CN117425988A - 燃料电池双极板中的非一致反应物通道 - Google Patents

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CN117425988A CN202280040080.6A CN202280040080A CN117425988A CN 117425988 A CN117425988 A CN 117425988A CN 202280040080 A CN202280040080 A CN 202280040080A CN 117425988 A CN117425988 A CN 117425988A
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Abstract

本公开广泛涉及具有膜电极组件、气体扩散层和双极板的燃料电池。气体扩散层与膜电极组件的一侧相邻。双极板与气体扩散层相邻。双极板包括一个以上阳极通道和一个以上阴极通道。

Description

燃料电池双极板中的非一致反应物通道
相关申请的交叉引用
本非临时申请根据35U.S.C.§119(e)和任何其他适用的法律或法规，要求获得2021年6月4日提交的美国临时专利申请序列第63/197,117号的权益和优先权，该申请的全部内容通过援引在此明确并入本文中。
技术领域
本公开广泛涉及在燃料电池和/或燃料电池堆的阳极或阴极通道中用于促进大量反应物的扩散和/或减少过量积水的系统和方法。
背景技术
在燃料电池使用过程中，水可能会积聚在阳极和阴极通道中，或积聚在靠近出口的流场中。这是由燃料电池内发生的正向反应引起的，导致膜电极组件(MEA)的阴极侧形成水。燃料电池逆向反应引起的渗透拖拽可能导致阴极侧形成的部分产物水迁移到阳极侧。
燃料电池反应物流可以设计成以开环配置或闭环配置的方式运行。近年来，燃料电池设计采用闭环阳极系统和开环阴极系统。与过量阴极空气从燃料电池堆排出不同，在开环工艺中，阳极废气会再循环到电池堆的入口，形成闭环工艺。闭环阳极架构的优点包括能够提高燃料利用率和减少系统内部件的数量，特别是可以不需要阳极加湿器。然而，如果加湿水平超过可容忍的水平，就会产生积水过多的级联效应，导致闭环阳极架构的优点很快变成危害。
缓和或解决积水问题的一种方法是增加过量反应物的化学计量。这可能有助于减轻阳极和阴极工艺流中形成过量水的问题。通过增加体积流量和反应物供应的速度，惯性力也会增加，这将有助于将过量的液态水从流场中排出。然而，增加体积流量、速度和惯性力会带来额外的系统寄生功率损耗。
如果提高过量反应物的化学计量比，供应相应气体的泵将需要更加卖力地工作，这可能会降低整体系统的效率。其次，增加过量反应物的化学计量也会提高整个流场的速度。而提高整个通道或流场的速度是没有必要的，因为过量水的产生局限于电池活性区域的后半部分。最后，反应物化学计量的增加会改变反应的质量平衡，从而改变燃料电池的热力学关系，由此造成的进一步变化可能影响电池和系统的性能。因此，本文介绍了在燃料电池或燃料电池堆的阳极或阴极通道中用于促进大量反应物的扩散和/或减少过量积水的系统和方法。
概述
为满足这些以及其他需求，本文包括了本发明的实施例。
本文介绍的一个方面是一种燃料电池，它包括膜电极组件、气体扩散层和金属双极板，气体扩散层位于膜电极组件的第一侧，金属双极板包括一个以上阳极通道和一个以上阴极通道且与气体扩散层相邻。燃料流经该一个以上阳极通道，氧化剂流经该一个以上阴极通道，该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道的深度沿燃料电池或燃料电池堆的长度方向发生变化。
在一个实施例中，该一个以上阳极通道的深度顺着燃料的流动方向发生变化。
在一个实施例中，该一个以上阳极通道的深度逆着燃料的流动方向发生变化。在一些实施例中，该一个以上阴极通道的深度顺着氧化剂的流动方向发生变化。在其他实施例中，该一个以上阴极通道的深度逆着氧化剂的流动方向发生变化。在另一些实施例中，该一个以上阴极通道的深度逆着氧化剂的流动方向发生变化。
在一个实施例中，该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道的深度朝向膜电极组件倾斜。在一些实施例中，使用一个或多个垫片、支架或隔板来倾斜该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道的深度。在其他实施例中，该一个以上阳极通道的深度和该一个以上阴极通道的相应深度之和在整个燃料电池和/或燃料电池堆中保持恒定。
本文介绍的另一个方面是一种操作燃料电池堆的方法，它包括操作多个燃料电池，燃料电池则包括膜电极组件、位于膜电极组件第一侧的气体扩散层和金属双极板。金属双极板配置成与气体扩散层相邻，气体扩散层配置成与膜电极组件相邻。该方法还包括：让燃料流经金属双极板的一个以上阳极通道，让氧化剂流经金属双极板的一个以上阴极通道；以及减少该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道中的积水，其中该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道的深度沿燃料电池堆的长度方向发生变化。
在一个实施例中，该方法还包括：通过促进燃料和氧化剂在气体扩散层的扩散来操作燃料电池堆。在一些实施例中，该一个以上阳极通道的深度顺着燃料的流动方向发生变化。在其他实施例中，该一个以上阳极通道的深度逆着燃料的流动方向发生变化。在另一些实施例中，该一个以上阴极通道的深度顺着氧化剂的流动方向发生变化。
在一个实施例中，该一个以上阴极通道的深度逆着氧化剂的流动方向发生变化。在一些实施例中，该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道的深度朝向膜电极组件倾斜。在其他实施例中，使用一个或多个垫片、支架或隔板来倾斜该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道的深度。
在一个实施例中，该一个以上阳极通道的深度和该一个以上阴极通道的相应深度之和在整个燃料电池堆中保持恒定。
附图简要说明
图1是包含多个燃料电池模块的燃料电池系统示意图，每个燃料电池模块具有一个或多个燃料电池堆。
图2是用于燃料电池模块的燃料电池堆重复单元的分解图。
图3是燃料电池堆中流场内的阳极、阴极和冷却剂通道的示意图。
图4是燃料电池堆中的入口集管、流场和排气集管(例如输出)的示意图。
图5A是直列配置中反应物流的示意图。
图5B是恒定交叉配置中反应物流的示意图。
图5C是锯齿形配置中反应物流的示意图。
图5D是直列和交叉流组合配置中反应物流的示意图。
图6A是双极板的示意图。
图6B是双极板沿水平轴的示意图。
图6C是双极板凹槽截面中部沿纵轴的示意图，其中阳极和阴极通道或流场相互平行或成一直线。
图6D是双极板凹槽截面中部沿纵轴的示意图，其中通道或流场的深度沿燃料流的方向减小。
图7A是晶体结构中包括变形或弯曲的双极板的一个实施例的图像。
图7B是晶体结构中包括变形或弯曲的双极板的另一个实施例的图像。
当参照本文所描述的附图阅读以下详细说明时，可以更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。此外，还请参照构成本文一部分的附图，其中通过图示的方式展示了可以实施本发明的具体实施例。这些实施例的描述足够详细，以使本领域的技术人员能够实施权利要求的内容，而且应该理解，在不偏离权利要求的精神和范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行逻辑、机械和电气方面的变化。因此，以下详细描述不应认为具有限制性意义。
详细说明
本公开涉及用于改变燃料电池流场通道或通路(”通道”)的横截面积，以促进大量反应物(如燃料、氧化剂)从通道扩散到气体扩散层(GDL)的系统和方法。此外，本公开涉及在燃料电池、电池堆和/或系统长时间高电流密度运行期间减少过量积水的系统和方法。
燃料电池系统10可以包含包括多个单独燃料电池100的燃料电池堆12。每个燃料电池堆12均可容纳串联和/或并联在一起的多个燃料电池100。燃料电池系统10可以包含如图1所示的一个或多个燃料电池模块14。每个燃料电池模块14均可包含多个燃料电池堆12。
燃料电池堆12中的燃料电池100可以堆叠在一起，以倍增单个燃料电池100的电压输出。燃料电池堆12中燃料电池100的数量可以根据运行燃料电池系统10(包含燃料电池堆12)所需的功率量而变化。例如，每个燃料电池堆12中可以包含大约200个至800个燃料电池100，包括其中所包含的任何具体数量或数量范围的燃料电池。燃料电池模块14内的燃料电池堆12中的燃料电池100可以朝向适当的方向，以优化燃料电池系统10的效率和功能。
燃料电池堆12中的燃料电池100可以是聚合物电解质膜或质子交换膜(PEM)燃料电池、阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)、碱性燃料电池(AFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、磷酸燃料电池(PAFC)或固态氧化物燃料电池(SOFC)。在示例性实施例中，燃料电池100可以是聚合物电解质膜或质子交换膜(PEM)燃料电池。
在一个实施例中，燃料电池堆12包含多个质子交换膜(PEM)燃料电池100。如图2所示，每个燃料电池100包含单个膜电极组件(MEA)102，以及位于膜电极组件(MEA)102一侧或两侧的气体扩散层(GDL)104、106。燃料电池100还包含双极板(BPP)108、109，双极板位于各个气体扩散层(GDL)104、106的外侧。双极板(BPP)108、109负责输运燃料电池100中的反应物110、112和冷却液。双极板(BPP)108、109可以通过氧化剂流场120和/或燃料(如氢气)流场122，将反应物110、112均匀分配到每个燃料电池100的活性区域126。活性区域126是发生电化学反应以驱动燃料电池100产生电力的地方，它位于气体扩散层(GDL)104、106和双极板(BPP)108、109的中心。双极板(BPP)108、109可以将反应物110、112隔离或密封在各自的通路中，并保持导电性和稳健性。
本文介绍的燃料电池系统10可用于车辆和/或动力总成。包括本燃料电池系统10的车辆可以是汽车、通行车、公共汽车、卡车、火车、机车、飞行器、轻型车辆、中型车辆或重型车辆。车辆和/或动力总成可以在公路、高速公路、铁路、空中航线和/或水路上使用。车辆可用于包括但不限于非公路运输、小车和/或采矿装备的应用。燃料电池系统10可由固定设备、不可移动的电力系统和/或电解槽中使用的动力总成实现。
图2展示了燃料电池100(如质子交换膜(PEM)燃料电池)的一个重复单元128。燃料电池100的此实施例包括单个膜电极组件(MEA)102。燃料电池100还包括位于MEA一侧或两侧的一个或多个气体扩散层(GDL)104、106。燃料电池100还包括位于每个GDL 104、106的外部和/或外侧的双极板(BPP)108、109。如图2所示，重复单元128从上到下包含一个BPP 109、第一GDL 104、一个MEA 102和第二GDL 106。
燃料电池100的单个重复单元128产生电压输出。多个重复单元128可以堆叠在一起，例如在燃料电池系统或模块中，使得系统或模块的电压输出等于单个燃料电池100的电压输出乘以堆叠在一起的燃料电池100的数量。例如，燃料电池堆可以具有大约10至500个燃料电池、大约40至100个燃料电池、大约100至200个燃料电池、大约200至300个燃料电池或大约300至400个燃料电池，包括其中包含的任意数量的燃料电池100。
在一个实施例中，燃料电池100和/或燃料电池堆的横截面积可以确定燃料电池100和/或燃料电池堆的电流工作范围。在一些实施例中，燃料电池堆中包含的燃料电池100的数量与每个燃料电池100的面积的乘积可以表示燃料电池堆的总额定功率。膜电极组件(MEA)102和气体扩散层(GDL)104、106也可能影响燃料电池堆的额定功率。
在图2-4所示的实施例中，双极板(BPP)108、109负责输运燃料电池100中的反应物110、112和温度调节(冷却)液。如图3所示，在燃料电池100和/或燃料电池堆中，BPP 108、109可以负责将反应物110、112通过氧化剂流场120和/或燃料(如氢气)流场122均匀分配到每个燃料电池100的活性区域126。活性区域126是发生电化学反应以驱动燃料电池100产生电力的地方，它可以位于GDL 104、106和BPP 108、109的中心。在其他实施例中，BPP 108、109可以负责将反应物110、112隔离或密封在其各自的通路内，同时保持导电性和稳健性。
在MEA 102之前和/或之后，活性区域126也可以有一个引入或集管区域。其中，集管区域可以确保流体更好地分布在MEA 102上。在进一步的实施例中，如图4所示，燃料电池和/或燃料电池堆可以具有入口集管132和/或出口集管134作为集管区域。
回到图2，燃料电池100和/或燃料电池堆可以从阴极侧获得氧化剂(如空气、氧气、加湿空气)110。获得氧化剂110的燃料电池100和/或燃料电池堆可以提供必要的反应物来发电。例如，包括氧化剂的燃料电池可以在MEA 102的阴极侧发生化学反应，反应式如下：
2H2+λca(O2+(1/CO2–1)N2)←→2H2O+(λca-1)(O2+λca(1/CO2–1)N2)
在一个实施例中，燃料电池100的活性区域126是MEA 102驻留在每个重复单元128中的区域。当液态水开始在活性区域126上形成时，它可能被疏水性GDL 104、106排斥，并且被亲水性更强的BPP 108、109表面所吸引。在一个实施例中，水可以由进入的氧化剂110推向出口，然后从燃料电池和/或燃料电池堆100喷出。在其他实施例中，水的生成速度可能比氧化剂110将水推到燃料电池和/或燃料电池堆100出口的速度更快。
在一个实施例中，如果水在燃料电池100和/或燃料电池堆中长时间积聚，燃料电池100出口可能会堵塞。燃料电池100堵塞时，燃料电池100将无法满足其过量燃料比要求，导致化学计量比下降，可能造成与燃料电池和/或燃料电池堆反应物110、112匮乏相关的一些问题。在一些实施例中，生成液态水的极端情况可能会使疏水性GDL 104、106饱和，并且由于水与敏感的催化剂层发生反应，MEA 102可能会快速变性。
在一个实施例中，燃料电池100和/或燃料电池堆可以从阳极获得燃料(如氢气)112。获得燃料112的燃料电池100和/或燃料电池堆可以提供必要的反应物来发电。获得燃料112或氢气的燃料电池100和/或燃料电池堆可以在MEA 102的阳极侧发生化学反应，反应式如下：
λanH2→(λan-1)H2.
在一个实施例中，水可能同时存在于燃料电池100和/或燃料电池堆的阳极侧和阴极侧。积水可能由燃料电池100和/或燃料电池堆中的阴极和阳极发生的反应引起，以及/或者由此类反应产生的渗透拖拽效应引起。这种积水可能会改变流场120、122，从而影响燃料电池100的性能。
参考图3，在一些实施例中，阴极通道或流场120和/或阳极通道或流场122的几何形状变化可以让局部流体得以加速，从而更好地缓解可能的积水问题。在一个实施例中，反应物110、112(如氧气、空气、燃料)的流动速度可以随着阳极和/或阴极通道或流场120、122的横截面积而变化。例如，在一些实施例中，通过沿反应物流动的方向减小通道或流场120、122的大小，可以局部提高反应物110、112的流动速度。
在其他实施例中，阳极和/或阴极通道或流场120、122的几何形状变化可以通过减小通道或流场120、122的宽度来实现。在其他实施例中，阳极和/或阴极通道或流场120、122的几何形状变化可以通过减小通道或流场120、122的高度来实现。在另一些实施例中，阳极和/或阴极通道或流场120、122的几何形状变化可以通过减小通道或流场120、122的宽度和/或高度(如深度)来实现。
在一个实施例中，在燃料电池100和/或燃料电池堆中，BPP 108、109可以负责从活性区域126中有效移除任何产物和残留的反应物110、112。在一些实施例中，可以为MEA 102提供过量的燃料112和/或氧化剂110，确保整个活性区域126有充足的反应物供应。多余的燃料112和/或氧化剂110也可以从MEA 102的活性区域126中移除。
在其他实施例中，当反应物110、112流经反应位置或活性区域126时，其组成可能会发生变化。BPP 108、109可能需要考虑反应物110、112的这种变化。例如，在一些实施例中，BPP 108、109可能具有增强的能力，可将反应分子输运到、穿过和/或越过活性区域126，并在反应发生后带离MEA 102。
在一个实施例中，在燃料电池100和/或燃料电池堆中，BPP 108、109可以提供机械支撑，以防止燃料电池100和/或燃料电池堆在加压时爆裂。在其他实施例中，在燃料电池100和/或燃料电池堆中，BPP 108、109可以提供刚度以便压缩和/或密封燃料电池100和/或燃料电池堆，从而使燃料电池100具备固有和/或内在密封件。在其他一些实施例中，燃料电池100可以包含一个或多个外部密封件(未示出)。这些密封机制将氧化剂110、燃料112和/或冷却流体(如冷却剂)隔离到各自的流场通路120、122、124，以及/或者防止其泄漏到外部。
在一个实施例中，氧化剂流场120、燃料流场122和冷却流体(冷却剂)流场124可以采用任何配置，例如彼此平行或不平行。在一些实施例中，每个燃料电池100和/或燃料电池堆可以具有一个或多个、许多、若干或复数个氧化剂流场120、燃料流场122和冷却流体(冷却剂)流场124。例如，在一个实施例中，燃料电池100的BPP 108、109可以包含一个由大约10至100个流场组成的流场网络，包括其中包含的任意数量或范围的流场。在另一个实施例中，燃料电池100可以具有总共大约20至40个、大约40至60个、大约60至100个流场，包括其中包含的任意数量或范围的流场。
在图2所示的实施例中，BPP 108、109可以由任意数量的片材制成，包括一张、两张或更多张片材。例如，双极板(BPP)108、109可以包括大约2张片材。
每张片材可以包括一种材料。BPP 108、109的材料可以是任何导电材料，例如金属或石墨。在一个示例性实施例中，BPP 108、109的材料是金属。
金属BPP 108、109的材料可以是大约20％至100％的金属，包括其中包含的任意百分比或百分比范围的金属。通常，金属BPP 108、109的片材可以包含大约50％至100％的金属，包括其中包含的任意百分比或百分比范围的金属。在一个示例性实施例中，金属BPP108、109的片材可以包含大约50％至100％的金属，包括其中包含的任意百分比或百分比范围的金属。在另一个实施例中，金属BPP 108、109的片材可以包含大约90％至100％的金属，包括其中包含的任意百分比或百分比范围的金属。
如下文所述，金属BPP 108、109的材料与结构对燃料电池100和/或燃料电池堆的导电性至关重要。在一些实施例中，BPP 108、109的材料为石墨。在其他实施例中，BPP 108、109的材料不是石墨。同样，BPP 108、109的材料可以是或不是任何类似或不同的、可通过浸渍和/或固化过程制备的粉末基产品，例如石墨。石墨和其他此类材料的BPP 108、109如果没有一定的最小宽度或厚度，就无法保持必要的强度来支撑燃料电池100或燃料电池堆。然而，若以金属作为BPP 108、109的材料，其限制会大大降低。
BPP 108、109的金属可以是任何类型的导电金属，包括但不限于奥氏体不锈钢(304L、316L、904L、310S)、铁素体不锈钢(430、441、444、Crofer)、镍基合金(200/201、286、600、625)、钛(1级、2级)或铝(1000系列、3000系列)。例如，金属BPP 108、109包含的金属可以是钢、铁、镍、铝和/或钛，或其组合。
金属BPP 108、109的片材可以经过密封、焊接、冲压、结构化、粘合和/或配置，以便为燃料电池流体(例如两种、三种或更多流体)提供流场。金属BPP 108、109的一张或多张片材配置为相互接触、重叠、粘附或连接，以便为燃料电池流体提供流场。
可以通过本领域已知的任何方法(例如喷涂、浸渍、电化学浴、加热等)为金属BPP108、109的一张或多张片材添加涂层，以防腐蚀。在一些实施例中，涂层可以是金属基涂层，包括但不限于锌、铬、镍、金、铂等元素，以及各种合金或其组合。在其他实施例中，涂层可以是石墨基涂层，以保护BPP，减少、延迟和/或防止其发生腐蚀(例如生锈、变质等)。由于石墨无法氧化，因此在BPP 108、109的金属上覆盖石墨涂层可能十分有益。
在一个实施例中，如图4所示，金属BPP 108、109的第一张片材可以包括凹陷部分，以产生阴极和/或阳极120、122的通道或流场。金属BPP 108、109的片材还可以包含一个或多个分布集管区域132、134，用于周围的流体端口。例如，金属BPP 108、109可以包括入口集管区域132和出口或排气集管区域134，如图4所示。
在一些实施例中，金属BPP 108、109的一张或多张片材还可以包括端口或歧管142、144、152、154。金属BPP 108、109中可以有总计任意数量的端口或歧管142、144、152、154。例如，一个实施例中可以有总计大约2至6个端口或歧管142、144、152、154，包括其中包含的任何数量或范围的端口或歧管。端口或歧管可以是入口和出口端口或歧管的任意组合。在一个示例性实施例中，金属BPP 108、109可以包括大约6个端口或歧管(例如，三种流体的入口和出口)。
具体而言，在一些示例性实施例中，端口或歧管142、144、152、154可以包括用于燃料、氧化剂和/或冷却流体的单独入口和/或出口。在一些实施例中，可以有多个被垫圈(如实心垫圈)包围的端口或歧管142、144、152、154，形成一组具有增强强度的密封端口。在其他实施例中，可以有总计大约2至6组端口或歧管142、144、152、154，包括其中包含的任何数量或范围的端口。
在一个实施例中，金属BPP 108、109的第二张片材具有类似类型的结构，但具有相反的反应物端口，可以将其密封、焊接、粘贴、用螺栓固定和/或粘合到第一张片材。例如，在第一张片材的一个实施例中，燃料或氧化剂可以从右上方进入端口和/或集管，并从左下方离开。在第二张片材的一个实施例中，燃料或氧化剂可以从左上方进入端口和/或集管，并从右下方离开。在一些实施例中，金属BPP 108、109可以同时充当燃料电池堆的两个相邻燃料电池100的阳极和阴极。在图2和4所示的实施例中，片材以某种方式设计、制备和/或制造，从而产生具有一面或多面壁和一个开放面的波纹状通道或流场的平行阵列。
通常，流场120、122、124可以包括三面壁和一个开放面。每个流场120、122、124的多面壁和开放面可以形成峰部和谷部。峰部是流场120、122、124的高位或凸起部分，而谷部是流场120、122、124的低位或凹落部分。
在一些实施例中，冷却剂通道或流场124可能挨着阳极通道或流场表面122。该冷却剂通道或流场124可以包括冷却剂通道或流场124的大约一半通道和一个重复单元128中的一半冷却剂体积。在一些实施例中，阴极通道或流场120可以配置为类似于阳极通道或流场122，结构上有所差异或没有差异，以支持氧化剂处理，而不是氢气处理或其他燃料的处理。
在一些实施例中，冷却剂通道或流场124的第二半通道和一个重复单元128的第二半冷却剂体积可以包含在与阴极通道或流场120对齐的冷却剂通道或流场124中。在一些实施例中，当冷却剂半通道彼此相邻组装时，它们可以统一起来包含整个冷却剂通道124。在一些实施例中，冷却剂通道124可以包括燃料(氢气)或氧化剂通道或流场未利用的体积。
在一个实施例中，反应物110、112(如空气、氧气和燃料)和冷却剂可能以多种配置中的一种配置流动。在一些实施例中，如图5A所示，反应物110、112可以直列配置流动，使得反应物110、112以近似直线和/或平行线流动。在其他实施例中，如图5B所示，反应物110、112可以恒定交叉配置流动，使得反应物110、112以特定方式流动，氧化剂、燃料和冷却剂以小于90°角的任意角度相互交叉。在另一些实施例中，如图5C所示，反应物110、112可以锯齿形配置流动，使得反应物110、112多次相互交越流动。在其他实施例中，如图5D所示，反应物110、112可以直列和交叉组合配置流动，使得第一反应物以近似直线流动，而第二反应物流多次交越第一反应物流。
在一个实施例中，该一个或多个通道或流场120、122包括流区202。流区202是每个通道或通路中的空间、区域和/或体积，其中氧化剂110或燃料112流经燃料电池100的金属BPP 108、109。同样，流区202包括冷却剂流经燃料电池100的金属BPP 108、109的通道或流场124的空间、区域和/或体积。
参考图6A-6D，图6B为图6A所示BPP 108、109沿轴350的视图。图6C-6D为BPP 108、109的凹槽截面中部沿轴360的剖面图。每个阳极或阴极流场120、122的流区202可以彼此平行，如图6C所示。在一个单独的实施例中，每个阳极或阴极流场120、122的流区202也可以配置为包含两张片材(例如第一张片材302和第二张片材304)之间的倾角或偏角，如图6D所示。倾角或偏角可以位于第一张片材302上的流场202的峰部平面310上和第二张片材304上的流场202的峰部平面320上。第一张片材302和第二张片材304可以在平面330(例如结构平面)内的结构上一起配置，形成BPP 108、109的一个或多个流区202。
具体而言，相邻和/或邻接流场120、122的流区202可以配置为包括具有倾角或偏角的结构平面330。在一些实施例中，流场120中流区202的结构平面330的倾角或偏角的角度和/或深度可以与流场122中流区202的倾角或偏角的角度和/或深度大小相同且方向相反。
在一个实施例中，如图6D所示，包括结构平面330的流场120、122可以进一步包括流区202的高度或深度变化。通道或流场120、122深度或高度的变化可能是恒定的，也可能不是恒定的，并且可能会沿燃料流动的方向(由箭头112指示，具体而言从入口到出口)减少和/或减小流区202。相比之下，通道或流场120、122高度或深度的变化可能会沿氧化剂流动的方向(由箭头110指示，从入口到出口)减少和/或减小流区202。
通道或流场120、122几何形状的变化可以利用阳极和阴极流场120、122上大小相等但方向相反的平面偏转来实现。通道或流场120、122的结构平面330沿反应物流方向的偏斜，也会导致流区202的减小和反应物流速的增加。同样，通道或流场120、122的凹槽深度也可以减小，使得通道或流场120、122可以向BPP 108、109的结构平面330(其中第一张片材302和第二张片材304一起配置)倾斜。
在一些实施例中，流区202和/或流场120、122的结构平面330的平面偏转(例如偏角和/或倾角)可以利用任何可以想象的数学关系从头到尾进行配置。例如，在一些实施例中，流区202和/或流场120、122的结构平面330的平面偏角和/或倾角可以包括但不限于线性、抛物线、周期性、对数和/或正弦关系。在一些实施例中，流区202和/或流场120、122的结构平面330的平面偏角和/或倾角可以利用一种以上的关系来产生。在其他实施例中，结构平面330偏转的起点和终点可以是燃料电池活性区域126内的任何点。
在一个实施例中，一个BPP 108、109上的通道或流场120、122可以与相反BPP 108、109上的同样特征配对。在一个实施例中，在一个或多个通道或流场120、122中设置倾角可能会缩小一个或多个通道或流场120、122和/或拓宽对应的通道或流场120、122。在其他实施例中，通道或流场120、122不加宽，使得通道或流场120、122的宽度和/或厚度根本不变或不被操纵。
在一些实施例中，这种配置可用于从阳极到阴极的反应物流的逆流布置，因为所采用的通道或流场120、122深度可以在适当的方向上同时为两种反应物110、112流提供减小的横截面积。在其他实施例中，这种配置可用于从阳极到阴极的平行流布置。在一些实施例中，阳极和阴极的斜率可能取决于隔板的使用或受其影响。隔板可以包括支架或垫片等。
在一个实施例中，穿过BPP 108、109的阳极和/或阴极总高度，包括流场120的流区202和流场122的流区202的平面偏角和/或倾角，可以保持不变。阳极和阴极之和的恒定高度对于保持BPP 108、109中通道或流场120、122的底部与GDL 106之间的接触(例如接触维持)非常重要。重要的是，BPP 108、109金属材料的强度和刚度(例如，在不变形的情况下支撑和传递静载荷的能力)支持保持接触，从而确保接触电阻极小和GDL充分压缩，为燃料电池100的电化学反应提供最佳支持，使其能够地高效发电。
例如，为了实现高效运行，燃料电池和/或燃料电池堆需要通过BPP
108、109并通过整个燃料电池和/或燃料电池堆进行高度压缩。金属BPP 108、109提供的紧密连接或接触确保电子能够穿过活性层126，从而保证产生电力的电化学反应高效发生。同样，槽脊-GDL-MEA-GDL-槽脊之间的接触和压缩(可能在电阻的另一侧)也需要接触维持。
接触维持可以通过任何方式实现。接触维持的一个说明性例子是通过焊接，它可以发生在燃料电池100上的任何位置，例如通道或流场120、122处。具体而言，通道或流场120、122底部的接触维持很重要，因为它通常用于焊接以帮助组装燃料电池100，以及/或者对于整个燃料电池堆的电气连续性很重要。
在一个实施例中，改变阳极和阴极通道或流场120、122的深度可能对最终的冷却剂通道124几何形状没有影响或影响很小。在其他实施例中，冷却剂流场124的高度和/或几何形状减少或增加与阳极和阴极通道或流场120、122相同或相似的高度。在其他实施例中，冷却剂流场124的高度和/或几何形状减少或增加与阳极和阴极通道或流场120、122不同的高度。
例如，在一个实施例中，反应物流通道或流场120、122、124的几何形状可以具有大约0.05至0.5毫米的标准高度、深度和/或宽度，包括其中包含的任何长度或长度范围。在另一个实施例中，反应物流通道或流场120、122、124的几何形状可以具有大约0.2至0.6毫米的标准高度、深度和/或宽度，包括其中包含的任何长度或长度范围。在一个实施例中，反应物流通道或流场120、122、124的尺寸可以是：高度或深度约为0.3毫米，宽度约为0.5毫米。在一些实施例中，反应物流通道或流场120、122、124可以具有轻微的拔模角度。
在一些实施例中，反应物和冷却剂流场120、122、124可以具有恒定流区202，因为通道的长度可以延伸以适应减小的高度或深度。燃料电池堆上标准反应物流通道或流场120、122、124的长度通常可以是大约200毫米至300毫米，包括其中包含的任何长度或长度范围。在另一些实施例中，反应物流通道或流场120、122、124的长度可以增加大约50％至100％，包括其中包含的任何特定百分比或百分比范围。
在一个实施例中，对于任何给定活性区域126，燃料电池100和/或燃料电池堆可以采用任意长度和宽度的组合来设计，以实现所需的和/或目标活性区域126。在一些实施例中，改变阳极和阴极通道或流场120、122的深度可以支持和/或产生比标准长度更长的流场通道120、122，以用于反应物110、112和/或冷却剂。更长的流场通道120、122可以起到支持更大活性区域126的作用。在其他实施例中，考虑到某些设计因素，例如可以改变的通道或流场120、122的几何形状，可以开发一个支持较大活性区域126的系统。这种系统可能适用于商用车或工业领域，其中燃料电池100和/或燃料电池堆需要具有较大活性区域126，以产生足够的电力来为应用供电。
在一个实施例中，阳极和阴极通道或流场120、122可以紧密嵌套在一起，BPP 108、109可以具有更紧凑或更小的尺寸。例如，如果入口通道或流场深度保持不变，出口面积减少40％，则燃料电池100的双极板BPP 108、109部分的通道或流场120、122尺寸可以减小大约20％。燃料电池100的GDL 104、106和MEA 102的组合可能约占重复单元128长度的一半。因此，出口处通道或流场120、122的高度减小约40％时，重复单元128的尺寸可以减小约10％。所以，包括许多重复单元128的燃料电池100或燃料电池堆的整体尺寸可以减小约10％。
在一些实施例中，BPP 108、109的通道或流场120、122的高度可以减小大约20％至30％，或减小大约30％至40％，包括其中包含的任何特定百分比或百分比范围。在其他实施例中，包括许多重复单元128的燃料电池100或燃料电池堆的整体尺寸可以减小大约5％至10％，包括其中包含的任何特定百分比或百分比范围。
在一个实施例中，以机械方式改变通道或流场120、122的深度，可以迫使压降增加。在一些实施例中，流场压降的增加可以平衡连续BPP 108、109之间的板到板气体分布。改变通道或流场120、122的深度可以使压降增加大约50％至60％、大约60％至70％、大约70％至80％、大约80％至90％、大约90％至100％，包括其中包含的任何特定百分比或百分比范围。
在一个实施例中，积水可能导致燃料电池100和/或燃料电池堆发生水淹，进而引发级联效应，阻止通道或流场120、122排气、清除水和/或解除堵塞。在其他实施例中，当单个通道或流场120、122被水、碎屑或残留物等堵塞时，反应物110、112可能会转而流向不包括此类障碍物的相邻通道或流场120、122。
在一个实施例中，改变通道或流场120、122几何形状可能会导致给定通道或流场120、122的压降增加，原因是给定通道或流场120、122的高度有所减小。在一些实施例中，通道或流场120、122的压降增加可能会阻止反应物流轻易绕过堵塞的通道或流场120、122。在一些实施例中，通道或流场120、122的压降增加可能有助于防止堵塞，即未倾斜通道会导致通道堵塞或流场水淹120、122的情况。
在一个实施例中，减小出口通道或流场120、122深度可以解除或缓解通道或流场120、122由于积水而造成的堵塞。对于包括任何此类堵塞、障碍物或流面积/体积减小情况的狭窄通道或流场120、122，流体速度的增加可能会提高其中的推动效应。这种推动或喷射效应在燃料电池运行中可能是有利的，因为推动或喷射反应物流体通过流场120、122可能有助于去除积水。
更具体地说，减小反应物110、112通常以恒定体积流量通过的流区202，可以提高反应物(包括燃料和氧化剂)的流速。反应物流被集中或”挤压”到更小的流区202，因而产生有利的喷射效应，反应物流速大大增加。喷射会改善表面水膜的输运；表面水膜可能是MEA处发生的电化学反应的副产物，如果停滞不前，会对燃料电池100有害并造成损害，因此需要迅速有效地予以清除。
离开BPP 108、109的反应物流速由于流区202高度(如深度)的偏角和/或倾角而提高，由此形成一种有利的机制，通过该机制可以快速、彻底、有效地管理和/或去除燃料电池100中的水。这样可以提升、维护和/或扩展燃料电池100的寿命和性能。虽然这种喷射优势可能并非在所有用于BPP 108、109的材料类型中都能观察到，但对于反应物通道或流场120、122的平面偏转具有高度变化(而不是宽度变化)的金属BPP 108、109而言，这种喷射优势尤为明显。
在一个实施例中，BPP 108、109可能需要导电，尤其是在活性区域126中。对于变形、弯曲或拉长的金属，变形或弯曲会在晶体结构中产生拉伸效应，导致其电阻可能会增加，如图7A和图7B所示。金属的这种拉伸会导致金属结构内产生微裂纹或不连续性，从而增加电阻。电阻的任何增加都会对燃料电池和/或燃料电池堆400的性能产生不利影响。例如，由于弯曲半径的拉伸影响而导致的金属变形，如BPP 108、109的上肩部402/404/406所示，会降低BPP 108、109的电导率。
然而，在本实施例中，减小通道或流场120、122深度可能导致通道或流场120、122的金属材料的拉伸或应变减小。因此，可以观察到通道或流场120、122的电阻降低，因而电阻损耗(例如，以欧姆来衡量)也会降低。所以，减小通道或流场120、122深度和/或使用平均变形较小的对称几何形状，可以降低燃料电池和/或燃料电池堆400的欧姆损耗，从而提高燃料电池和/或燃料电池堆400的性能。
在一些实施例中，通过改变多部件冲压板组件中通道或流场120、122的深度，可以改变通道或流场120、122的几何形状。在其他实施例中，通过蚀刻、铣削或压印通道或流场120、122来改变通道或流场120、122的深度，可以改变通道或流场120、122的几何形状。在另一个实施例中，通过一种不包括蚀刻、铣削或压印通道或流场120、122的方法来改变通道或流场120、122的深度，可以改变通道或流场120、122的几何形状。
在一个实施例中，通过改变通道或流场120、122的深度来改变通道或流场120、122的几何形状，可以优化反应物暴露时间。在一些实施例中，通过改变通道或流场120、122的深度来改变通道或流场120、122的几何形状，可以增加反应物通道或流场120、122内的惯性力并避免积水。在另一些实施例中，通过非常少的泵送操作和/或系统寄生损失，可以避免反应物通道或流场120、122中积水。
在一个实施例中，一种减少燃料电池和/或燃料电池堆100中的通道或流场120、122中积水的方法包括：改变通道或流场120、122的几何形状，以及让反应物110、112通过几何形状改变的通道或流场120、122。在一个实施例中，一种促进反应物110、112在燃料电池和/或燃料电池堆100的活性区域126中扩散的方法包括：改变通道或流场120、122的几何形状，以及让反应物110、112通过几何形状改变的通道或流场120、122。在一些实施例中，改变通道或流场120、122的几何形状可以包括：在改变或不改变通道或流场120、122宽度的情况下减小其深度。在一些实施例中，可以顺着反应物流的方向或逆着反应物流的方向减小通道或流场120、122的深度和/或宽度。
以下带编号的实施例是可以考虑且非限制性的：
1.一种燃料电池堆，包括：膜电极组件(MEA)、气体扩散层(GDL)和金属双极板(BPP)，GDL位于MEA的第一侧，BPP包括一个以上阳极通道和一个以上阴极通道且与GDL相邻，其中，燃料流经该一个以上阳极通道，氧化剂流经该一个以上阴极通道，并且该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道的深度沿燃料电池或燃料电池堆的长度方向发生变化。
2.一种操作燃料电池堆的方法，包括：操作多个燃料电池，燃料电池包括膜电极组件(MEA)、位于MEA第一侧的气体扩散层(GDL)和金属双极板(BPP)，其中，金属BPP配置为与GDL相邻，GDL配置为与MEA相邻；让燃料流经金属BPP的一个以上阳极通道，让氧化剂流经金属BPP的一个以上阴极通道；以及减少该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道中的积水，其中该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道的深度沿燃料电池堆的长度方向发生变化。
3.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，燃料电池包括燃料电池堆、多个燃料电池和/或一个或多个燃料电池。
4.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，燃料电池包括重复单元。
5.第3条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，重复单元包括单个MEA、位于单个MEA一侧或两侧的一个或多个GDL以及/或者BPP。
6.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，燃料电池和/或燃料电池堆具有入口集管和/或出口集管，以建立一个或多个集管区域。
7.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，燃料电池和/或燃料电池堆包括活性区域。
8.第7条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，活性区域是反应位置。
9.第7条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，活性区域是发生电化学反应以驱动燃料电池产生电力的地方。
10.第7条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，活性区域位于GDL和BPP的中心。
11.第7条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，活性区域有一个位于MEA之前和/或之后的引入和/或集管区域。
12.第11条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，集管区域确保MEA上的分布更好。
13.第7条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，活性区域是MEA驻留在每个重复单元中的区域。
14.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，多个燃料电池串联和/或并联在一起。
15.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，MEA和/或GDL影响燃料电池和/或燃料电池堆的额定功率。
16.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，为MEA提供过量的燃料和/或氧化剂，确保整个活性区域有充足的反应物供应，以及/或者从活性区域中移除多余的燃料和/或氧化剂。
17.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，第一侧是MEA的阳极侧和/或阴极侧。
18.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，GDL是疏水的。
19.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，金属BPP是亲水的。
20.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，当液态水开始在活性区域上形成时，GDL排斥液态水，使液态水被吸引到金属BPP表面。
21.第20条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，液态水由进入的氧化剂推向出口，并且/或者从燃料电池和/或燃料电池堆喷出。
22.第20条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，液态水的生成速度比氧化剂将液态水推到燃料电池和/或燃料电池堆出口的速度更快。
23.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，金属BPP负责通过氧化剂流场和/或燃料流场将反应物均匀分配到每个燃料电池的活性区域，负责将反应物隔离或密封在其各自的通路中，同时保持导电性和/或稳健性，以及/或者负责从活性区域中有效移除任何产物和残留的反应物。
24.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道是一个以上阳极流场和/或一个以上燃料流场。
25.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道的深度顺着燃料的流动方向或逆着燃料的流动方向发生变化。
26.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道的深度朝向MEA倾斜。
27.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，使用一个或多个垫片、支架或隔板来倾斜该一个以上阳极通道的深度。
28.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阴极通道是一个以上阴极流场和/或一个以上氧化剂流场。
29.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道和/或该一个以上阴极通道的几何形状变化可以让局部流体得以加速，从而更好地缓解可能的积水问题。
30.第29条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，几何形状的变化是通过减小该一个以上阳极通道和/或该一个以上阴极通道的宽度，和/或通过减小该一个以上阳极通道和/或该一个以上阴极通道的高度和/或深度来实现的。
31.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阴极通道的深度顺着氧化剂的流动方向或逆着氧化剂的流动方向发生变化。
32.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阴极通道的深度朝向MEA倾斜。
33.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，使用一个或多个垫片、支架或隔板来倾斜该一个以上阴极通道的深度。
34.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道的深度和该一个以上阴极通道的相应深度之和在整个燃料电池和/或燃料电池堆中保持恒定。
35.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，燃料在阳极供应给燃料电池和/或燃料电池堆。
36.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，燃料供应给燃料电池和/或燃料电池堆以提供必要的反应物来发电。
37.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，燃料是氢气。
38.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，燃料电池和/或燃料电池堆中的燃料在MEA的阳极侧发生化学反应。
39.第38条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，阳极侧燃料的化学反应的反应式为：λanH2→(λan-1)H2。
40.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，氧化剂是大气、氧气和/或加湿空气。
41.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，燃料电池和/或燃料电池堆中的氧化剂在MEA的阴极侧发生化学反应。
42.第41条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，阴极侧氧化剂的化学反应的反应式为：2H2+λca(O2+(1/CO2–1)N2)←→2H2O+(λca-1)(O2+λca(1/CO2–1)N2)。
43.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，燃料和/或氧化剂是反应物。
44.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，反应物以一定的速度流动。
45.第44条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，流动速度随着该一个以上阳极通道和/或该一个以上阴极通道的横截面积而变化。
46.第44条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，通过沿流动方向减小该一个以上阳极通道和/或该一个以上阴极通道的大小来局部提高流动速度。
47.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，当反应物流过活性区域时，其组成发生变化。
48.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，金属BPP是反应物组成发生变化的原因。
49.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，金属BPP具有增强的能力，可将反应物的反应分子输运到、穿过和/或越过活性区域，并在反应发生后带离MEA。
50.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，金属BPP提供机械支撑以防止燃料电池和/或燃料电池堆在加压时爆裂，提供刚度以便压缩和/或密封燃料电池和/或燃料电池堆，以及/或者提供燃料电池和/或燃料电池堆的固有和/或内在密封件。
51.第50条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，固有和/或内在密封件包括燃料电池和/或燃料电池堆包含的一个或多个外部密封件。
52.第50条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，固有和/或内在密封件将氧化剂、燃料和/或冷却流体隔离到其各自的一个以上阴极通道、一个以上阳极通道和/或冷却流体流场，以及/或者防止氧化剂、燃料和/或冷却流体泄漏到外部。
53.第52条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，冷却流体是冷却剂，并且/或者冷却流体流场是冷却剂流场和/或冷却剂通道。
54.第52条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，冷却流体流场位于该一个以上阴极通道和该一个以上阳极通道之间。
55.第52条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阴极通道、该一个以上阳极通道和冷却流体流场彼此平行和/或不平行。
56.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，燃料电池和/或燃料电池堆包括一个或多个、许多或复数个该一个以上阴极通道、该一个以上阳极通道和冷却流体流场。
57.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，金属BPP包含该一个以上阴极通道、该一个以上阳极通道和冷却流体流场的网络，且该网络由大约10到100个该一个以上阴极通道、该一个以上阳极通道和/或冷却流体流组成，包括其中包含的任意数量或范围的流场。
58.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，金属BPP包括任意数量的片材，包含一张、两张或更多片材。
59.第58条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，每张片材包括一种材料。
60.第59条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，材料为任何导电材料、金属、石墨和/或通过浸渍或固化工艺制备的任何类似或不同的粉末基产品。
61.第61条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，金属为任何类型的导电金属、钢、铁、镍、铝和/或钛，或其组合。
62.第62条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，钢为奥氏体不锈钢(304L、316L、904L和/或310S)和/或铁素体不锈钢(430、441、444和/或Crofer)。
63.第62条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，镍为镍基合金(200/201、286、600和/或625)。
64.第62条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，钛为1级和/或2级钛。
65.第62条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，铝为1000系列和/或3000系列。
66.第58条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，金属BPP的至少两张片材经过密封、焊接、冲压、结构化、粘合和/或配置，为反应物和/或冷却流体提供该一个以上阴极通道、该一个以上阳极通道和/或冷却流体流场。
67.第58条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，金属BPP的片材包括第一张片材和/或第二张片材。
68.第67条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，第一张片材包括凹陷部分，以产生该一个以上阳极通道和/或该一个以上阴极通道。
69.第67条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，第二张片材具有与第一张片材相似的结构和方向相反的反应物端口。
70.第67条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，第二张片材密封、焊接、粘贴、用螺栓固定和/或粘合到第一张片材。
71.第67条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，第一张片材让燃料或氧化剂从右上方进入端口和/或集管，并从左下方离开。
72.第67条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，第二张片材让燃料或氧化剂从左上方进入端口和/或集管，并从右下方离开。
73.第58条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，金属BPP的至少一张片材包括凹陷部分，以产生该一个以上阳极通道和/或该一个以上阴极通道、一个或多个集管区域、入口集管区域和/或出口集管区域。
74.第73条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，出口集管区域是排气集管区域。
75.第58条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，金属BPP的至少一张片材包括大约2到6个端口或歧管，包括其中包含的任意数量或范围的端口或歧管。
76.第75条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，端口或歧管包括用于燃料、氧化剂和/或冷却流体的单独入口和/或出口。
77.第75条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，至少两个端口或歧管被垫圈或实心垫圈包围，形成一组具有增强强度的密封端口或歧管。
78.第58条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，片材以某种方式设计、制备和/或制造，从而产生具有一面或多面壁和一个开放面的波纹状阳极通道、阴极通道和/或冷却流体流场的平行阵列。
79.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，金属BPP包括大约20％至100％的金属，包括其中包含的任意百分比或百分比范围的金属。
80.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，金属BPP同时充当燃料电池堆的两个相邻燃料电池的阳极和阴极。
81.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道、该一个以上阴极通道和/或冷却流体流场包括三面壁和一个开放面。
82.第81条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阴极通道和/或冷却流体流场中每一个通道/流场的三面壁和开放面形成峰部和谷部。
83.第82条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，峰部是该一个以上阴极通道和/或冷却流体流场的高位或凸起部分。
84.第82条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，谷部是该一个以上阴极通道和/或冷却流体流场的低位或凹落部分。
85.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，冷却流体流场的一个冷却流体流场挨着该一个以上阳极通道的一个阳极通道。
86.第85条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，冷却流体流场包括冷却流体流场的一半通道和一个重复单元的一半冷却剂体积。
87.第85条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，冷却流体流场包括冷却流体流场的第二半通道和一个重复单元的第二半冷却剂体积，并且冷却流体流场的第二半通道和一个重复单元的第二半冷却剂体积与该一个以上阴极通道的一个阴极通道对齐。
88.第85条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一半通道和该第二半通道构成整个冷却流体流场。
89.第85条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，冷却流体流场包括该一个以上阳极通道和/或该一个以上阴极通道未利用的体积。
90.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阴极通道配置为类似于该一个以上阳极通道，结构上有所差异或没有差异，以支持氧化剂处理而不是燃料处理。
91.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，反应物和/或冷却剂以直列配置、以近似直线、以近似平行线、以恒定交叉配置和/或以锯齿形配置流动。
92.第91条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，交叉配置导致反应物和/或冷却剂以小于90度角的任何角度相互交叉。
93.第91条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，锯齿形配置导致反应物和/或冷却剂多次相互交越。
94.第91条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，第一反应物以近似直线流动，并且第二反应物多次交越第一反应物。
95.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道、该一个以上阴极通道和/或冷却流体流场包括流区。
96.第95条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，流区是氧化剂、燃料或冷却剂流经金属BPP的每个通道或流场中的空间、区域和/或体积。
97.第95条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道和该一个以上阴极通道中每个通道的流区彼此平行。
98.第95条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道和该一个以上阴极通道中每个通道的流区配置为包含金属BPP的至少两张片材之间的倾角或偏角。
99.第98条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，倾角或偏角位于金属BPP的第一张片材上一个阳极和/或阴极通道的峰部平面上和金属BPP的第二张片材上一个阳极和/或阴极通道的峰部平面上。
100.第99条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，第一张片材和第二张片材可以在平面或结构平面内的结构上一起配置，形成该一个以上阳极通道和/或该一个以上阴极通道。
101.第100条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，结构平面具有倾角或偏角。
102.第100条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，结构平面的倾角或偏角的角度和/或深度与流区的倾角或偏角的角度和/或深度大小相同但方向相反。
103.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，包含结构平面的该一个以上阳极通道和/或该一个以上阴极通道的每个通道还包括流区的高度和/或深度变化。
104.第101条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，流区的高度和/或深度变化是恒定的或不恒定的，沿反应物流动的方向减少和/或减小流区，以及/或者从入口到出口减少和/或减小流区。
105.第101条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，流区的高度和/或深度变化导致流区减小和反应物流速增加。
106.第101条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道和/或该一个以上阴极通道的每个通道向第一张片材和第二张片材一起配置的结构平面倾斜。
107.第101条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道和/或该一个以上阴极通道的至少一个通道的倾斜使得该一个以上阳极通道和/或该一个以上阴极通道的至少一个通道变窄和/或变宽。
108.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道和/或该一个以上阴极通道的几何形状变化是利用该一个以上阳极通道和该一个以上阴极通道上大小相等但方向相反的平面偏转来实现的。
109.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，流区和/或该一个以上阴极通道和该一个以上阳极通道的结构平面的平面偏角和/或倾角为线性、抛物线、周期性、对数和/或正弦关系。
110.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，一个金属BPP的该一个以上阳极通道和/或该一个以上阴极通道与相反金属BPP上的同样特征配对。
111.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，穿过金属BPP的阳极侧和/或阴极侧包括该一个以上阳极通道和该一个以上阴极通道的流区的平面偏角和/或倾角，并且具有保持不变和/或恒定的总高度。
112.第111条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，阳极侧和/或阴极侧的恒定高度使得金属BPP中该一个以上阳极通道和该一个以上阴极通道的底部与GDL之间可以保持接触和/或实现接触维持。
113.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，金属BPP的材料具有足够的强度和刚度来支持保持接触，从而确保接触电阻极小和GDL充分压缩，以支持燃料电池的电化学反应，使其能够高效发电。
114.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，接触维持通过焊接实现，以及/或者在燃料电池上的任何位置和/或在该一个以上阳极通道和该一个以上阴极通道的底部实现。
115.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，冷却流体流场减少或增加与该一个以上阳极通道和/或该一个以上阴极通道不同、相同或相似的高度。
116.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道、该一个以上阴极通道和/或冷却流体流场具有大约0.05至0.6毫米的标准高度、深度和/或宽度，包括其中包含的任何长度或长度范围。
117.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道、该一个以上阴极通道和/或冷却流体流场具有恒定流区。
118.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道、该一个以上阴极通道和/或冷却流体流场具有大约200至300毫米的长度。
119.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，燃料电池和/或燃料电池堆采用长度和宽度的任意组合来设计，以实现所需的和/或目标活性区域。
120.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道和该一个以上阴极通道紧密嵌套在一起，并且/或者BPP具有更紧凑或更小的尺寸。
121.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该方法还包括：通过促进燃料和氧化剂在GDL的扩散来操作燃料电池堆。
122.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道和该一个以上阴极通道的深度和/或高度变化将该一个以上阳极通道和该一个以上阴极通道中的压降增加大约50％至100％，包括其中包含的任何特定百分比或百分比范围。
123.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道和该一个以上阴极通道的深度、宽度、长度和/或高度变化导致反应物流速提高，并且/或者产生喷射效应来改善表面水膜的输运。
124.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道和该一个以上阴极通道的深度、宽度、长度和/或高度变化导致金属BPP的金属材料的拉伸或应变减小和/或电阻损耗降低。
125.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道和该一个以上阴极通道的深度、宽度、长度和/或高度变化通过多部件冲压板组件、蚀刻、铣削和/或压印来实现。
126.第1条和/或第2条的燃料电池或操作燃料电池堆的方法，或适当条款的任意组合，其中，该一个以上阳极通道和该一个以上阴极通道的深度、宽度、长度和/或高度变化能够优化反应物暴露时间，并且/或者增加该一个以上阳极通道和/或该一个以上阴极通道内的惯性力以避免积水。
结合一个示例性实施例图示或描述的特征可以与本文描述的任何其他实施例的任何其他特征或元件相组合。这种修改和变更旨在包括在本公开的范围内。此外，本领域技术人员将认识到，本领域技术人员公知的术语可以在此互换使用。
上述实施例的描述足够详细，以使本领域的技术人员能够实施权利要求书，而且应该理解，在不偏离权利要求的精神和范围的情况下，可以进行逻辑、机械和电气方面的变化。因此，详细的描述不应认为具有限制性意义。
如本文所用，以单数形式列举并以词汇”一个”或”一种”(a/an)开头的元件或步骤应理解为不排除所述元件或步骤的复数形式，除非明确说明了这种排除。此外，对本文所述主题的”一个实施例”的引用并不意味着解释为排除也包含所列举特征的其他实施例的存在。单位、测量和/或值的指定数值范围包括、基本上由所有数值、单位、测量和/或范围组成或由所有数值、单位、测量和/或范围组成，所有数值、单位、测量和/或范围包括这些范围和/或端点或在这些范围和/或端点内，无论这些数值、单位、测量和/或范围是否在本公开中明确规定。
除非另有定义，本文所用技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。本文所用的术语”第一”、”第二”、”第三”等并不表示任何顺序或重要性，而是用于将一个元件与另一个元件区分开来。术语”或”是指包含并意指所列项目中的任何一个或所有项目。此外，术语”连接”和”联接”并不只限于物理或机械连接或联接，也可以包括直接或间接的电气连接或联接。
此外，除非明确说明相反，否则”包括”、”包含”或”具有”具有特定属性的一个元件或多个元件的实施例可以包括不具有该属性的其他这样的元件。术语”包括”或”包含”(comprising/comprises)是指包含但不排除其他元件、组分和/或方法步骤的组合物、化合物、制剂或方法。术语”包括”也可以指本公开中包含但不排除其他元件、组分和/或方法步骤的组合物、化合物、制剂或方法实施例。
短语”由...组成”或”由...构成”(consisting of/consists of)是指排除任何其他元件、组分或方法步骤存在的混合物、组合物、制剂或方法。短语”由...组成”是指本公开中排除任何附加元件、组分或方法步骤存在的化合物、组合物、制剂或方法。
短语”主要由...组成”或”主要由...构成”(consisting essentially of/consists essentially of)是指包含对组合物、化合物、制剂或方法的特性没有实质性影响的其他元件、组分或方法步骤的组合物、化合物、制剂或方法。短语”主要由...组成”也指本公开中包含对组合物、化合物、制剂或方法的特性没有实质性影响的其他元件、组分或方法步骤的组合物、化合物、制剂或方法。
在本文说明书和权利要求书中使用的近似语言可用于修改可允许变化而不会导致与其相关的基本功能发生变化的任何定量表示。因此，由一个或多个术语(如”大约”(about)和”基本上”(substantially))修饰的数值不应局限于指定的精确数值。在一些情况下，近似语言可能对应于用于测量数值的仪器的精度。在本说明书和权利要求书中，范围限制可以合并和/或互换。除非上下文或语言另有说明，这种范围被识别并包括其中所含的所有子范围。
如本文所用，术语”可以”(may)和”可能是”(maybe)表示在一系列情况下发生的可能性；拥有特定的属性、特征或功能；和/或通过表达与限定动词相关的一个或多个能力或可能性来限定另一个动词。因此，”可以”和”可能是”的用法表明修改后的术语显然是适当的、能够的或适合于指示的能力、功能或用法，同时考虑到在一些情况下，修改后的术语有时可能不合适、不能够或不恰当。
应当理解，上述描述是说明性的，而非限制性的。例如，上述实施例(和/或其各方面)可以单独使用、一起使用或彼此配合使用。此外，可以进行许多修改，以使特定情况或材料适应本文所述主题的教导，而不会偏离其范围。尽管本文所述材料的尺寸和类型旨在限定所公开主题的参数，但它们绝不是限制性的，而是示例性实施例。在回顾上文描述后，本领域技术人员将明白许多其他实施例。因此，本文所述主题的范围应参照所附权利要求书以及这样的权利要求书有权享有的全部等同物范围来确定。
本书面说明书使用示例来公开本文所述主题的几个实施例(包括最佳模式)，并且还使本领域普通技术人员能够实践所公开主题的实施例，包括制造和使用设备或系统以及执行方法。本文所述主题的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包含本领域普通技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例的结构元件与权利要求书的字面语言没有区别，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其它示例旨在在权利要求书的范围之内。
尽管本文只图示和描述了本发明的某些特征，但对于本领域的技术人员来说，会有许多修改和变化。因此，应当理解，所附的权利要求书旨在涵盖属于本发明真正精神范围的所有这样的修改和变化。

Claims (20)

1.一种燃料电池，包括：
膜电极组件，
与膜电极组件的一侧相邻的气体扩散层，以及
与气体扩散层相邻的双极板，双极板包括一个以上阳极通道和一个以上阴极通道，燃料配置为流经该一个以上阳极通道，氧化剂配置为流经该一个以上阴极通道，
其中，该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道的深度沿燃料电池的长度方向相对于该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道的结构平面发生变化。
2.权利要求1所述的系统，其中，深度与该一个以上阳极通道相关联，并且深度顺着燃料流动的方向发生变化。
3.权利要求1所述的系统，其中，深度与该一个以上阳极通道相关联，并且深度逆着燃料流动的方向发生变化。
4.权利要求1所述的系统，其中，深度与该一个以上阴极通道相关联，并且深度顺着氧化剂流动的方向发生变化。
5.权利要求1所述的系统，其中，深度与该一个以上阴极通道相关联，并且深度逆着氧化剂流动的方向发生变化。
6.权利要求1所述的系统，其中，该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道的深度朝向双极板的结构平面倾斜。
7.权利要求1所述的系统，其中，使用一个或多个隔板来倾斜该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道的深度。
8.权利要求1所述的系统，其中，该一个以上阳极通道的深度和该一个以上阴极通道的相应深度之和在整个燃料电池中保持恒定。
9.权利要求1所述的系统，其中，该一个以上阳极通道和该一个以上阴极通道紧密嵌套在一起，使得双极板的几何形状非常紧凑。
10.一种操作燃料电池堆的方法，包括：
操作燃料电池堆内的多个燃料电池，每个燃料电池包括膜电极组件、气体扩散层和双极板，气体扩散层位于膜电极组件的一侧，双极板配置为与气体扩散层相邻，
让燃料流经双极板的一个以上阳极通道，并让氧化剂流经一个以上阴极通道，以及
减少该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道中的积水，其中，该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道的深度沿燃料电池堆的长度方向发生变化。
11.权利要求10所述的方法，其中，该方法还包括：通过促进燃料和氧化剂在气体扩散层的扩散来操作燃料电池堆。
12.权利要求10所述的方法，其中，该方法还包括：相对于双极板的结构平面改变该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道的深度。
13.权利要求12所述的方法，其中，该方法还包括：产生喷射效应以改善表面水膜在膜电极组件上的输运。
14.权利要求12所述的方法，其中，该方法还包括：增加该一个以上阳极通道和该一个以上阴极通道中的压降。
15.权利要求14所述的方法，其中，该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道中的压降增加50％-100％。
16.权利要求10所述的方法，其中，该一个以上阳极通道的深度和该一个以上阴极通道的相应深度之和在整个燃料电池堆中保持恒定。
17.权利要求10所述的方法，其中，该一个以上阳极通道和该一个以上阴极通道紧密嵌套在一起，使得双极板的几何形状非常紧凑。
18.权利要求10所述的方法，其中，该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道的深度提高燃料或氧化剂的流速。
19.权利要求10所述的方法，其中，该方法还包括：相对于双极板的结构平面改变该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道的宽度。
20.权利要求10所述的方法，其中，第一双极板的该一个以上阳极通道或该一个以上阴极通道与相反的第二双极板上的同样特征配对。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101099253A (zh) * 2005-01-05 2008-01-02 动力磁盘发展有限公司 改进的燃料电池阴极流场
CA2919875C (en) * 2012-08-14 2021-08-17 Powerdisc Development Corporation Ltd. Fuel cell flow channels and flow fields
DE102016107906A1 (de) * 2016-04-28 2017-11-02 Volkswagen Aktiengesellschaft Bipolarplatte aufweisend Reaktantengaskanäle mit variablen Querschnittsflächen, Brennstoffzellenstapel sowie Fahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellenstapel

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