套的、重叠的或是不同的)包含可能使用所述多个公开范围的多个端点请求保护的所述值的所有可能的多个范围的组合。例如，如果本文例示的参数X具有1至10、或2至9、或3至8范围内的多个值，则还设想参数X可以具有多个值的其他多个范围，包括1至9、1至8、1至3、1至2、2至10、2至8、2至3、3至10、3至9等。

当一元件或层被称为“在”、“接合”、“连接”或“耦合”到另一元件或层时，它可能直接在另一元件或层上、接合、连接或耦合到另一元件或层，或者多个介于中间的元件或层可能存在。相反，当一元件被称为“直接在”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件或层时，可能不存在多个介于中间的元件或层。用于描述多个元件之间的所述关系的其他多个词应该以一类似的方式解释(例如“之间”与“直接之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所用，所述术语“及/或”包括所述多个相关列出的项目中的一个或多个的任何和所有组合。

尽管所述多个术语第一、第二、第三等可在本文中用于描述各种元件、部件、区域、层及/或部分，但这些元件、部件、区域、层及/或部分不应受这些术语限制。这些术语可能仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分区分开来。除非上下文明确指出，否则本文使用的诸如“第一”、“第二”等多个术语和其他多个数字术语并不暗示一序列或顺序。因此，在不脱离所述多个示例实施例的所述多个教导的情况下，下面讨论的一第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为一第二元件、部件、区域、层或部分。

为了便于描述，本文可以使用诸如“内部(inner)”、“外部(outer)”、“下面(beneath)”、“下方(below)”、“下部(lower)”、“上面(above)”、“上部(upper)”等多个空间相关术语来描述一个元件或特征与另一元件或特征的关系，如所述多个图所示。多个空间相关术语可旨在涵盖所述装置在使用或运作中除了所述多个图中描绘的所述取向之外的多个不同取向。例如，如果所述多个图中的所述装置被翻转，被描述为其他多个元件或多个特征“下方”或“下面”的多个元件将定向在所述其他多个元件或多个特征“上面”。因此，所述示例术语“下方”可以包含上面和下方的一取向。所述装置可以以其他方式定向(旋转90度或以其他取向)，并且相应地解释本文使用的所述多个空间相关叙词。

如本文所用，所述术语“活性区”是指一燃料电池的一区域，其中可获得所述燃料电池运作的多个必要部件，即氢气、空气或氧气、冷却剂、聚合物电解质膜、催化剂、电导体(例如扩散介质)和电接触(例如压缩下的所有必要部件)。多个嵌套板的多个进料区域通常不是所述活性区的部分，也不是多个垫圈或密封剂区域。所述活性区包括多个分布式反应物流体可以参与有助于所述燃料电池运作的多个电化学反应的区域。

一流量分布部分可以位于所述燃料电池中的所述活性区之前及/或之后。换句话说，所述多个分布部分可实质上设置邻近于所述活性区。应当理解，某些材料比其他多个材料更适合所述多个分布部分。通过牺牲所述多个分布部分的最小区域来在所述活性区中实现均匀流动是有利的。

一入口集管和一出口集管可沿着一燃料电池的一流动路径流体耦合。在某些情况下，所述活性区和一个或多个分布区可设置在所述入口集管与所述出口集管之间。在一具体的示例中，所述分布区可以包括一第一分布区，设置在所述入口集管，以及一第二分布区，设置在所述出口集管，并且所述第一分布区及所述第二分布区设置在所述燃料电池的所述活性区的多个末端。

在某些情况下，所述燃料电池可以具有一活性区，所述活性区域包括呈现各向异性流过其中的一非通道材料。在一具体的示例中，所述燃料电池可以具有实质上设置邻近于所述活性区的一通道分布部分。如图1所示，可以将所述上部分布部分中的所述流动引导到所述燃料电池的所述右侧，以实现所述活性区中的均匀流动。替代地，如图2所示，所述分布部分还可以包括具有各向异性流阻的一非通道流场，并且可以允许均匀流过所述活性区。还设想可以将多个具有呈现各向异性流动的一非通道材料的多个燃料电池设置在彼此之上，以形成一燃料电池组。本技术的某些应用可以包括为多个车辆提供多个能量系统。

所述燃料电池可以包括以下多种配置中的一种或多种。呈现各向异性流动的所述材料可以仅设置在所述燃料电池的所述活性区。呈现各向异性流动的所述材料可以仅设置在所述燃料电池的所述分布区。呈现各向异性流动的所述材料可以设置在所述燃料电池的所述活性区和所述分布区。

具有各向异性流动的一材料允许一流体在一第一方向上以较小的阻力和较小的压降行进，并允许所述流体在一第二方向上以较大的阻力行进。呈现各向异性流动的所述材料可以是多孔的。具体地，呈现各向异性流动的所述材料可以包括多个精细结构的网状材料，其有利地为气体扩散层(gasdiffusion layer，GDL)和多个子垫圈提供增强的支撑。呈现各向异性流动的所述材料可用于横跨所述燃料电池的多个部分，包括所述燃料电池的一活性区以及所述燃料电池的一个或多个分布区的多个反应流体(例如氢气、氧气或空气)的所述分布及/或通过。呈现各向异性流动的所述材料也可用于所述燃料电池中一冷却剂流体的所述分布及/或通过；例如，所述路径可以包括一冷却剂路径。在一具体的示例中，一膨胀金属板与一GDL一起工作，以将所述入口集管流体耦合到所述出口集管并提供各向异性流动。

可以提供这种各向异性流动的一材料的一示例包括一膨胀金属板。多个膨胀金属板可以包括具有近似多个菱形或多个椭圆形的多个空隙。沿所述多个空隙的一长轴的所述流阻可以较低，而沿一短轴方向的所述流阻可以较高，或者换句话说，沿所述短轴方向的所述流阻可以高于沿所述长轴的一流阻。所述两个方向上的所述流阻的所述比率可以为约2:1至约3:1，这取决于所述多个空隙的所述多个尺寸。可以调整所述多个空隙的所述多个尺寸，以调节所述各向异性流动。例如，通过增加所述多个空隙的所述长轴及/或减小所述多个空隙的所述短轴可以获得一更大的流量比率。本领域技术人员可以在本公开的所述范围内选择其他多个合适的形状来形成所述多个空隙。

多个膨胀金属板可以以各种方式形成。在某些实施例中，多个膨胀金属板可由不锈钢、铝、碳钢和其他多种可膨胀合金的多个实心板/多个线圈制成。所述实心板通过一组带有上刀刃和下刀刃的模具进行分切和拉伸，而所得的多个空隙的所述形状可以部分地由所述模具的所述形状来引导。所述实心金属板可以使用所述模具切开并拉伸，以形成所述膨胀金属板，而不会产生浪费。也就是说，可以在所述实心板中形成所述多个狭缝而无需冲压出所述板的多个部分。可以将所述实心板材送入一膨胀机，所述精密模具可以在一单次操作中切割和拉伸所述金属。然后可以将所述材料剪切并拉伸成具有均匀尺寸的多个开口或多个空隙的一特定图案。某些实施例包括所述原始实心金属板可以膨胀到其原始宽度的十倍，并且所述最终的膨胀金属板可以比所述原始实心板单位面积更轻并且单位重量更坚固。所述制造工艺中不会损失任何材料。当所述膨胀金属板被切割成多个所需尺寸时，所述膨胀金属板可能不会散开并且所述股线交叉点可以将所述板保持在一起。可以根据需要使用一轧机控制所述膨胀金属板的一厚度。

在某些情况下，在所述膨胀金属板用于形成呈现各向异性流动的所述材料的情况下，所述燃料电池可以被配置为允许所述入口集管流体耦合到所述出口集管。例如，路径可以包括与所述膨胀金属板相邻的一间隙或空间，因此所述反应物流体可以在所述空间与所述多个空隙之间行进。作为一非限制性示例，所述空间可由一垫圈及/或所述气体扩散层提供。在一具体的示例中，所述垫圈及/或所述气体扩散层可以包括多个垫圈及/或多个气体扩散层，这些垫圈及/或气体扩散层实质上设置在所述膨胀金属板上面及/或下方。所述膨胀金属板可以与所述气体扩散层一起工作，以在将所述入口集管流体耦合到所述出口集管的所述路径中提供各向异性流动。例如，当所述气体扩散层设置邻近于所述膨胀金属板时，所述反应物流体可以通过流过所述气体扩散层的所述多个孔而在所述膨胀金属板的一个空隙之间行进，然后返回到所述膨胀金属板的一相邻空隙。在本公开的所述范围内，本领域技术人员可以选择使用所述膨胀金属板将所述入口集管流体耦合到所述出口集管的其他多种合适的方法。

这种呈现各向异性流动的所述材料可用于替代某些燃料电池的多个分布区和多个流场中使用的所述多个反应物流体分布通道。所述低流阻方向可以是所述水平的左右方向，或者换句话说，所述长轴方向可以实质上平行于所述燃料电池的一横向长度。在所述活性区中，所述低流阻方向可以是一竖直上下方向，或者换句话说，所述长轴方向可以实质上平行于所述燃料电池的一纵向长度。通过连续改变所述燃料电池内所述多个空隙的所述长轴方向，将所述低流阻方向从一水平方向稳定地改变到一竖直方向可能是有用的。因此，所述多个空隙的所述长轴方向和所述多个空隙的所述短轴方向可以在所述燃料电池内交替至少一次。横跨所述燃料电池，所述多个空隙的所述长轴方向可以在实质上设置平行于所述燃料电池的所述纵向长度与实质上设置平行于所述燃料电池的所述横向长度之间交替多个方向。具体地，所述长轴方向可以在所述燃料电池的一长度上沿一单一方向旋转，根据需要改变所述低流阻的所述方向。另外地，所述长轴方向和所述短轴方向可以根据需要交替多次，以改变所述燃料电池内所述低流阻的所述方向。

除了多个膨胀金属板外，一些纤维板材料和一些类型的编织金属网可以提供各向异性流动行为，并且可以用作呈现各向异性流动的所述材料。

在某些实施例中，呈现各向异性流动的所述材料可以包括先前用于将多个反应物流体分布到所述燃料电池的所述活性区的所述燃料电池的多个区域。例如，多个双极板的某些隔板可以设计有多个分布区域，将多个反应物流体集管连接到所述燃料电池的所述多个活性区的多个流场。除了所述活性区之外，本技术还可以包括在这类的分布区域使用呈现各向异性流动的所述材料。例如，所述反应物流体可以从一相应的入口流体集管流入呈现各向异性流动的一材料中，其中所述多个空隙的一长轴在一横向方向上首先将来自所述入口集管的所述流体散布在所述燃料电池的一宽度上。然后可以提供一转变以使呈现各向异性流动的所述材料将所述多个空隙的所述长轴方向改变为一纵向方向，然后将所述流体散布在所述燃料电池的一长度上。然后可以提供另一转变以使呈现各向异性流动的所述材料将所述多个空隙的所述长轴方向改变回所述横向方向，然后将所述流体从横跨所述燃料电池的所述宽度引导至一出口集管。

通过在这样的多个前分布区中提供呈现各向异性流动的所述材料，还可以扩大所述燃料电池的所述活性区，以包括这样的多个前分布区。例如，所述燃料电池的多个前分布区可以与所述活性区结合。这可以通过扩大或成形所述活性区以包括用于所述多个阳极及/或阴极反应物流体的所述多个前分布区来完成。以此方式，包括所述电极(例如阳极和阴极)中的一个或两个的所述MEA的所述形状可以包括所述多个前分布区。同样，多个GDL的所述形状，如果存在，可以包括所述多个前分布区。在某些实施例中，所述MEA(及多个GDL)可以从通常位于所述燃料电池布局中间的一前四边形活性区扩大到现在包括用于流体耦合所述反应物流体入口和出口集管的所述多个实质上三角形的分布区。也可以用以一类似方式呈现各向异性流动的所述材料替换冷却剂入口和出口集管之间的任何分布区。

现在转向与此一起提供的所述几个图，本技术的某些实施例与其相关地被呈现。参考图1，根据本技术构造的一燃料电池100的一实施例以一分解示意性透视图显示。所述燃料电池100可以包括一对板105，其可以是一燃料电池组中的多个双极板的多个隔板或一燃料电池组的所述末端的多个端板或一单个燃料电池。如图1所示，提供所述板105用于与所述燃料电池100的所述构造有关的上下文参考。如图1所示，所述板105非旨在提供所述板105本身的一特定配置。所述板105可以操作以分配多个反应物流体并收集在所述燃料电池100的运作中产生的电流。所述板105可以将一膜电极组件(MEA)112夹在中间，其中所述MEA112包括侧面为电极120的一质子交换膜115。所述质子交换膜115可被配置为可渗透多个质子，同时充当一电绝缘体和反应物流体屏障，例如阻碍氧气和氢气的所述通过。所述电极120可以包括一阳极125和一阴极130，其中可以向所述阳极125供应氢气并且可以向所述阴极130供应氧气或空气，所述电极120中的每一个包括一催化剂，以促进氢气在所述阳极125处电化学转化为多个质子以及所述多个质子在所述阴极130处的所述氧还原反应。所述板105可用于使用多个反应物流体通道和在其中形成的多个流场来分配所述燃料电池100的所述多个反应物流体，其中所述板105、135中的一者可将所述氢气分配到所述阳极125，并且所述板105、140中的另一者可以将所述氧气或空气分配到所述阴极130。多个气体扩散层145可以位于所述电极120与所述板105之间，以便于所述多个反应物流体的分布。如图所示，所述多个气体扩散层145可以是多个单独的部件。然而，某些实施例可以包括可以集成所述多个气体扩散层145和所述电极120的地方。多个垫圈150可用于在所述板105与所述MEA 112之间提供一流体密封，有效地密封多个反应物流体从所述板105通过所述多个气体扩散层145到位于所述质子交换膜115侧面的所述相应电极120的所述分布。应当理解，可以使用其他多个类型的多个密封机构来代替所述多个垫圈150。

如图2所示，所述板105包括一活性区域102、两个分布区104、一入口集管106及一出口集管108。所述板105可以包括一路径，所述路径将所述入口集管106流体耦合到所述出口集管108。在所示的所述实施例中，所述路径包括所述活性区102及所述两个分布区104。呈现各向异性流动的一非通道材料可以设置在所述路径内。

如图2所示，所述活性区102可以包括呈现各向异性流动的所述非通道材料。如图3所示，所述分布区104也可以包括呈现各向异性流动的所述非通道材料。参考图2至图3，所述燃料电池100包括一纵向长度L1及一横向长度L2。继续参考图2至图3，提供有呈现各向异性流动的所述非通道材料的所述燃料电池100的所述区域由一交叉阴影线图案描绘。图2的所述活性区102及图3的所述活性区102和所述分布区104中的所述一般交叉阴影线图案可以采用各种形式和取向，如本文进一步描述的，以及如图4至图5中所描绘的。

图4描绘了在图2至图3中的标注框A和C处截取的呈现各向异性流动的所述非通道材料的一放大图。如图4所示，呈现各向异性流动的所述非通道材料可以由具有大量的多个空隙的一膨胀金属板构成，其中一单个空隙用110表示。所述空隙110可以具有一长轴LA及一短轴SA。继续参考图4，所述空隙110的所述长轴LA可以实质上定向平行于所述板105的所述纵向长度L1。不受一特定理论的束缚，相信所述反应物流体的一有效流动将在所述活性区102提供，其中所述活性区102内的所述长轴LA实质上定向平行于所述板105的所述纵向长度L1。

图5描绘了在图3中标注框B和D处截取的呈现各向异性流动的所述非通道材料的一放大图。如图5所示，呈现各向异性流动的所述非通道材料也包括具有大量的多个空隙的所述膨胀金属板，其中一单个空隙用110表示。所述空隙110可以具有所述长轴LA及所述短轴SA。继续参考图5，所述空隙110的所述长轴LA可以实质上定向平行于所述板105的所述横向长度L2。不受一特定理论的束缚，相信一更均匀的分布将在所述分布区104上提供，从而在所述活性区102上提供，其中所述分布区104内的所述长轴LA实质上定向平行于所述板105的所述横向长度L2。

有利地，本公开的所述非通道分布区最小化了实现到所述活性区102的均匀流动所需的所述燃料电池100的所述区域。理想地，呈现各向异性流动的所述非通道材料还提供了多个传统通道分布区的一经济替代方案。此外，呈现各向异性流动的所述非通道材料提供增强的支撑和多个冷却特性。

虽然出于说明本发明的多个目的已经显示了某些代表性实施例和细节，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开的所述范围的情况下可以进行各种改变，本公开的所述范围在所附的多个权利要求中进一步描述。

Claims (20)

1.一种燃料电池，其特征在于：所述燃料电池包括：

一路径，将一入口集管流体耦合到一出口集管，其中呈现各向异性流动的一非通道材料设置在所述路径内。

2.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于：呈现各向异性流动的所述材料设置在所述燃料电池的一活性区。

3.如权利要求2所述的燃料电池，其特征在于：呈现各向异性流动的所述材料仅设置在所述燃料电池的所述活性区。

4.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于：呈现各向异性流动的所述材料设置在所述燃料电池的一分布区。

5.如权利要求4所述的燃料电池，其特征在于：呈现各向异性流动的所述材料仅设置在所述燃料电池的所述分布区。

6.如权利要求4所述的燃料电池，其特征在于：所述分布区包括一第一分布区，设置在所述入口集管，以及一第二分布区，设置在所述出口集管，并且所述第一分布区及所述第二分布区设置在一活性区的末端。

7.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于：呈现各向异性流动的所述材料包括一膨胀金属板。

8.如权利要求7所述的燃料电池，其特征在于：所述膨胀金属板与一气体扩散层一起工作，以将所述入口集管流体耦合到所述出口集管。

9.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于：呈现各向异性流动的所述材料包括多个空隙。

10.如权利要求9所述的燃料电池，其特征在于：每一个空隙具有一短轴和一长轴，所述短轴方向的一流动阻力大于所述长轴方向的一流动阻力。

11.如权利要求10所述的燃料电池，其特征在于：所述短轴与所述长轴之间的所述流动阻力的一比率在约二比一与约三比一之间。

12.如权利要求10所述的燃料电池，其特征在于：所述长轴实质上设置平行于所述燃料电池的一纵向长度。

13.如权利要求12所述的燃料电池，其特征在于：呈现各向异性流动的所述材料设置在所述燃料电池的一活性区。

14.如权利要求10所述的燃料电池，其特征在于：所述长轴实质上设置平行于所述燃料电池的一横向长度。

15.如权利要求14所述的燃料电池，其特征在于：呈现各向异性流动的所述材料设置在所述燃料电池的一分布区。

16.如权利要求10所述的燃料电池，其特征在于：横跨所述燃料电池，所述长轴可以在实质上设置平行于所述燃料电池的一纵向长度与实质上设置平行于所述燃料电池的一横向长度之间交替多个方向。

17.如权利要求10所述的燃料电池，其特征在于：呈现各向异性流动的所述材料设置在所述燃料电池的一活性区及所述燃料电池的一分布区，所述活性区内呈现各向异性流动的所述材料的所述长轴实质上设置平行于所述燃料电池的一纵向长度，并且所述分布区内呈现各向异性流动的所述材料的所述长轴实质上设置平行于所述燃料电池的一横向长度。

18.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于：呈现各向异性流动的所述材料包括多个椭圆空隙及多个菱形空隙中的一种。

19.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于：呈现各向异性流动的所述材料包括一纤维板及一编织金属网中的一种。

20.一种燃料电池组，其特征在于：所述燃料电池组包括如权利要求1所述的一燃料电池。