CN1643718A - 燃料电池流场板 - Google Patents

燃料电池流场板 Download PDF

Info

Publication number
CN1643718A
CN1643718A CNA038068397A CN03806839A CN1643718A CN 1643718 A CN1643718 A CN 1643718A CN A038068397 A CNA038068397 A CN A038068397A CN 03806839 A CN03806839 A CN 03806839A CN 1643718 A CN1643718 A CN 1643718A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flow field
outlet
channels
anode
inlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA038068397A
Other languages
English (en)
Inventor
D·弗兰克
陈雪松
S·索博拉
N·I·朱斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hydrogenics Corp
Original Assignee
Hydrogenics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hydrogenics Corp filed Critical Hydrogenics Corp
Publication of CN1643718A publication Critical patent/CN1643718A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0297—Arrangements for joining electrodes, reservoir layers, heat exchange units or bipolar separators to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/248—Means for compression of the fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

一种燃料电池组包括多个燃料电池，每个燃料电池包括一个阳极流场板，一个阴极流场板，以及设置在流场板之间的一个隔膜电极组件。阳极和阴极流场板具有主通道和分开主通道的肋。至少有一部分阳极和阴极主通道彼此直接相对设置，隔膜交换组件设在二者之间，并且阳极和阴极流场板上的至少一些肋彼此直接相对定位，将隔膜交换组件夹在中间。这种流场板还具有入口分配和出口收集通道。每个分配和收集通道被连接到优选位于中心的多个主通道，从而改善反应物的流体分布。

Description

燃料电池流场板
发明领域
本发明涉及到燃料电池。本发明具体涉及到燃料电池流场板的结构。
发明背景
燃料电池被认为是一种清洁，有效和环保的能源，可用于各种用途。燃料电池是一种电化学装置，通过使燃料(通常是氢)和氧化剂(通常是空气)与两个相配的电极和一种电解液形成接触而产生电动势。从第一电极即阳极上引入的燃料例如是氢气与电解液发生电化学反应产生电子和阳离子。电子通过连接在电极之间的电路从阳极被引向第二电极即阴极。阳离子通过电解液到达阴极。同时，一种氧化剂例如是氧气或空气被引入阴极，使氧化剂与电解液和催化剂发生电化学反应产生阴离子并消耗循环通过电路的电子；阳离子在第二电极上被消耗。在第二电极或阴极上形成的阴离子与阳离子发生反应形成反应产物。阳极也被称作燃料或氧化电极，而阴极也被称作氧化剂或还原电极。两个电极上的半电池反应分别表示如下：
外部电路消耗电流并因此从燃料电池接收电能。完整的燃料电池反应按上述独立半电池反应的合成产生电能。反应的副产品主要是水和热量。因此，与燃烧化石燃料或通过核反应发电相比，用燃料电池发电对环境有益。应用的例子有分散的住宅发电和汽车动力系统，用来降低排放水平。
实际的燃料电池不是作为一个单位来工作的。而是将燃料电池串联连接，逐个层叠，或是并排连接。一串燃料电池称为一个燃料电池组通常被包在一个外壳内。燃料和氧化剂直接由集管通到电极，而冷却是通过反应物或是通过单独的冷却介质实现的。在电池组内还有一个集流器，电池与电池之间被密封和隔离。管路和仪器从外部连接到燃料电池组，用来供应和控制系统中的流体。电池组，外壳，和相关的硬件组成燃料电池单元。
已知有各种各样的燃料电池。例如，质子交换隔膜(PEM)燃料电池就是传统发电系统的一种最有前途的替代品，因为PEM燃料电池能够设计成简单紧凑的燃料电池，它电力充沛并且能在与环境温度差别不必大的温度下工作。按照其电化学反应，PEM燃料电池一般是填充纯净氢气，并且反应的副产品是水和热量，因此对环境有益。普通的PEM热量电池通常包括两个流场板(双极板)，即一个阳极流场板和一个阴极流场板，质子交换隔膜(MEA)设置在二者之间。MEA包括实际的质子交换隔膜和覆盖在隔膜上用于热量电池反应的催化剂层。在各个流场板与PEM之间还设有一层气体扩散介质(GDM)或气体扩散层(GDL)。GDM或GDL利于反应气体即燃料或氧化剂扩散到MEA的催化剂表面，同时在各个流场板和PEM之间提供导电。
每个流场板在各个端部具有三个窗口，每个窗口作为一种燃料，氧化剂和冷却剂的入口或出口。然而，根据燃料电池或电池组的设计，在流场板上还可以有多个入口和出口用于各种反应气体或冷却剂。在组装燃料电池组时，一个电池的阳极流场板顶住相邻电池的阴极流场板。这些窗口贯通流场板的厚度并且对准形成与流场板垂直延伸的细长分布通道，并且在流场板层叠在一起构成完整的燃料电池组时贯通整个燃料电池组。一个流场通常包括至少一个(往往是多个)面对开口的流体通道，以流体方式适当连通入口到出口。随着反应物气体流过通道，它会通过GDM扩散并在有催化剂的MEA上发生反应。持续流通能确保在消耗大多数燃料或氧化剂的同时持续冲刷通过燃料电池的任何污垢。可以在流场板的任何一面或双面上形成流场。通常是分别在阳极和阴极流场板面向MEA的面(以下称其为“前面”)上形成燃料或氧化剂流场。冷却剂流场可以设在阳极或阴极流场板背离MEA的面(以下称其为“后面”)上。
在形成一个完整的燃料电池组时，紧邻最外侧流场板设置一对集流器板收集来自燃料电池组的电流，并且将电流提供给外部电路。紧邻集流器板外侧设置一对绝缘板，并且紧邻绝缘板设置一对端板。在各对相邻板之间形成密封。常用的密封形式是适合燃料电池环境的弹性材料制成的衬垫。组装后的燃料电池组通常要夹紧以确保元件并确保对燃料电池组的密封和有效面积施加适当的压力。该方法能确保接触电阻最小并且电池的电阻最小。
流场的各种设计是公知的。一种公知的流场图形可以参见美国专利US4,988,583号。在流场板的一个表面上设有单一连续面向开口的流体通道。流体通道有一个入口和一个出口，分别位于流场板相对的两端附近。入口和出口在流体上与燃料电池组内的气体集管连通。流体通道在多个断面上横断流场板的表面。流体通道蜿蜒通过形成细长的流体通道，不会增大流场板的尺寸，这样就能从流体通道向MEA充分扩散反应物气体。
根据这一“蜿蜒”流体通道的概念还有进一步的改进。这些改进可以参见美国专利US6,099,984和6,309,773号。然而，这些设计存在许多问题。蜿蜒流体通道在反应物气体流经流场时会造成较大的压力下降。这是一个严重问题，当燃料电池在较低压力例如是环境压力下工作时足以影响燃料电池的性能。并且这些设计中的气体分配沿着曲折的流体通道不够均匀。气流在蜿蜒的流场中比较强，难以控制反应物气体的流量，压力或温度。另外，曲折的流体通道为水或污垢在通道内的积累提供了更多机会，会增大流量电池溢流或毒化的风险。
与大多数流场设计有关的另一问题是，在装入一个燃料电池组时，阳极流场板上的肋和通道往往会与阴极流场板上的肋和通道偏移。如上所述，阳极和阴极流场板是邻接MEA的对面一侧放置的，并且反应物气体通过流场内GDM和面向开口的通道构成的腔室。由于压力通常作用在燃料电池组上，MEA和GDM会受到剪切力，最终会导致MEA损坏。肋的偏移也会损害反应物气体经由GDM的分配，降低燃料电池效率。
从以上的分析中可以看出，普通燃料电池还存在复杂的密封问题。MEA，流场板，集流器板等等上的各种窗口必须要密封。另外，如上所述，在各对相邻的板之间也需要密封，而各种密封必然具有复杂和精细的结构。对于任何一种反应物气体都要提供密封来完全封闭所有流场及其在相应的第一流场板上的入口和出口。由此才能在这一流场板与MEA之间形成良好的密封。然而，在MEA的另外一侧需要提供密封来完全封闭第二流场板上的一个窗口，它对应着第一流场板上的入口和出口。按照这种结构，一部分隔膜会处于第一流场板上的开口通道上方，因而不能得到合理的支撑，由此会带来密封不良的风险，导致极为不利的气体混合。
因此，对燃料电池流场板进一步的要求是横跨流体流场提供小的压降和更加均匀的气体分配。流场板最好能降低MEA上的剪切效果，并且简化流场板之间的密封。
发明概述
按照本发明的第一方面所提供的一种燃料电池组包括多个燃料电池，每个燃料电池包括一个阳极流场板，一个阴极流场板，以及设置在阳极和阴极流场板之间的一个隔膜电极组件，其中的阳极流场板包括多个阳极主通道和分开阳极主通道的多个肋，其中的阴极流场板包括多个阴极主通道和分开阴极主通道的多个肋，并且至少有一部分阳极主通道和阴极主通道彼此直接相对设置，隔膜交换组件设在二者之间，阳极流场板至少有一些肋匹配阴极流场板上的肋，并且彼此直接相对定位，将隔膜交换组件夹在中间。
优选地，阳极和阴极流场板各有一部分大致设置在中心的匹配通道。
更为优选地，本发明的燃料电池是这样一种燃料电池，阳极和阴极流场板各自包括一个燃料入口窗口，对准其它燃料入口窗口构成一个燃料入口管，一个氧化剂入口窗口，对准其它氧化剂入口窗口构成一个氧化剂入口管，一个冷却剂入口窗口，对准其它冷却剂入口窗口构成一个冷却剂入口管，用于燃料的一个燃料出口窗口，对准其它燃料出口窗口构成一个燃料出口管，一个氧化剂出口窗口，对准其它氧化剂出口窗口构成一个氧化剂出口管，和一个冷却剂出口窗口，对准其它冷却剂出口窗口构成一个冷却剂出口管，对于每个燃料电池，阳极流场板包括将燃料入口管连接到阳极主通道的至少一个燃料入口分配通道，以及将阳极主通道连接到燃料出口管的至少一个燃料出口收集通道。
与此对应，对于每个燃料电池，阴极流场板包括将氧化剂入口管连接到阴极主通道的至少一个氧化剂入口分配通道，以及将阴极主通道连接到氧化剂出口管的至少一个氧化剂出口收集通道。
有益的是，流场板可以包括从后面向包括主通道的前面馈送气体的设备，该设备包括贯穿各个流场板的缝隙。阳极流场板主通道的流体截面可以不同于阴极流场板主通道的流体截面。可以通过改变通道深度使其截面不同。
各个流场板的主通道和肋具有的宽度比例最好是1.5∶1。阴极和阳极主通道具有不同深度，这一比例的范围最好在1.5-3∶1。具体范围还可以是2-3∶1或1.5-2∶1，更具体还可以是3∶1。
入口分配和出口收集通道的宽度优选是主通道宽度的1-1.5倍。至少对入口分配和出口收集通道可以提供倒角来减少紊乱和降低流体阻力。
在阳极流场板上，沿着阳极主通道的纵向，连接到相应的燃料入口分配通道和相应的燃料出口收集通道的多个阳极主通道各自有一端与所述燃料入口分配通道相距一定距离，而另一端与所述燃料出口分配通道相距相同的距离，其中的距离对阳极主通道宽度的比例范围是1.5-2。
与此对应，在阴极流场板上，沿着阴极主通道的纵向，连接到相应的氧化剂入口分配通道和相应的氧化剂出口收集通道的多个阴极主通道各自有一端与所述氧化剂入口分配通道相距一定距离，而另一端与所述氧化剂出口分配通道相距相同的距离，其中的距离对阴极主通道宽度的比例范围是1.5-2。
应该理解本发明是针对多个燃料电池构成的电池组而言的，燃料电池组中电池的数量可以改变。可以想像这种燃料电池组可以只有一个燃料电池，尽管许多场合下需要提供串联的多个燃料电池来获得适当的电压。
按照本发明设计的燃料电池流场板具有更加均匀的气体分配，并能减少横跨流场的压降。大致笔直的流体通道能防止水和杂质积累。本发明的MEA和GDM受到因流场板中的肋发生偏移的剪切作用较小(如果还存在的话)。还能便于气体分配，这样就能改善燃料电池效率并提高功率密度。从流场板后面馈送反应物气体有利于简化流场板之间的密封，降低反应物气体混合的风险。另外，流场肋的匹配设计使得在流场内有可能采用较窄的肋和较宽的流体通道。这样就能有更多的GDM和MEA直接暴露于反应物气体。这样就能利用MEA较大部分的有效面积。由此进一步改善燃料电池效率。所有这些优点使得燃料电池性能更好并且易于维护。
附图简介
为了便于理解本发明并且更加清楚地表示其实施方案，以下要参照代表本发明最佳实施例的附图加以说明，在附图中：
图1表示按照本发明处于燃料电池组内的一个燃料电池单元的分解透视图；
图2a表示按照本发明的燃料电池的阳极流场板正面的示意图；
图2b表示按照本发明的燃料电池的阳极流场板后面的示意图；
图2c表示本发明的燃料电池的阳极流场板沿图2a中A-A线提取的一个局部放大截面图；
图3a表示按照本发明的燃料电池的阴极流场板正面的示意图；
图3b表示按照本发明的燃料电池的阴极流场板后面的示意图；
图3c表示本发明的燃料电池的阴极流场板后面的空气入口及临近部分的局部放大图；
图3d表示本发明的燃料电池的阴极流场板后面的空气出口及临近部分的局部放大透视图；
图3e表示按照本发明的燃料电池中阴极流场板正面的一例氧化剂入口分配通道和主通道的局部放大图；
图4a表示按照本发明的燃料电池的一个截面图；
图4b表示一种普通燃料电池的截面图；以及
图5表示反映本发明的燃料电池性能的极化曲线。
最佳实施例的详细说明
首先参见图1，图中表示按照本发明处在燃料电池组内的一个燃料电池单元100的分解透视图。应该可以理解，尽管以下描述的是单一燃料电池单元100，按照同样的方式，燃料电池组可以包括层叠在一起的多个燃料电池。燃料电池单元100的每个燃料电池包括阳极流场板120，阴极流场板130，以及设置在阳极和阴极流场板120，130之间的隔膜电极组件(MEA)124。每个反应物流场板有一个入口区，一个出口区，和用来在流体上连接入口和出口的面对开口的通道，并且具有向MEA 124的外表面分配反应物气体的通道。MEA124包括设置在阳极催化剂层(未表示)和阴极催化剂层(未表示)之间的一种固体电解质(即质子交换隔膜)125。第一气体扩散介质(GDM)122被设置在阳极催化剂层和阳极流场板120之间，而第二GDM126被设置在阴极催化剂层和阴极流场板130之间。GDM122，126利于反应物气体即燃料或氧化剂扩散到MEA124的催化剂表面。另外，GDM会增强各个阳极和阴极流场板120，130与隔膜125之间的电导率。
在催化反应中，纯氧等燃料在MEA124的阳极催化剂层处被氧化形成质子和电子。质子交换隔膜125利于质子从阳极催化剂层迁移到阴极催化剂层。电子不能通过质子交换隔膜125，并且被迫流过一个外部电路(未表示)，从而提供电流。在MEA124的阴极催化剂层上，氧与从电路返回的电子发生反应形成阴离子。在MEA124的阴极催化剂层上形成的阴离子与穿过隔膜125的质子发生反应形成作为反应副产品的液态水。
仍然参见图1，以下相对于阳极和阴极流场板120，130所说的“正面”和“后面”是指它们相对于MEA124的取向。“正面”是指面向MEA124的一侧，而“后面”是指背离MEA124的一侧。第一集流器板116抵住阳极流场板120的后面。同样，第二集流器板118抵住阴极流场板130的后面。集流器板116，118收集来自流场板120，130的电流，并且被连接到外部电路(未表示)。第一和第二绝缘板112，114的位置分别紧邻第一和第二集流器板116，118。第一和第二端板102，104的位置分别紧邻第一和第二绝缘板112，114。可以在端板102，104上施加压力将单元100压在一起。通常还要在各对相邻的板之间采取密封措施。还可以提供多个约束棒131。约束棒131被拧入阴极端板104的螺纹镗孔，并且穿过阳极端板102中相应的平坦镗孔。按照公知的方式提供紧固装置，例如是螺母，螺栓，垫圈等等将燃料电池单元100和整个燃料电池组夹持在一起。
仍然参见图1，端板102，104具有多个连接端口用来供应各种流体。具体地说，第二端板104具有第一和第二空气连接端口106，107，第一和第二冷却剂连接端口108，109，以及第一和第二氢气连接端口110，111。正如本领域技术人员所知，MEA124，第一和第二气体扩散介质122，126，阳极和阴极流场板120，130，第一和第二集流器板116，118，第一和第二绝缘板112，114，以及第一和第二端板102，104在其一端附近有三个入口，而在其相对一端附近有三个出口，入口和出口对准形成流体通道，用于作为氧化剂的空气，冷却剂，和作为燃料的氢气。还有，所有出口并不一定要处在一端，也就是说可以反方向流动而不是朝同一方向流动。尽管图中没有表示，可以理解各个端口106-111在流体上被连接到沿着燃料电池单元100的长度延伸的导管，并且如下所述是由各个流场板内的窗口构成的。
本领域的技术人员都会理解，冷却剂可以是任何公知的热交换流体，包括但是不仅限于水，去离子水，油，乙烯乙二醇，和/或丙烯乙二醇。尽管本文所述的具体实施例可以采用各种冷却剂，为了简化，所述实施例中的所有热交换流体都是去离子水。
参见图2a，图中表示阳极流场板120的正面。阳极流场板120在其一端附近具有在流体上分别与第一空气连接端口106，第一冷却剂连接端口108和第一氢气连接端口110连通的三个入口，也就是阳极空气入口窗口136，阳极冷却剂入口窗口138，和阳极氢气入口窗口140。阳极流场板120在其相对一端附近具有在流体上分别与第二空气连接端口107，第二冷却剂连接端口109和第二氢气连接端口111连通的三个出口，也就是阳极空气出口窗口137，阳极冷却剂出口窗口139，和阳极氢气出口窗口141。
在图2a中，阳极流场板120的正面设有多个面向开口的通道构成的氢气流场132。这一流场132在流体上将阳极氢气入口窗口140连接到阳极氢气出口窗口141。然而，氢气不会直接从入口窗口140流到阳极流场板120正面上的流场132。以下要详细描述分别在流场132与入口140和出口141之间的流动。正如本领域技术人员所知，在氢气沿着流场132内的通道流动时，至少有一部分氢气会扩散通过第一GDM122，并且在MEA124的阳极催化剂层上发生反应形成质子和电子。质子会穿过隔膜125朝阴极催化剂层迁移。没有发生反应的氢气沿着流场132继续流动，最终通过阳极氢气出口141脱离阳极流场板120。
仍然参见图2a，围绕流场132和各个入口和出口设有密封200来防止反应物气体和冷却剂的泄漏或混合。常用的密封是适合燃料电池环境的弹性材料制成的衬垫，如图2c中所示，它被密封在阳极流场板120正面上的一个密封槽201内。密封槽201对流场132及入口和出口形成完全封闭。可以采用机加工，蚀刻等手段形成密封槽201。根据需要可以在围绕阳极流场板120的不同位置上改变槽的深度(在垂直于图2a平面的方向上)和/或宽度(在图2a的平面内)。事实上，密封衬垫200将入口和出口窗口与阳极流场板120正面上的流场132完全隔离。密封槽201和相应的衬垫通常具有固定的深度。
参见图2b，图中表示阳极流场板120的后面。按照本发明，阳极流场板120的后面是平滑的，没有设置任何流体通道。临近氢气入口窗口140和氢气出口窗口141设有许多缝隙180。这些缝隙贯穿阳极流场板120的厚度，为阳极流场板120的正面和后面提供流体连通。在本发明的阳极流场板120的后面不需要密封衬垫或密封衬垫槽。这是对普通燃料电池设计的一种改进，能够简化板的结构，从而降低制作成本。如下文所述，密封是由阴极流场板130后面的密封衬垫实现的。
参见图3a，图中表示阴极流场板130的正面。靠近阴极流场板130的一端有三个入口，即分别与第一空气连接端口106，第一冷却剂连接端口108，和第一氢气连接端口110流体连通的阴极空气入口窗口156，阴极冷却剂入口窗口158，和阴极氢气入口窗口160。靠近阴极流场板130的另外一端有三个出口，即分别与第二空气连接端口107，第二冷却剂连接端口109，和第二氢气连接端口111流体连通的阴极空气出口窗口157，阴极冷却剂出口窗口159，和阴极氢气出口窗口161。
在图3a中，阴极流场板130的正面设有由多个面向开口的通道构成的氧化剂(通常是空气)流场142。流场142在流体上将阴极空气入口窗口156连接到阴极空气出口窗口157。然而，与阳极流场板120的设计类似，空气不会直接从入口窗口156流到阴极流场板130正面的流场142。正如本领域技术人员所知，当空气沿着流场142内的通道流动时，至少有一部分氧气会扩散通过第二GDM126并在阴极催化剂层上与外部电路返回的电子发生反应形成阴离子。阴离子随后与迁移通过MEA124的质子发生反应形成液态水和热。没有反应的空气继续沿流场142流动，最终通过阴极空气出口157排出阴极流场板130。
在阳极流场板120和阴极流场板130上，各个入口和出口136-141和156-161包括彼此对准的窗口，构成通过燃料电池组延伸的六个导管或通道，并且其端部连接到各自的一个端口106-111。
仍然参见图3a，围绕流场142及各个入口和出口窗口设有密封200来防止反应物气体和冷却剂的泄漏或混合。可以看出，类似于阳极流场板120的设计，常用的密封是适合燃料电池环境的弹性材料制成的衬垫，它被密封在阴极流场板130正面上的一个密封槽内。为了简化在此处没有表示密封槽。同样，根据需要可以在围绕阴极流场板130的不同位置上改变槽的深度和/或宽度。事实上，密封衬垫300将入口和出口窗口与阴极流场板130正面上的流场142完全隔离。
参见图3b，图中表示阴极流场板130的后面。按照本发明，阴极流场板130的后面设有由多个面向开口的通道构成的冷却剂流场144。类似于阳极和阴极流场板120和130的正面，围绕冷却剂流场144和各个入口和出口窗口设有密封400。可以看出，密封被放置在阴极流场板130后面的密封槽内。为了简化在此处没有表示密封槽。同样，根据需要可以在围绕阴极流场板130的不同位置上改变槽的深度和/或宽度。然而，不象密封衬垫200，300将入口和出口窗口与阳极和阴极流场板120，130正面上的阳极和阴极流场132，142完全隔离，密封衬垫400仅仅将氢气和空气的入口和出口与冷却剂流场144完全密封，允许水在流场与冷却剂入口和出口窗口158，159之间流动。
这种流场144在流体上将阴极冷却剂入口窗口158连接到阴极冷却剂出口窗口159。水进入阴极冷却剂入口窗口158，沿着流场144内的通道流动，最终通过阴极冷却剂出口窗口159排出冷却剂流场144。由于燃料电池反应会发热，并且反应速率对温度敏感，水流会带走燃料电池反应中的热量，防止燃料电池组温度上升，从而稳定地控制燃料电池反应。
参见图3b到3d，空气入口和出口窗口156，157各自在阴极流场板130的后面有一个指向冷却剂流场144的窗口延伸281。在窗口延伸内临近空气入口窗口156和空气出口窗口157处有许多缝隙280。这些缝隙穿透阴极流场板130的厚度，在流体上连通阴极流场板130的正面和后面。窗口延伸281设有许多在缝隙280之间分别朝空气入口窗口156或空气出口窗口157延伸的凸起282。从图3d中可以看出，凸起282的高度与密封衬垫400大致相同，限定了许多流体通道284和空气入口窗口156或空气出口窗口157边沿的挡块(stop short)，这样便于空气在缝隙280与空气入口窗口156或空气出口窗口157之间流动。密封衬垫400将窗口延伸281和缝隙280与冷却剂流场144及其它入口和出口窗口完全隔离。
阴极氢气入口窗口160和出口窗口161各自也有一个窗口延伸181。窗口延伸181同样设有分别朝氢气入口窗口160和氢气出口窗口161延伸的许多凸起182。在阴极流场板130上制作凸起182的位置是这样的，当阴极流场板130的后面和阳极流场板120的后面彼此抵触时，凸起在阳极流场板120的缝隙180之间延伸；可以理解阳极和阴极流场板120，130具有抵触的后面，这样就要求阳极流场板120是一个燃料电池的一部分，而阴极流场板130是相邻燃料电池的一部分。在图3b中仅仅表示了一个凸起182，对应着图2中所示的两个缝隙180。然而可以理解，附图仅仅是为了表示，而凸起182，282及缝隙180，280的实际数量并不一定与图中所示相同。凸起182的高度与密封衬垫400大致相同，限定了许多流体通道184和氢气入口窗口160或氢气出口窗口161边沿的挡块，这样便于氢气在缝隙180与氢气入口窗口160或氢气出口窗口161之间流动。密封衬垫400将窗口延伸181和缝隙180与冷却剂流场144及其它入口和出口窗口完全隔离。
当然，还可以在阳极流场板120的后面临近阳极氢气入口窗口140和出口窗口141提供窗口延伸181及其上的凸起182。在这种情况下，阴极流场板130后面的衬垫400是按照封闭阳极氢气入口窗口140，出口窗口141和相关的窗口延伸181，凸起182还有缝隙180的方式配置的。
或者，还可以在板上为气体提供气体所需的窗口延伸。可以为阳极板后面的氢气或燃料入口和出口窗口140，141提供窗口延伸。对于阴极板，也可以在其后面为氧化剂入口和出口窗口156，157提供相应的窗口延伸。两种情况下都可以在各个板中提供贯穿板的适当缝隙。
进一步的可能是，为了改善气流，可以为阳极和阴极板120，130提供用于燃料气流和氧化剂流的窗口延伸。实际上会构成一个从各自的导管朝着延伸贯通到板的正面的缝隙延伸的延伸腔，一部分在一个板中，一部分在另一板中。采用这种理想的配置能够缩减板的厚度。本领域的技术人员都可以理解，都希望为燃料电池组提供尽可能高的功率密度，因此就希望将流场板制作得尽可能薄。
同样容易理解的是，为至少一个流场板提供一个平坦面有许多优点。这样能简化流场板的设计并且能简化其制作。还能大大简化密封结构并且降低对板的对准精度要求。实际上，对于平坦面可以采用较大的对准公差，并且能相应地设置延伸窗口和缝隙等等的尺寸来容纳允许的公差。
在组装燃料电池组100时，一个电池的阳极流场板的后面抵住相邻电池的阴极流场板的后面。阴极流场板130后面的密封衬垫400接触到阳极流场板120平滑的后面，在两个板之间实现密封。这样，氢气入口窗口160，出口窗口161及其窗口延伸181分别与阳极流场板120的后面限定了一个腔。氢气进入第一氢气连接端口110，流经贯穿电池组的阳极和阴极氢气入口窗口140和160构成的导管，并且流到上述的腔。对于各个燃料电池，氢气由此沿着一个燃料电池的阴极流场板130上的窗口延伸181的通道184流动，通过相邻燃料电池的阳极流场板120上的缝隙180流到阳极流场板120正面的氢气流场132。从流场132的对面一侧馈送氢气的这种设计被称为“背面馈送”，并且是美国在先专利申请US09/855,018号的主题。以下要详细解释氢气在流场132上的流动图形。
按照同样的方式，空气入口窗口156，空气出口窗口157及其窗口延伸281分别与阳极流场板120的后面限定了一个腔。空气进入第一空气连接端口106，流经阳极和阴极空气入口窗口136和156构成的导管，并且流到上述的腔。空气由此沿着阴极流场板130上的窗口延伸281的通道284流动，通过阴极流场板130上的缝隙280流到阴极流场板130正面的氧化剂流场142。按照本发明，氧化剂同样是从“背面一侧”馈送的。以下要详细解释空气在流场142上的流动图形。
仍然参见图2a，图中表示阳极流场板120正面的氢气流场132。如图2a所示，有许多第一或燃料入口分配通道170与临近氢气入口140的缝隙180在流体上连通；每个缝隙180有一对入口分配通道与其连通。第一或入口分流通道170大致横跨流场132的主体或中心部分在不同程度上延伸。为了弥补和容纳其它入口分配通道170，有些第一或分配通道170有一个短的纵向延伸部170a紧邻临近氢气入口窗口140的缝隙180，如图所示还有一个在流场132的横向上延伸的部位170b。每个第一或入口分配通道170划分成被多个肋173分隔的多个中心或主流通道172。这些主流通道172是笔直的，并且沿着流场132的长度从氢气入口窗口140朝氢气出口窗口141平行延伸。
在出口上有许多第二或燃料出口集流通道171在流体上与临近氢气出口窗口141的缝隙180连通。第二或燃料出口收集通道171大致横跨流场132在不同程度上延伸。为了弥补和容纳其它燃料出口收集通道171，有些第二或燃料出口收集通道171有一个短的纵向延伸部171a紧邻临近氢气出口窗口141的缝隙180，还有一个在流场132的横向上延伸的部位171b。第二或出口收集通道171的位置对应着第一或入口分流通道170。从每个第一或入口分流通道170分离出来的多个主通道172汇集成一个相应的第二或出口集流通道171。应该注意到第一和第二流体通道170，171的纵向延伸部170a，171a与主通道172的长度相比要短得多。联系着各个集流和分流通道170，171的主通道172的数量不一定相同。另外，由一个入口分流通道170引流的所有主通道172不一定被连接到同一出口集流通道171，反之亦然。可以根据需要调节肋173和/或主通道172的宽度来获得通道与肋的不同比例。
这样就能使从临近氢气入口窗口140的缝隙180分流的氢气进入第一或燃料入口分流通道170。然后再将各个第一或燃料入口分流通道170内的氢气分流进入多个中心或主通道172。氢气沿着多个主通道172流动，然后在阳极流场板120的另一端被第二或出口收集通道171收集。这样，氢气会沿着第二或出口集流通道171流动，通过临近氢气出口窗口141的缝隙180到达阳极流场板120的后面。如上所述，阴极氢气出口161及其延伸部181与阳极流场板120的后面限定了一个腔。因此，氢气进入腔内，流经贯穿燃料电池组的阳极和阴极氢气出口窗口141和161构成的导管，并且通过第二氢气连接端口111离开燃料电池组。氢气分流进入第一或入口分流通道170然后进入多个主通道172，并在出口上相应地收集，改善氢气的分配并且跨GDM获得更加均匀的氢气扩散，从而降低横跨流场的压力差并且改善燃料电池效率。
参见图3a，图中表示氧化剂流场142在阴极流场板130正面的图形，并且对氧化剂流场采用大体上类似的方案。这里的氧化剂是大气(经过适当过滤，加湿等等处理)。由于氧仅仅构成空气的大约20％，需要大量体积和质量的流体。因此，空气入口156和出口157很大并且设有三个缝隙280。如图3a中所示，许多第三或氧化剂入口分配通道186在流体上与临近空气入口窗口156的缝隙180连通。第三或入口分配通道186在不同程度上大致横向延伸到流场142的主体或中心部位。为了弥补和容纳其它入口分配通道186，有些入口分配通道186有一个短的纵向延伸部186a紧邻临近空气入口窗口156的缝隙280，还有一个在流场142的横向上延伸的部位186b。每个第三入口分配通道186划分成被多个肋189分隔的多个中心或主通道188。这些主通道188是笔直的，并且沿着流场142的长度从空气入口窗口156朝空气出口窗口157平行延伸。
在出口上有许多第四或氧化剂出口收集通道187在流体上与临近空气出口窗口157的缝隙280连通。第四或出口收集通道187大致横跨流场142在不同程度上延伸。为了弥补和容纳其它出口收集通道187，有些第四或出口收集通道187有一个短的纵向延伸部187a紧邻临近空气出口窗口157的缝隙280，还有一个在流场142的横向上延伸的部位187b。第四或出口收集通道187的位置对应着第三或入口分流通道186。从每个第三或入口分流通道186分离出来的多个主通道188汇集成一个相应的第四或出口收集通道187。应该注意到入口分配和出口收集通道186，187的纵向延伸部与主通道188的长度相比要短得多。联系着各个入口分配和出口收集通道186，187的主通道188的数量不一定相同。可以根据需要调节肋189和/或主通道188的宽度来获得通道与肋的不同比例。同样，对于燃料或氢气流场，由一个入口分配通道186引流的所有主通道188不一定被连接到同一出口收集通道187，反之怡然。
这样就能使从临近空气入口窗口156的缝隙280分流的空气进入第三或空气入口分配通道186。然后再将各个第三或空气入口分配通道186内的空气分流进入多个中心或主通道188。空气沿着多个主通道188流动，然后在阴极流场142的另一端被第四或出口收集通道187收集。这样，空气会沿着第四或出口收集通道187流动，通过临近空气出口157的缝隙280到达阴极流场板130的后面。如上所述，阴极空气出口窗口157及其延伸部281与阳极流场板120的后面限定了一个腔。因此，空气进入腔内，流经贯穿燃料电池组的阳极和阴极空气入口窗口137和157构成的导管，并且通过第二空气连接端口107离开燃料电池组。空气分流进入第三或入口分配通道186然后进入多个主流通道188，并在出口上相应地收集，改善空气的分配并且跨GDM获得更加均匀的空气扩散，从而降低横跨流场的压力差并且改善燃料电池效率。
参见图3b，图中表示冷却剂流场144在阴极流场板130后面的图形。如图3b所示，有许多第五或冷却剂入口分配通道190在流体上与冷却剂入口窗口158连通。第五或冷却剂入口分配通道190具有在不同程度上从冷却剂入口窗口158纵向延伸的延伸部190a，还具有在流场144大致横向上以不同程度延伸的延伸部190b。第五或冷却剂入口分配通道190在其纵向延伸部190a上的长度可变，用来容纳流场144的长度和其它的入口分配通道190。每个第五或冷却剂入口分配通道190被多个肋193划分成多个主通道192。这些主通道192是笔直的，并且沿着流场144的长度从冷却剂入口窗口158朝冷却剂出口窗口159平行延伸。
有许多第六或冷却剂出口收集通道191在流体上与冷却剂出口窗口159连通。第六或出口收集通道191具有从冷却剂出口159起在不同程度上延伸的纵向延伸部191a，并具有大致在流场144横向上不同程度延伸的延伸部191b。为了容纳流场144和其它冷却剂出口集流通道191，第六或冷却剂出口收集通道191在其纵向延伸部191a上具有可变的长度。第六或冷却剂出口通道191的位置对应着第五或入口分配通道190。从每个第五或入口分配通道190分离出来的多个通道192汇集成一个相应的第六或出口收集通道191。应该注意到第五和第六流体通道190，191的纵向延伸部190a，191a与流体通道192的长度相比要短得多。从各个第五或入口分配通道190分出的流体通道192的数量不一定相同。另外，由一个入口分配通道170分出的所有流体通道不一定被连接到一个出口集流通道191，反之亦然。可以根据需要调节肋193和/或流体通道192的宽度来获得通道与肋的不同比例。
这样，冷却剂从第一冷却剂连接端口108进入并且流经阳极和阴极冷却剂入口窗口138和158构成的导管到达阴极冷却剂入口窗口158。冷却剂由此从冷却剂入口窗口158分流进入第五或冷却剂入口分配通道190。进而将各个第五通道190内的冷却剂分流进入多个主通道192。冷却剂沿着多个主通道192流动并在冷却剂流场144的相对一端被收集到许多第六或出口收集通道191内。这样，冷却剂沿着第六或出口集流通道191流到冷却剂出口窗口159。冷却剂流经贯穿燃料电池组的阳极和阴极冷却剂出口窗口139和159构成的导管，并且通过第二冷却剂连接端口109离开燃料电池组。冷却剂从第五或入口分流通道190分流进入多个中心或主通道192，改善冷却剂的分配并且跨流场获得更加均匀和有效的热交换。
按照本发明，阳极流场板132，阴极流场板142和/或冷却剂流场144采用了将通道划分成多组的概念。这一概念能跨流场提供更加均匀的流体分配，不会增加流场设计的复杂性。本发明还能利用笔直的流体通道，它与曲折的流体通道相比具有一些必然的优点。
参见图3e，图中表示氧化剂入口分配通道186a和186b在阴极流场板130正面的放大示意图。按照这一实施例，每个入口分配通道186b被分成被四个肋189隔离的五个主通道188。沿着主通道188的纵向也就是流场142的方向；各个主通道188从离开入口分配通道186b的一个位置起在流场142的横向上延伸。在本例中，由肋189设定的所有主通道188的起点与入口分配通道186b相距大致相同的距离D。应该理解这不是必要的，各个主通道可以相对于入口分配通道186b从不同位置开始。在本例中，为了形成良好的流体分布并且降低压力差，入口分配通道186b和主通道188起点之间的距离D最好是主通道188宽度的1.5-2倍；根据入口分配通道的宽度可以增大这一距离D。入口分配通道186a，186b的宽度最好是主通道188宽度的1-1.5倍。
应该可以理解，在阳极流场板120的正面，主通道172的起点也是距燃料入口分配通道170b一定距离。该距离最好是主通道172宽度的1.5-2倍。主通道172的相对一端也是距燃料出口收集通道171b一定距离，该距离最好是主通道172宽度的1.5-2倍。同样，主通道188的相对一端也是距氧化剂出口收集通道187b一定距离，该距离最好是主通道188宽度的1.5-2倍。
如图3e所示，在入口分配通道186a和186b的各个接头处设有一个倒角186c，以便于氧化剂气体流动并且减少扰动。在主通道188和入口分配通道186b的接头处同样有一个倒角186d。倒角186c和186d有助于产生平稳流动图形并由此降低横跨流场142的压力。倒角186c的最佳半径是0.03125英寸或0.790mm，而倒角186b的最佳半径是1/64英寸或0.395mm。在阳极流场板120正面的燃料入口分配通道170和燃料出口收集通道171中以及阴极流场板130正面的氧化剂出口收集通道187中也可以提供这种倒角。
如上所述，燃料气体，氧化剂和冷却剂的通道被设计成“主通道”，也就是说这些通道大致处在板的中心，并且包括大量通道。选择主通道来提供横跨适当面的均匀的燃料分配，理想的情况是延伸到整个流场面积。在实践中，为了提供入口和出口分流功能，需要提供入口分配和出口收集通道。
还应该可以理解，入口分配和出口收集通道配置提供了一种分支结构，气流首先沿着一个通道(入口分配通道)流动，然后分支进入许多小通道(主通道)。这种结构还可以进一步细分。例如，入口分配通道可以连接到许多二次分配通道，后者又可以连接到许多主通道。在出口上同样可以提供二次收集通道来收集来自许多主通道的气体，还可以将这些二次收集通道连接到一条出口收集通道。
参见图4a和4b，图中表示本发明的燃料电池和常规设计燃料电池的截面图。由于本发明采用基本上笔直的流体通道，有可能这样来制作阳极和阴极流场板120，130使得阳极和阴极流场板120，130上的肋173，189的主要部分对准，即阳极流场板120上端的肋173压住阴极流场板130上的肋189，将MEA124夹在中间。如图2a和3a所示，按照本发明，除了流场端部的分支部位，阳极和阴极流场板120，130的中心部位由基本上笔直的流体通道172，188和肋173，189构成。这样，调节通道和肋的宽度即通道与肋的比例或是横跨流场板的通道数量就能使两个板上的肋在这些中心部位实现配合。
阳极和阴极流场板120，130上配合的肋提供了许多优于常规配合设计的优点。分别对采用常规无配合流场板的燃料电池组和采用本发明流场板的燃料电池组进行的比较实验表明，对于常规的燃料电池组，GDM和MEA因无配合肋的剪切作用会过度受压和过度拉伸。另一方面，在采用本发明流场设计的燃料电池组中没有发现对GDM和MEA的损伤。另外，燃料电池性能和效率也有所改善。
图5表示两种燃料电池组极化曲线的比较。图中的曲线表示电池电压与电流密度之间的关系。曲线501代表本发明燃料电池的极化曲线，其中阳极和阴极流场板上的肋如图4a所示至少在中心部位相互配合。总共三个燃料电池组每组有100个电池。曲线502和503代表两个燃料电池组的性能，在其中采用不同的GDM，并且阳极和阴极流场板的肋没有配合，即如图4b所示在中心部位是是偏移的。如图所示，尽管所有三种情况下的电池电压都是随电流密度增大而下降，对于给定的电流密度，本发明燃料电池组的电池电压要高于其它两个电池组，表明性能较好。
按照本发明，阳极和阴极流场板120和130具有相同的图形和相同的通道与肋的比例。通道与肋的比例最好是1.5∶1。然而要注意到在阳极和阴极流场板120和130上的肋相互配合也就是直接面对时带来的问题。根据燃料电池反应的公式可以看出，氢对氧的化学计量比例是1∶2。在实际操作中，燃料和氧化剂气体相对于反应消耗速率按超额流速提供给燃料电池组，这样，燃料电池组的功率输出才能保证燃料电池组具有充足的反应物。这就要求流过阴极流场142的氧化剂气体要超过流经阳极流场132的燃料气体量。通常是通过扩大阴极流体通道的宽度来提供更大的反应面积。在本实施例中，由于流场图形和通道对肋的比例对于两个流场板120和130是相同的，只要增加阴极流场通道的深度允许足够量的空气扩散到横跨GDM126的MEA124就能满足这一要求。阴极和阳极流场板120和130的通道深度比例按照燃料电池反应中实际使用的燃料和氧化剂而改变。如果用纯氢气和包括大约20％氧的空气作为反应物气体，阴极和阳极流场板120和130的优选通道深度比例是2-3∶1。最佳比例是3∶1。如果氢气是由提纯获得的，就意味着仅有40％的燃料气体是纯氢，该比例就优选是1.5-2∶1。
本发明的精髓是优化燃料电池流场板。应该意识到本发明的燃料电池组和流场板的形状不仅限于上述实施例，例如不一定是所述的矩形。另外，流场板，MEA和气体扩散介质的材料本身的选择是常规燃料电池技术的课题，并不构成本发明的一部分。
尽管以上描述了最佳实施例的组成，可以看出本发明很容易修改和变更，无需脱离权利要求书适当范围所限定的内容。例如，本发明可以应用于采用纯氢作为燃料的其它类型燃料电池，其中包括但不仅限于碱，熔化碳酸盐和磷酸。还可以改变系统中部件的数量和结构，但是仍然属于权利要求书的范围和原理。

Claims (40)

1.一种燃料电池组包括多个燃料电池，每个燃料电池包括一个阳极流场板，一个阴极流场板，以及设置在阳极和阴极流场板之间的一个隔膜电极组件，其中的阳极流场板包括多个阳极主通道和分开阳极主通道的多个肋，其中的阴极流场板包括多个阴极主通道和分开阴极主通道的多个肋，并且至少有一部分阳极主通道和阴极主通道彼此直接相对设置，隔膜交换组件设在二者之间，阳极流场板至少有一些肋匹配阴极流场板上的肋，并且彼此直接相对定位，将隔膜交换组件夹在中间。
2.按照权利要求1的燃料电池组，其特征是阳极和阴极流场板各有一部分大致设置在匹配通道的中心。
3.按照权利要求2的燃料电池组，其特征是阳极和阴极流场板各自包括一个燃料入口窗口，对准其它燃料入口窗口构成一个燃料入口管，一个氧化剂入口窗口，对准其它氧化剂入口窗口构成一个氧化剂入口管，一个冷却剂入口窗口，对准其它冷却剂入口窗口构成一个冷却剂入口管，用于燃料的一个燃料出口窗口，对准其它燃料出口窗口构成一个燃料出口管，一个氧化剂出口窗口，对准其它氧化剂出口窗口构成一个氧化剂出口管，和一个冷却剂出口窗口，对准其它冷却剂出口窗口构成一个冷却剂出口管，对于每个燃料电池，阳极流场板包括将燃料入口管连接到阳极主通道的至少一个燃料入口分配通道，以及将阳极主通道连接到燃料出口管的至少一个燃料出口收集通道。
4.按照权利要求2的燃料电池组，其特征是阳极和阴极流场板各自包括一个燃料入口窗口，对准其它燃料入口窗口构成一个燃料入口管，一个氧化剂入口窗口，对准其它氧化剂入口窗口构成一个氧化剂入口管，一个冷却剂入口窗口，对准其它冷却剂入口窗口构成一个冷却剂入口管，用于燃料的一个燃料出口窗口，对准其它燃料出口窗口构成一个燃料出口管，一个氧化剂出口窗口，对准其它氧化剂出口窗口构成一个氧化剂出口管，和一个冷却剂出口窗口，对准其它冷却剂出口窗口构成一个冷却剂出口管，对于每个燃料电池，阳极流场板包括将氧化剂入口管连接到阴极主通道的至少一个氧化剂入口分配通道，以及将阴极主通道连接到氧化剂出口管的至少一个氧化剂出口收集通道。
5.按照权利要求3的燃料电池组，其特征是，对于每个燃料电池，阴极流场板包括将氧化剂入口管连接到阴极主通道的至少一个氧化剂入口分配通道，以及将阴极主通道连接到氧化剂出口管的至少一个氧化剂出口收集通道。
6.按照权利要求5的燃料电池组，其特征是，对于每个燃料电池，阳极流场板包括多个燃料入口分配通道和多个燃料出口收集通道，每个燃料入口分配通道和出口收集通道被连接到多个阳极主通道，并且对于每个燃料电池，阴极流场板包括多个燃料入口分配通道和多个燃料出口收集通道，每个燃料入口分配通道和出口收集通道被连接到多个阴极主通道。
7.按照权利要求6的燃料电池组，其特征是，对于每个阳极和阴极流场板，在板的相对端上设有燃料入口和出口窗口，并在板的相对端上设有氧化剂入口和出口窗口，对于每个阳极流场板，阳极主通道从燃料入口窗口朝燃料出口窗口在一个方向上彼此大致平行地延伸，对于每个阴极流场板，阴极主通道从氧化剂入口窗口朝氧化剂出口窗口在一个方向上彼此大致平行地延伸，对于每个阳极流场板，燃料入口分配和出口收集通道与阳极主通道大致垂直地延伸，而对于每个阴极流场板，氧化剂入口分配通道和氧化剂出口收集通道与阴极主通道大致垂直地延伸。
8.按照权利要求5的燃料电池组，其特征是，对于至少一个阳极和阴极流场板，包括从它的后面向正面馈送反应物的含有主通道的装置，所述装置包括贯穿各个流场板延伸的缝隙。
9.按照权利要求8的燃料电池组，其特征是，对于各个燃料电池包括从各个阴极和阳极流场板后面向其正面馈送气流的装置。
10.按照权利要求9的燃料电池组，其特征是从各个阴极和阳极流场板后面向其正面馈送气流的所述装置包括，对于各个阳极流场板而言，燃料入口管和各个燃料入口分配通道之间的至少一个入口缝隙，以及各个燃料出口收集通道和燃料出口管之间的至少一个出口缝隙，而对于各个阴极流场板则包括氧化剂入口管和各个氧化剂分配通道之间的至少一个入口缝隙，以及各个氧化剂出口收集通道和氧化剂出口管之间的至少一个出口缝隙。
11.按照权利要求10的燃料电池组，其特征是，对于各个燃料电池，阳极流场板包括的所述至少一个入口缝隙临近燃料入口管，而所述至少一个出口缝隙临近燃料出口管，并且阴极流场板包括的所述至少一个入口缝隙临近氧化剂入口管，而所述至少一个出口缝隙临近氧化剂出口管。
12按照权利要求11的燃料电池组，其特征是在至少一个阳极和阴极流场板后面包括处在阳极流场板的燃料入口管和所述至少一个燃料入口缝隙之间的第一窗口延伸，处在阳极流场板的燃料出口管和所述至少一个出口缝隙之间的第二窗口延伸，处在阴极流场板的氧化剂入口管和所述至少一个入口缝隙之间的第三窗口延伸，以及处在阴极流场板的氧化剂出口管和所述至少一个出口缝隙之间的第四窗口延伸。
13按照权利要求12的燃料电池组，其特征是所有窗口延伸被设置在阳极流场板后面和阴极流场板后面之一上，而阳极流场板和阴极流场板的另一后面是大致平滑的。
14按照权利要求13的燃料电池组，其特征是，对于每个燃料电池，所述一个阳极和阴极流场板包括在冷却剂入口管和冷却剂出口管之间延伸的多个冷却剂通道。
15.按照权利要求14的燃料电池组，其特征是多个冷却剂通道包括从冷却剂入口管延伸的冷却剂入口分配通道，连接到冷却剂出口管的多个冷却剂出口收集通道，以及连接在冷却剂入口分配通道和出口收集通道之间的多个主冷却剂通道，每个冷却剂入口分配通道和每个冷却剂出口收集通道被连接到多个主冷却剂通道。
16.按照权利要求13，14或15的燃料电池组，其特征是，包括窗口延伸的阳极和阴极流场板的每个后面包括对于每个窗口延伸而言的一个密封，用来封闭每个窗口延伸，与其有关的各个缝隙，和与其有关的各个管，并且阳极和阴极流场板的正面包括围绕各个窗口并且排除缝隙的密封。
17.按照权利要求7，8，10或12的燃料电池组，其特征是至少一个阳极和阴极流场板各自的主通道具有大致相同的尺寸。
18.按照权利要求17的燃料电池组，其特征是阳极和阴极流场板是相同的，仅仅提供一种类型的流场板。
19.按照权利要求7的燃料电池组，其特征是阳极和阴极流场板具有提供不同流体特性的主通道。
20.按照权利要求19的燃料电池组，其特征是阳极流场板主通道的流体截面不同于阴极流场板主通道的流体截面。
21.按照权利要求1的燃料电池组，其特征是，对于至少一个阳极流场板和阴极流场板，主通道宽度对肋宽度的比例是1.5∶1。
22.按照权利要求1的燃料电池组，其特征是阴极主通道深度对阳极主通道深度的比例范围是1.5-3∶1。
23.按照权利要求22的燃料电池组，其特征是阴极主通道深度对阳极主通道深度的比例范围是2-3∶1。
24.按照权利要求22的燃料电池组，其特征是阴极主通道深度对阳极主通道深度的比例范围是1.5-2∶1。
25.按照权利要求22的燃料电池组，其特征是阴极主通道深度对阳极主通道深度的比例是3∶1。
26.按照权利要求7的燃料电池组，其特征是，在阳极流场板上，沿着阳极主通道的纵向，多个阳极主通道各自相对于对应的燃料入口分配通道和对应的燃料出口收集通道有一端与所述燃料入口分配通道相距一个距离，并且另外一端与所述燃料出口分配通道相距相同的距离，并且该距离对阳极主通道宽度的比例范围是1.5-2。
27.按照权利要求26的燃料电池组，其特征是，在阴极流场板上，沿着阴极主通道的纵向，多个阴极主通道各自相对于对应的氧化剂入口分配通道和对应的氧化剂出口收集通道有一端与所述氧化剂入口分配通道相距一个距离，并且另外一端与所述氧化剂出口分配通道相距相同的距离，并且该距离对阴极主通道宽度的比例范围是1.5-2。
28.按照权利要求4的燃料电池组，其特征是，对于至少一个阳极流场板和阴极流场板，分配通道和出口收集通道的宽度是相应主通道的1-1.5倍。
29.按照权利要求4或28的燃料电池组，其特征是入口分配通道和出口收集通道包括用来降低流体阻力的倒角。
30.在燃料电池中使用的一种流场板，流场板大致平坦并且具有正面和后面，所述流场板包括至少一个第一气体入口窗口和至少一个第一气体出口窗口，在流场板的正面设有至少一个入口分配通道与第一气体入口连通，延伸到与第一气体出口连通的至少一个出口收集通道，以及在所述至少一个气体分配通道和所述至少一个出口收集通道之间延伸的多个主通道。
31.按照权利要求30的流场板，其特征是包括多个第一气体入口和多个第一气体出口。
32.按照权利要求30的流场板，其特征是包括多个气体入口分配通道和多个气体出口收集通道，其中的每个气体入口分配通道和气体出口收集通道被连接到多个主通道。
33.按照权利要求32的流场板，其特征是主通道彼此基本平行地延伸，并且气体入口分配通道和气体出口收集通道与其基本垂直地延伸。
34.按照权利要求30，31，32或33的流场板，其特征是包括至少一个第二气体入口窗口和至少一个第二气体出口窗口。
35.按照权利要求34的流场板，其特征是，对于至少一个窗口，包括在流场板后面延伸的一个窗口延伸，对于每个窗口延伸，包括至少一个与其相连并且从流场板后面贯通到正面的缝隙，在相应的窗口延伸和相应的一个所述至少一个入口分配通道和所述至少一个出口收集通道之间实现连通。
36.按照权利要求35的流场板，其特征是每个第二气体入口和出口窗口包括一个窗口延伸，与包括贯通缝隙的另一流场板互补，通过所述另一流场板向正面馈送第二气体。
37.按照权利要求32或35的流场板，其特征是每个第一气体入口和出口窗口包括一个窗口延伸和与其相连的至少一个缝隙，通过流场板从入口分配通道馈送气体并且从出口收集通道返回。
38.按照权利要求37的流场板，其特征是与各个第一气体入口窗口相连的每个缝隙在正面被连接到两个气体入口分配通道，而与第一气体出口窗口相连的每个缝隙被连接到两个气体出口收集通道。
39.按照权利要求37的流场板，其特征是正面和后面包括与燃料电池的相邻元件形成密封的密封表面，对于每个第一气体入口和出口窗口，流场板正面的密封表面包括第一密封表面部位，它封闭相应的窗口并将相连的缝隙与第一气体入口和出口窗口隔离，而在其后面包括第二密封表面部位，它完全封闭每个第一气体入口和出口窗口及与其相连的所述至少一个缝隙。
40.按照权利要求39的流场板，其特征是每个窗口延伸设有多个凸起，用来限定从窗口延伸到与其相连的缝隙的流体通道。
CNA038068397A 2002-03-29 2003-03-28 燃料电池流场板 Pending CN1643718A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/109,002 2002-03-29
US10/109,002 US6878477B2 (en) 2001-05-15 2002-03-29 Fuel cell flow field plate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1643718A true CN1643718A (zh) 2005-07-20

Family

ID=28452979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA038068397A Pending CN1643718A (zh) 2002-03-29 2003-03-28 燃料电池流场板

Country Status (9)

Country Link
US (2) US6878477B2 (zh)
EP (1) EP1497881B1 (zh)
JP (1) JP2006508496A (zh)
CN (1) CN1643718A (zh)
AU (1) AU2003213924A1 (zh)
CA (1) CA2477467C (zh)
DK (1) DK1497881T3 (zh)
ES (1) ES2640047T3 (zh)
WO (1) WO2003083979A2 (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103022587A (zh) * 2011-09-19 2013-04-03 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于蓄电池冷却模块的无相互连接的液体散热片设计
CN104900886A (zh) * 2015-05-27 2015-09-09 江苏绿遥燃料电池系统制造有限公司 一种具有对流式冷却液流场的金属双极板
CN108368623A (zh) * 2015-11-17 2018-08-03 水吉能公司 电化学电池用流场
CN111029611A (zh) * 2019-12-09 2020-04-17 中国第一汽车股份有限公司 一种流场板及燃料电池
CN111121973A (zh) * 2019-12-27 2020-05-08 武汉理工大学 一种利用红外热成像准原位检测膜电极穿孔点的测试夹具
WO2020228131A1 (zh) * 2019-05-16 2020-11-19 张国胜 双极板及包含该双极板的燃料电池电堆和发电系统
CN112864410A (zh) * 2019-11-27 2021-05-28 国家能源投资集团有限责任公司 一种燃料电池及燃料电池发电系统
CN114503314A (zh) * 2019-07-16 2022-05-13 Ch创新公司 紧凑的燃料电池模块和组件
TWI772209B (zh) * 2021-10-22 2022-07-21 電合科技股份有限公司 燃料電池裝置
WO2023097957A1 (zh) * 2021-12-02 2023-06-08 上海治臻新能源股份有限公司 一种基于冲压成形氢燃料单电池的进出气结构

Families Citing this family (79)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1469542A1 (en) * 2003-04-09 2004-10-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell
JP2007511664A (ja) * 2003-05-16 2007-05-10 ハイドロジェニクス コーポレイション 対称形分流板
EP1665433B1 (en) * 2003-06-25 2010-11-24 Hydrogenics Corporation Passive electrode blanketing in a fuel cell
US20050069749A1 (en) * 2003-08-15 2005-03-31 David Frank Flow field plate arrangement
WO2005028713A1 (en) * 2003-09-22 2005-03-31 Hydrogenics Corporation Electrolyzer cell stack system
WO2005028712A1 (en) * 2003-09-22 2005-03-31 Hydrogenics Corporation Electrolyzer cell stack system
JP2007505998A (ja) * 2003-09-22 2007-03-15 ハイドロジェニクス コーポレイション 電解槽セルの配置
JP4747486B2 (ja) * 2003-10-09 2011-08-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
US7585355B2 (en) * 2004-02-10 2009-09-08 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Temperature/humidity exchanger
JP2005268049A (ja) * 2004-03-18 2005-09-29 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池
US7531264B2 (en) * 2004-06-07 2009-05-12 Hyteon Inc. Fuel cell stack with even distributing gas manifolds
US7524575B2 (en) * 2004-06-07 2009-04-28 Hyteon Inc. Flow field plate for use in fuel cells
US20060008695A1 (en) * 2004-07-09 2006-01-12 Dingrong Bai Fuel cell with in-cell humidification
US7604888B2 (en) * 2004-07-30 2009-10-20 Gm Global Technologies Operations, Inc. Stamped PEM fuel cell plate manufacturing
US7314680B2 (en) * 2004-09-24 2008-01-01 Hyteon Inc Integrated fuel cell power module
US7491463B2 (en) * 2004-11-11 2009-02-17 Proton Energy Systems, Inc. Electrochemical cell bipolar plate with sealing feature
KR100647666B1 (ko) * 2004-11-29 2006-11-23 삼성에스디아이 주식회사 바이폴라 플레이트 및 직접액체연료전지 스택
US7479333B2 (en) * 2004-12-13 2009-01-20 Hyteon, Inc. Fuel cell stack with multiple groups of cells and flow passes
US20060134474A1 (en) * 2004-12-22 2006-06-22 Hydrogenics Corporation Fuel cell humidification system
US20060188763A1 (en) * 2005-02-22 2006-08-24 Dingrong Bai Fuel cell system comprising modular design features
US20060210857A1 (en) * 2005-03-15 2006-09-21 David Frank Electrochemical cell arrangement with improved mea-coolant manifold isolation
US20060210855A1 (en) * 2005-03-15 2006-09-21 David Frank Flow field plate arrangement
CN100449833C (zh) * 2005-08-26 2009-01-07 比亚迪股份有限公司 一种燃料电池的流场板
GB0519807D0 (en) * 2005-09-28 2005-11-09 Welding Inst Fuel cell assembly
JP2007207505A (ja) * 2006-01-31 2007-08-16 Honda Motor Co Ltd 燃料電池
JP2007207502A (ja) * 2006-01-31 2007-08-16 Honda Motor Co Ltd 燃料電池
US8221930B2 (en) * 2006-08-23 2012-07-17 Daimler Ag Bipolar separators with improved fluid distribution
US20080050639A1 (en) * 2006-08-23 2008-02-28 Michael Medina Bipolar flow field plate assembly and method of making the same
US20080050629A1 (en) * 2006-08-25 2008-02-28 Bruce Lin Apparatus and method for managing a flow of cooling media in a fuel cell stack
US20080138665A1 (en) * 2006-12-06 2008-06-12 3M Innovative Properties Company Compact fuel cell stack with gas ports
US20080138684A1 (en) * 2006-12-06 2008-06-12 3M Innovative Properties Company Compact fuel cell stack with uniform depth flow fields
US20080138667A1 (en) * 2006-12-06 2008-06-12 3M Innovative Properties Company Compact fuel cell stack with fastening member
US20080138670A1 (en) * 2006-12-06 2008-06-12 3M Innovative Properties Company Compact fuel cell stack with multiple plate arrangement
US7740962B2 (en) * 2006-12-06 2010-06-22 3M Innovative Properties Company Compact fuel cell stack with current shunt
US7816050B2 (en) * 2007-02-16 2010-10-19 Daimler Ag Unit cell header flow enhancement
US20080199751A1 (en) * 2007-02-20 2008-08-21 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Bipolar plate for an air breathing fuel cell stack
US20080199752A1 (en) * 2007-02-20 2008-08-21 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Electrochemical stack with pressed bipolar plate
US7718298B2 (en) * 2007-03-12 2010-05-18 Gm Global Technology Operations, Inc. Bifurcation of flow channels in bipolar plate flowfields
US8309273B2 (en) * 2007-03-15 2012-11-13 Panasonic Corporation Polymer electrolyte fuel cell and fuel cell stack including the same
US7851105B2 (en) * 2007-06-18 2010-12-14 Daimler Ag Electrochemical fuel cell stack having staggered fuel and oxidant plenums
JP2009059650A (ja) * 2007-09-03 2009-03-19 Toyota Motor Corp 燃料電池スタック及び燃料電池システム
US20090087695A1 (en) * 2007-10-02 2009-04-02 American Power Conversion Corporation Bipolar plate for use in fuel cell stacks and fuel cell assemblies
DE102008048014A1 (de) * 2008-09-12 2010-04-15 Esk Ceramics Gmbh & Co. Kg Bauteil aus einem Stapel keramischer Platten
DE102008056900A1 (de) * 2008-11-12 2010-05-20 Daimler Ag Bipolarplatte für eine Brennstoffzellenanordnung, insbesondere zur Anordnung zwischen zwei benachbarten Membran-Elektroden-Anordnungen in einem Brennstoffzellenstapel
DE112008004170B4 (de) 2008-11-17 2020-02-06 Audi Ag Brennstoffzellenplatten-Strömungsfeld
US20100276295A1 (en) * 2008-11-17 2010-11-04 Etorus, Inc. Electrolytic hydrogen generating system
DE102010003643A1 (de) * 2010-04-01 2011-10-06 Forschungszentrum Jülich GmbH Brennstoffzellenmodul
WO2012011899A1 (en) * 2010-07-21 2012-01-26 Utc Power Corporation Solid flow field plate with end turns
WO2014001842A1 (en) * 2012-06-26 2014-01-03 Powercell Sweden Ab Flow field plate for a fuel cell
CA3123208C (en) 2012-08-14 2023-10-03 Loop Energy Inc. Fuel cell flow channels and flow fields
US8795924B2 (en) * 2012-09-12 2014-08-05 GM Global Technology Operations LLC Crown ether containing PEM electrode
US10396368B2 (en) * 2013-03-18 2019-08-27 Wuhan Troowin Power System Technology Co., Ltd. PEM fuel cell stack
DE102013210544A1 (de) * 2013-06-06 2014-12-11 Volkswagen Ag Bipolarplatte und Brennstoffzelle mit einer solchen
KR101664035B1 (ko) 2014-04-22 2016-10-10 현대자동차 주식회사 분리판 및 이를 포함하는 연료전지
WO2016191881A1 (en) 2015-06-04 2016-12-08 Dana Canada Corporation Heat exchanger with regional flow distribution for uniform cooling of battery cells
CN109075358B (zh) 2016-03-22 2021-10-19 环能源公司 用于热管理的燃料电池流场设计
CN106816611B (zh) * 2017-03-21 2023-05-26 北京化工大学 一种燃料电池流体微分流场极板
CN107123820B (zh) * 2017-06-22 2024-02-13 天津中德应用技术大学 新型燃料电池堆冷却水流道板及其电池组
CN107634240A (zh) * 2017-09-04 2018-01-26 苏州中氢能源科技有限公司 一种小型燃料电池金属双极板
CN107834086A (zh) * 2017-10-30 2018-03-23 黑泰（上海）材料科技有限公司 燃料电池双极板
CN107895804A (zh) * 2017-12-14 2018-04-10 苏州朔景动力新能源有限公司 燃料电池金属双极板及燃料电池
EP3740993A1 (en) * 2018-01-17 2020-11-25 Nuvera Fuel Cells, LLC Electrochemical cells with improved fluid flow design
CN210242511U (zh) * 2018-07-26 2020-04-03 达纳加拿大公司 具有平行流动特征以增强热传导的热交换器
DE202018004979U1 (de) * 2018-10-25 2020-01-28 Reinz-Dichtungs-Gmbh Plattenartiger Flüssigkeitsbehälter und Batterietemperieranordnung
JP7110971B2 (ja) * 2018-12-21 2022-08-02 トヨタ自動車株式会社 燃料電池セル
CN110783597A (zh) * 2019-11-05 2020-02-11 陶霖密 质子交换膜燃料电池、电堆、制造方法和流场板复合系统
US11316174B2 (en) * 2020-01-17 2022-04-26 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Fuel cell stacks and methods for forming same for providing uniform fluid flow
DE102020107482A1 (de) * 2020-03-18 2021-09-23 Veritas Ag Brennstoffzellenvorrichtung
DE102020128562A1 (de) * 2020-10-30 2022-05-05 Audi Aktiengesellschaft Bipolarplatte mit einsetzbarer Blende und Brennstoffzellenstapel
CN112310433B (zh) * 2020-11-27 2022-12-23 航天氢能(上海)科技有限公司 一种燃料电池的密封结构及燃料电池电堆的装配方法
DE102021210826A1 (de) * 2021-03-11 2022-09-15 Hanon Systems Kühler mit zwei weitgehend parallelen Strömungsräumen und drei weitgehend parallelen Platten
EP4315465A1 (en) * 2021-04-10 2024-02-07 Loop Energy Inc. Fuel cell assemblies with fuel cell plates with reduced and/or eliminated transition regions
DE102021203965A1 (de) 2021-04-21 2022-10-27 Cellcentric Gmbh & Co. Kg Bipolarplatte für einen Brennstoffzellenstapel
CN113991136B (zh) * 2021-09-30 2023-10-13 上海交通大学 一种阴极双场错排双极板流场结构及一体式可逆燃料电池
CN114400347B (zh) * 2021-10-08 2024-04-16 东风汽车集团股份有限公司 一种用于燃料电池的双极板以及燃料电池
CN114068978B (zh) * 2021-11-15 2023-09-19 上海交通大学 空冷型燃料电池氢空流场平行的双极板
CN114597444A (zh) * 2022-02-14 2022-06-07 浙江天能氢能源科技有限公司 一种阴极腔封闭的风冷燃料电池
CN115020730B (zh) * 2022-07-12 2024-01-30 青岛创启信德新能源科技有限公司 一种大功率氢燃料电池堆及其组装方法
CN115000463B (zh) * 2022-07-15 2024-05-28 东方电气(成都)氢燃料电池科技有限公司 一种燃料电池可移动式可视化测试装置及其使用方法

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3801374A (en) 1969-01-08 1974-04-02 United Aircraft Corp Graphite and vinylidene fluoride structures for fuel cells
US4214969A (en) 1979-01-02 1980-07-29 General Electric Company Low cost bipolar current collector-separator for electrochemical cells
SE458884B (sv) * 1987-05-29 1989-05-16 Alfa Laval Thermal Ab Permanent sammanfogad plattvaermevaexlare med sammanhaallande organ vid portarna
IE892231A1 (en) * 1989-07-11 1991-06-19 Loctite Ireland Ltd Method of forming gaskets by injection and compositions for¹use therein
US4988583A (en) 1989-08-30 1991-01-29 Her Majesty The Queen As Represented By The Minister Of National Defence Of Her Majesty's Canadian Government Novel fuel cell fluid flow field plate
DE4009138A1 (de) 1989-10-26 1991-09-26 Siemens Ag Festelektrolyt-hochtemperatur- brennstoffzellenmodul
US5252410A (en) 1991-09-13 1993-10-12 Ballard Power Systems Inc. Lightweight fuel cell membrane electrode assembly with integral reactant flow passages
JPH05109415A (ja) 1991-10-16 1993-04-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池用ガスセパレータ
JP3135991B2 (ja) 1992-06-18 2001-02-19 本田技研工業株式会社 燃料電池および燃料電池スタック締め付け方法
IT1270878B (it) 1993-04-30 1997-05-13 Permelec Spa Nora Migliorata cella elettrochimica utilizzante membrane a scambio ionico e piatti bipolari metallici
JPH07220743A (ja) 1994-01-27 1995-08-18 Kansai Electric Power Co Inc:The 燃料電池、そのバイポーラ板、およびバイポーラ板の製造方法
JPH07240218A (ja) 1994-02-28 1995-09-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池用ガスセパレータ
JP3382708B2 (ja) 1994-03-25 2003-03-04 三菱重工業株式会社 固体高分子電解質燃料電池用ガスセパレータ
US5566001A (en) * 1994-07-27 1996-10-15 Motorola, Inc. Method and apparatus for fax messaging in a selective call receiver system using multiple code-book data compression
US5514487A (en) * 1994-12-27 1996-05-07 Ballard Power Systems Inc. Edge manifold assembly for an electrochemical fuel cell stack
DE19505727A1 (de) * 1995-02-20 1996-08-22 Emitec Emissionstechnologie Vorrichtung zur katalytischen Umsetzung von Abgasen in einem Abgassystem
IT1284887B1 (it) 1996-10-03 1998-05-22 De Nora Spa Metodo di esclusione di una cella elementare malfunzionante di un elettrolizzatore o di un generatore elettrochimico a membrana
DE19713250C2 (de) 1997-03-29 2002-04-18 Ballard Power Systems Elektrochemischer Energiewandler mit Polymerelektrolytmembran
US6017648A (en) * 1997-04-15 2000-01-25 Plug Power, L.L.C. Insertable fluid flow passage bridgepiece and method
US6190793B1 (en) 1997-07-16 2001-02-20 Ballard Power Systems Inc. Electrochemical fuel cell stack with an improved compression assembly
EP1156546B1 (en) 1997-07-16 2003-10-08 Ballard Power Systems Inc. Method of making a resilient seal for membrane electrode assembly (MEA) in an electrochemical fuel cell
US6099984A (en) 1997-12-15 2000-08-08 General Motors Corporation Mirrored serpentine flow channels for fuel cell
JP4523089B2 (ja) * 1999-04-09 2010-08-11 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
US6255011B1 (en) 1998-03-02 2001-07-03 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell stack
US6207312B1 (en) 1998-09-18 2001-03-27 Energy Partners, L.C. Self-humidifying fuel cell
US6174616B1 (en) * 1998-10-07 2001-01-16 Plug Power Inc. Fuel cell assembly unit for promoting fluid service and design flexibility
US6165634A (en) 1998-10-21 2000-12-26 International Fuel Cells Llc Fuel cell with improved sealing between individual membrane assemblies and plate assemblies
JP4120072B2 (ja) * 1998-11-27 2008-07-16 アイシン精機株式会社 固体高分子電解質型燃料電池用セパレータ及び固体高分子電解質型燃料電池
US20020192531A1 (en) * 1998-12-30 2002-12-19 Joerg Zimmerman Liquid reactant flow field plates for liquid feed fuel cells
JP3530054B2 (ja) * 1999-02-09 2004-05-24 本田技研工業株式会社 燃料電池
US6783937B1 (en) * 1999-02-25 2004-08-31 Pall Corporation Negatively charged membrane
JP3133301B2 (ja) * 1999-05-06 2001-02-05 株式会社日立製作所 固体高分子型燃料電池
US6426159B1 (en) * 1999-08-27 2002-07-30 Plug Power Inc. Sealing method and apparatus for a fuel cell stack
US6261711B1 (en) * 1999-09-14 2001-07-17 Plug Power Inc. Sealing system for fuel cells
US6884536B1 (en) * 1999-11-08 2005-04-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell
US6309773B1 (en) 1999-12-13 2001-10-30 General Motors Corporation Serially-linked serpentine flow channels for PEM fuel cell
JP3530793B2 (ja) 1999-12-28 2004-05-24 本田技研工業株式会社 燃料電池およびその運転方法
US6410179B1 (en) * 2000-04-19 2002-06-25 Plug Power Inc. Fluid flow plate having a bridge piece
US20020172852A1 (en) * 2001-05-15 2002-11-21 David Frank Flow field plate for a fuel cell and fuel cell assembly incorporating the flow field plate
DE10126723A1 (de) 2001-05-31 2002-12-12 Forschungszentrum Juelich Gmbh Interkonnektor für eine Brennstoffzelle

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103022587A (zh) * 2011-09-19 2013-04-03 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于蓄电池冷却模块的无相互连接的液体散热片设计
CN103022587B (zh) * 2011-09-19 2015-09-16 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于蓄电池冷却模块的无相互连接的液体散热片设计
CN104900886A (zh) * 2015-05-27 2015-09-09 江苏绿遥燃料电池系统制造有限公司 一种具有对流式冷却液流场的金属双极板
CN108368623A (zh) * 2015-11-17 2018-08-03 水吉能公司 电化学电池用流场
CN108368623B (zh) * 2015-11-17 2023-01-10 水吉能公司 用于电化学电池的流场板组
US10847813B2 (en) 2015-11-17 2020-11-24 Hydrogenics Corporation Flow fields for electrochemical cell
WO2020228131A1 (zh) * 2019-05-16 2020-11-19 张国胜 双极板及包含该双极板的燃料电池电堆和发电系统
US11289716B2 (en) 2019-05-16 2022-03-29 Guosheng Zhang Bipolar plate, fuel cell stack with bipolar plate and power generation system with bipolar plate
CN114503314A (zh) * 2019-07-16 2022-05-13 Ch创新公司 紧凑的燃料电池模块和组件
CN112864410A (zh) * 2019-11-27 2021-05-28 国家能源投资集团有限责任公司 一种燃料电池及燃料电池发电系统
CN112864410B (zh) * 2019-11-27 2022-04-01 国家能源投资集团有限责任公司 一种燃料电池及燃料电池发电系统
CN111029611A (zh) * 2019-12-09 2020-04-17 中国第一汽车股份有限公司 一种流场板及燃料电池
CN111121973A (zh) * 2019-12-27 2020-05-08 武汉理工大学 一种利用红外热成像准原位检测膜电极穿孔点的测试夹具
TWI772209B (zh) * 2021-10-22 2022-07-21 電合科技股份有限公司 燃料電池裝置
WO2023097957A1 (zh) * 2021-12-02 2023-06-08 上海治臻新能源股份有限公司 一种基于冲压成形氢燃料单电池的进出气结构

Also Published As

Publication number Publication date
EP1497881B1 (en) 2017-06-14
AU2003213924A1 (en) 2003-10-13
DK1497881T3 (en) 2017-09-18
JP2006508496A (ja) 2006-03-09
US20030186106A1 (en) 2003-10-02
WO2003083979A2 (en) 2003-10-09
CA2477467A1 (en) 2003-10-09
US20050064272A1 (en) 2005-03-24
CA2477467C (en) 2011-07-12
EP1497881A2 (en) 2005-01-19
ES2640047T3 (es) 2017-10-31
WO2003083979A3 (en) 2004-11-04
US6878477B2 (en) 2005-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1643718A (zh) 燃料电池流场板
US7413821B2 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell assembly with gas passages in serial communication, and method of supplying reaction gas in fuel cell
RU2269842C2 (ru) Блок топливных элементов на твердом полимерном электролите, батарея топливных элементов и способ подачи химически активного газа в топливный элемент
US7687165B2 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of operating cell assembly
US7867666B2 (en) Fuel cell with triangular buffers for reactant gas and coolant
KR100798451B1 (ko) 연료전지 분리판과 이를 구비한 연료전지 스택 및 그반응가스 제어방법
EP1726060B1 (en) Dual function, bipolar separator plates for fuel cells
JP2000231929A (ja) 燃料電池
US7935455B2 (en) Balanced hydrogen feed for a fuel cell
CN101142342A (zh) 流场板布置
CN114094134A (zh) 一种双极板以及燃料电池
US9748583B2 (en) Flow field plate for improved coolant flow
US8927170B2 (en) Flow field plate for reduced pressure drop in coolant
US20040265675A1 (en) Fuel Cell Flow Field Design
CN1194436C (zh) 一种改进型燃料电池
CN1866592A (zh) 适合常压或低压燃料电池的组合体式导流双极板
US7745062B2 (en) Fuel cell having coolant inlet and outlet buffers on a first and second side
CN1198352C (zh) 一种燃料电池
CN2796119Y (zh) 适合常压或低压燃料电池的组合体式导流双极板
US20060263663A1 (en) Temperature management of an end cell in a fuel cell stack
CN1508898A (zh) 一种可提高燃料电池运行稳定性的导流极板
EP4138163B1 (en) Internal coolant degassing for fuel cell stack
CN2796117Y (zh) 一种适合常压或低压运行的燃料电池氢气导流极板
CN2476106Y (zh) 一种改进型燃料电池
CN2588554Y (zh) 一种燃料电池的导流极板结构

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
AD01 Patent right deemed abandoned
C20 Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned