RU2231172C2 - Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита - Google Patents

Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита Download PDF

Info

Publication number
RU2231172C2
RU2231172C2 RU2001117203/09A RU2001117203A RU2231172C2 RU 2231172 C2 RU2231172 C2 RU 2231172C2 RU 2001117203/09 A RU2001117203/09 A RU 2001117203/09A RU 2001117203 A RU2001117203 A RU 2001117203A RU 2231172 C2 RU2231172 C2 RU 2231172C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sheet metal
polymer electrolyte
electrode film
battery
electrolyte membrane
Prior art date
Application number
RU2001117203/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2001117203A (ru
Inventor
Леонард Дж. МАРЬЯНОВСКИ (US)
Леонард Дж. МАРЬЯНОВСКИ
Original Assignee
Газ Текнолоджи Инститьют
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=22739718&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=RU2231172(C2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Газ Текнолоджи Инститьют filed Critical Газ Текнолоджи Инститьют
Publication of RU2001117203A publication Critical patent/RU2001117203A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2231172C2 publication Critical patent/RU2231172C2/ru

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
    • 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
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • 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
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H01M8/0254—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form corrugated or undulated
    • 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
    • H01M8/0267—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
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • 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
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • 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
    • 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
    • H01M8/2465—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
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • 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
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • H01M8/0208—Alloys
    • H01M8/021—Alloys based on iron
    • 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
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • 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)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

Изобретение относится к биполярной разделительной пластине для использования в топливных элементах. Техническим результатом изобретения является уменьшение габаритов батареи. Согласно изобретению разделительная пластина для батареи топливных элементов с мембраной из полимерного электролита состоит из, по меньшей мере, двух одинаково протяженных элементов из листового металла, форма которых обеспечивает распределение газообразных реагентов на электродах единичных топливных элементов батареи топливных элементов. Одинаково протяженные элементы из листового металла сложены вместе и образуют пространство для потока охладителя между ними. 2 c. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к биполярной разделительной пластине для использования в топливных элементах с мембраной из полимерного электролита (МПЭ). В частности, изобретение относится к охлаждаемой жидкостью биполярной разделительной пластине из листового металла для использования в топливных элементах с мембраной из полимерного электролита. Хотя концепция настоящего изобретения может быть применена к биполярным разделительным пластинам для разных конструкций топливных элементов, оно особенно пригодно для использования в батареях топливных элементов, в которых топливо и окислитель подаются в каждый единичный топливный элемент, входящий в состав батареи топливных элементов, по внутренним трубопроводам.
ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
В настоящее время существуют и/или находятся на стадии разработки системы топливных элементов, предназначенные для ряда применений, включая энергетику, автомобилестроение и другие области, в которых требуется исключить загрязнение окружающей среды. К ним относятся топливные элементы с расплавленным карбонатом, твердым оксидом, фосфорной кислотой, а также топливные элементы с мембраной из полимерного электролита.
Одним из условий успешной работы каждого из этих топливных элементов является контроль их температуры и удаление из топливного элемента продуктов, образующихся в результате электрохимических реакций.
Топливные элементы с мембраной из полимерного электролита обладают особыми преимуществами, потому что они способны обеспечивать потенциально высокую электрическую мощность, обладая при этом малым весом и объемом. Топливные элементы с мембраной из полимерного электролита хорошо известны. Каждый такой топливный элемент содержит "мембранно-электродный узел", представляющий собой тонкий, проводящий протоны полимерный электролит в виде мембраны, имеющей анодную электродную пленку, образованную на одной его поверхности, и катодную электродную пленку, образованную на его противоположной поверхности. Обычно такие электролиты в виде мембраны представляют собой ионообменные смолы, типично содержащие перфторполимер сульфокислоты, такой как "NAFION", выпускаемый компанией E.I.DuPont DeNemours & Со. Анодная и катодная пленка обычно содержат мелкие частицы углерода, очень мелкие каталитические частицы, лежащие на внутренних и внешних поверхностях углеродных частиц, и проводящий протоны материал, перемешанный с каталитическими и углеродными частицами или каталитическими частицами, диспергированными в политетрафторэтиленовом (ПТФЭ) связующем.
Мембранно-электродный узел каждого топливного элемента расположен между парой электропроводящих элементов, которые служат в качестве токоприемников для анода/катода и часто содержат сетку канавок на своих поверхностях для распределения газообразных реагентов топливных элементов на поверхностях соответствующего анода и катода.
Промышленно воспроизводимые батареи топливных элементов могут содержать до 600 отдельных топливных элементов (или единичных топливных элементов), каждый из которых имеет плоскую поверхность величиной до нескольких квадратных футов. В батарее топливных элементов последовательно соединено множество топливных элементов, причем анодный электрод одного единичного топливного элемента отделен от катодного электрода смежного единичного топливного элемента непроницаемой электропроводящей биполярной разделительной пластиной, которая обеспечивает распределение газообразного реагента на обеих его поверхностях и проводит электрический ток между анодом одного элемента и катодом другого элемента в данной батарее, и которая в большинстве случаев содержит в себе внутренние каналы, образованные внутренними теплообменными поверхностями, через которые протекает охладитель для отвода тепла от батареи. Такая биполярная разделительная пластина известна, например, из патента США № 5776624. В таких батареях топливных элементов топливо вводится между одной поверхностью разделительной пластины и анодной стороной электролита, а окислитель вводится между другой поверхностью разделительной пластины и катодной стороной второго электролита.
Батарея из 600 топливных элементов может иметь высоту до нескольких футов, что создает серьезные проблемы в смысле сохранения целостности элементов во время нагрева и работы батареи. В результате температурных градиентов между сборкой элементов, а также рабочих условий элементов, разных тепловых расширений и требуемой прочности материалов разных компонентов, существуют жесткие допуски и очень сложные инженерные проблемы. При этом очень важно контролировать температуру элементов, и если не обеспечивается минимальный температурный градиент, то невозможно поддерживать равномерную плотность тока, что приводит к ухудшению свойств элемента.
Кроме температурных факторов, целостность батареи топливных элементов также зависит от ее физических параметров. Чем больше батарея топливных элементов, тем труднее сохранять ее целостность и функционирование. Поэтому, помимо контроля температуры для получения заданной электрической мощности, которая зависит от количества единичных топливных элементов, содержащихся в батарее, желательно, чтобы габариты батареи топливных элементов, в частности, ее высота, были как можно меньше для заданной электрической мощности.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В основу настоящего технического решения положена задача создания батареи топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, имеющей компактную конструкцию, которая позволила бы увеличить число единичных топливных элементов на дюйм (2,54 см) высоты батареи для заданной электрической мощности по сравнению с известными батареями топливных элементов с мембраной из полимерного электролита.
Еще одна задача изобретения создать компактную водоохлаждаемую биполярную разделительную пластину для использования в батареях топливных элементов с мембраной из полимерного электролита.
Эти и другие задачи изобретения решаются в батарее топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, содержащей множество единичных топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, каждый из которых содержит мембранно-электродный узел, представляющий собой тонкий, проводящий протоны полимерный электролит в виде мембраны с анодной электродной пленкой на одной его поверхности и катодной электродной пленкой на его противоположной поверхности, анодный токоприемник на стороне анодной электродной пленки мембранно-электродного узла и катодный токоприемник на стороне катодной электродной пленки мембранно-электродного узла. Между стороной анодной электродной пленки мембранно-электродного узла одного единичного топливного элемента и стороной катодной электродной пленки мембранно-электродного узла смежного единичного топливного элемента расположена разделительная пластина, имеющая направляющие средства для распределения газообразных топлива и окислителя на анодном и катодном электродах, соответственно. Разделительная пластина выполнена из, по меньшей мере, двух одинаково протяженных элементов из листового металла, имеющих направляющие средства практически одинаковой формы, причем одинаково протяженные элементы из листового металла сложены друг с другом и образуют между собой пространство для потока охладителя.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения направляющие средства представляют собой множество гофров, выполненных в двух элементах из листового металла. В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения направляющие средства представляют собой множество углублений, выполненных в двух элементах из листового металла. Хотя два одинаково протяженных элемента из листового металла и сложены друг с другом, между ними поддерживается небольшое расстояние, образующее пространство для потока охладителя. Расстояние между сложенными друг с другом, одинаково протяженными элементами из листового металла, поддерживается с помощью разделительных средств, таких как множество выступов или выпуклостей, расположенных на поверхности по меньшей мере одного из одинаково протяженных элементов из листового металла, обращенной к другому из одинаково протяженных элементов из листового металла, или других средств для поддержания разделения одинаково протяженных элементов из листового металла, хотя при этом все же обеспечивается хорошая электропроводность между одинаково протяженными элементами из листового металла.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его воплощения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых
фиг.1 изображает общий вид в разобранном виде части батареи топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, включающей разделительные пластины согласно одному предпочтительному варианту изобретения,
фиг.2 изображает вид сверху разделительной пластины в соответствии с одним вариантом выполнения топливного элемента с мембраной из полимерного электролита;
фиг.3 изображает вид части разделительной пластины в сечении в направлении стрелок III-III на фиг.2,
фиг.4 изображает вид сверху обращенной к электроду стороны элемента из листового металла разделительной пластины в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения,
фиг.5 изображает вид сверху охлаждаемой жидкостью стороны элемента из листового металла разделительной пластины в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ
ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 изображена в разобранном виде часть батареи 10 топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, выполненная согласно одному варианту воплощения изобретения. Батарея 10 содержит множество единичных топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, каждый из которых содержит мембранно-электродный узел (МЭУ) 20, состоящий из тонкого, проводящего протоны полимерного электролита в виде мембраны, имеющего анодную электродную пленку (анод), сформированную на одной его поверхности, и катодную электродную пленку (катод), сформированную на его противоположной поверхности, причем мембранно-электродный узел 20 расположен между электропроводящими элементами 26, 27, которые служат в качестве токоприемников и газодиффузионных слоев для катода и анода. Разделительная пластина 40 разделяет смежные единичные топливные элементы с мембраной из полимерного электролита и расположена между анодной стороной одного топливного элемента с мембраной из полимерного электролита и катодной стороной смежного единичного топливного элемента с мембраной из полимерного электролита. Разделительная пластина 40 снабжена направляющими средствами для распределения газообразных топлива и окислителя по аноду и катоду, соответственно. Такие направляющие средства могут быть любой подходящей формы, однако согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения они представляют собой множество гофров 60, как показано на фиг.2, образующих каналы для распределения газообразных реагентов на электродах. Согласно другому варианту осуществления изобретения направляющие средства представляют собой множество углублений 61, также показанных на фиг.2. Как видно на фиг.2, разделительная пластина 40 может содержать несколько направляющих средств, например комбинацию гофров и углублений.
Согласно наиболее предпочтительному варианту воплощения изобретения, батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита представляет собой батарею, полностью обеспеченную внутренними трубопроводами, по которым газообразные реагенты подаются на электроды, а продукты реакции отводятся из зон реакции в батарее топливных элементов через внутренние трубопроводы, образованные выровненными отверстиями, находящимися внутри по меньшей мере разделительной пластины и мембран из полимерного электролита. Топливные элементы с внутренними трубопроводами известны из патентов США 4963442, 5077148, 5227256 и 5342706, упоминаемых здесь для сведения. Однако для специалистов будет очевидно, что для использования с разделительной пластиной этого изобретения пригодны и другие конфигурации топливных элементов, включая батареи топливных элементов с наружными трубопроводами.
Как показано на фиг.1, единичный топливный элемент батареи топливных элементов с мембраной из полимерного электролита согласно одному варианту воплощения изобретения содержит разделительные пластины 40, мембранно-электродный узел 20, содержащий тонкий, проводящий протоны полимерный электролит в виде мембраны, на одной поверхности которого сформирована анодная электродная пленка, а на противоположной поверхности сформирована катодная электродная пленка, анодный токоприемник 26 и катодный токоприемник 27. Разделительные пластины 40, мембранно-электродный узел 20 и токоприемники 26, 27 проходят до кромочной области элемента, и на обоих поверхностях разделительных пластин 40 между мембранно-электродным узлом 20 и/или токоприемниками 26, 27 образованы уплотнения вокруг всей периферии элемента в периферийных уплотнительных областях 43. Периферийные уплотнительные структуры 43 проходят вверх и вниз от общей плоскости разделительной пластины 40 для обеспечения контакта с периферией токоприемников 26, 27 и/или мембранно-электродного узла 20. Через каждый элемент из числа разделительных пластин 40, мембранно-электродного узла 20 и токоприемников 26, 27 проходят соответствующие отверстия 24 топливных трубопроводов, по одному для подачи и отвода топлива, и отверстия 25 трубопроводов окислителя, по одному для подачи и отвода окислителя. Несмотря на то, что отверстия трубопроводов, показанные на фиг.1, имеют предпочтительно треугольную форму, которая позволяет легко формировать прямолинейные уплотнительные области трубопроводов в тонких листах, тем не менее трубопроводные отверстия могут быть круглой, прямоугольной или любой другой требуемой формы. Трубопроводные отверстия на фиг.1 выполнены как единые отверстия, но в них можно также, при желании, использовать перегородки, чтобы направить поток газа через камеры реагентов в элементах. Уплотнительные области 45 топливного трубопровода и уплотнительные области 46 трубопровода окислителя проходят как вверх, так и вниз от общей плоскости разделительной пластины 40, чтобы обеспечить контакт с токоприемниками 26, 27 и/или мембранно-электродным узлом 20 для образования уплотнений между мембранно-электродным узлом и смежными токоприемниками 26, 27.
Отверстия 25 трубопроводов окислителя уплотнены уплотнениями 46, которые обеспечивают поток окислителя только в катодную камеру и из нее у верхней поверхности разделительной пластины 40 через отверстия 48 для подачи окислителя и отверстия 48' для отвода окислителя и предотвращают поток газа в анодную камеру и из нее, а отверстия 24 топливного трубопровода уплотнены уплотнениями 45, что обеспечивает поток топлива только в анодную камеру и из нее у нижней поверхности разделительной пластины 40 через отверстия 47 для подвода топлива и отверстия 47 для отвода топлива и предотвращают поток газа в катодную камеру и из нее. Хотя уплотнения 45, 46 трубопроводов показаны в виде прямолинейных штампованных структур из листового металла, они могут быть любой требуемой формы или конфигурации, способной предотвратить поток газа. Уплотнения 45, 46 трубопроводов образуют двойное уплотнение между отверстием 24 топливного трубопровода и отверстием 25 трубопровода окислителя.
Как уже отмечалось выше, основная проблема, которую необходимо решить при эксплуатации батареи топливных элементов, - это контролирование температур, обусловленных электрохимическими реакциями топливного и окислительного реагентов в единичных топливных элементах, образующих данную батарею. Эту задачу решает предложенная разделительная пластина 40, содержащая по меньшей мере, два одинаково протяженных элемента 30, 31 из листового металла, показанных на фиг.1 и 3, имеющих направляющие средства по существу одинаковой формы, например, гофры 60а и 60b, причем упомянутые по меньшей мере два одинаково протяженных элемента 30 и 31 сложены друг с другом и образуют пространство 32 для потока охладителя между ними. Пространство 32 для потока охладителя образуется за счет того, что по меньшей мере два одинаково протяженных элемента 30, 31 удерживаются на расстоянии друг от друга. Такое расстояние обеспечивается в соответствии с одним особенно предпочтительным вариантом изобретения за счет наличия множества выступов или выпуклостей 33 на поверхности элемента из листового металла, обращенной к поверхности по меньшей мере одного из по меньшей мере двух элементов 30, 31. Специалистам будет понятно, что такие выступы или выпуклости 33 можно предусмотреть на поверхности, обращенной к элементу из листового металла, обоих одинаково протяженных, сложенных друг с другом элементов 30, 31. Кроме того, ясно, что в этих точках может быть целесообразным применить сварку или пайку для улучшения электропроводности. Также понятно, что в батарее топливных элементов согласно изобретению можно также использовать разделительную пластину 40, состоящую из более чем двух одинаково протяженных, сложенных друг с другом элементов из листового металла, с обеспечением пространства для потока охладителя между каждым из отдельных элементов из листового металла.
Для подвода охладителя в пространство 32 для потока охладителя разделительная пластина 40, мембранно-электродный узел 20 и токоприемники 26, 27 снабжены отверстиями 50, 50' для подвода и отвода охлаждающей жидкости. Уплотнительные области 51 трубопровода охлаждающей жидкости проходят на обе поверхности от общей плоскости разделительной пластины 40, чтобы обеспечить контакт для образования уплотнений между разделительной пластиной 40 и мембранно-электродным узлом 20 и/или токоприемниками 26, 27 и образовать трубопровод охлаждающей жидкости. Отверстия 50, 50' трубопровода охлаждающей жидкости имеют одинаковый диаметр в каждом из элементов, чтобы позволить плоской поверхности уплотнительных областей 51 трубопровода охлаждающей жидкости усилить контакт между мембранно-электродным узлом 20 и анодным токоприемником 26 на одной стороне и между мембранно-электродным узлом 20 и катодным токоприемником 27 на другой стороне и образовать уплотнение, окружающее трубопровод охлаждающей жидкости. Боковые стенки выступающих уплотнительных областей 51 трубопровода охлаждающей жидкости выполнены сплошными в разделительных пластинах 40 и поэтому исключают поступление охлаждающей жидкости в анодную или катодную камеру. Отверстия 53 для охлаждающей жидкости в боковых стенках выступающих уплотнительных областей 51 трубопровода охлаждающей жидкости обеспечивают сообщение между отверстиями 50, 50' трубопровода охлаждающей жидкости и пространством 32 для потока охладителя.
Другая задача изобретения заключается в создании батареи топливных элементов, имеющей более высокую плотность мощности, чем известные батареи топливных элементов. Складывание элементов из листового металла, составляющих биполярную разделительную пластину согласно изобретению, друг с другом позволяет создать батарею топливных элементов, состоящую из 15-30 единичных топливных элементов на дюйм батареи. Это значит, что предложенная батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита высотой один фут (0,3048 м) может содержать до 360 единичных топливных элементов. Если каждый единичный топливный элемент имеет площадь около одного квадратного фута (0,093м2), то обеспечивается плотность мощности величиной 86400 Вт на фут3 (0,028 м3) или 3050 Вт на литр (360 единичных топливных элементов × 400 А на фут2 × 0,6 В/элемент).
Как отмечалось выше, разделительная пластина 40 содержит, по меньшей мере, два одинаково протяженных элемента 30, 31 из листового металла, которые сложены вместе и образуют пространство 32 для потока охладителя между ними. Расстояние между одинаково протяженными элементами 30, 31 должно обеспечивать минимально возможный дифференциал давления охлаждающей жидкости в пространстве 32. Согласно предпочтительному варианту изобретения расстояние между одинаково протяженными элементами 30, 31 из листового металла составляет около 0,002-0,010 дюймов (0,005-0,025 см). Одинаково протяженные элементы 30, 31 из листового металла предпочтительно выполнены из никеля, нержавеющей стали, высоколегированной стали, титана и/или металлов с антикоррозионным покрытием и имеют толщину от около 0,002 до около 0,004 дюйма (0,005-0,010 см). Учитывая тонкость элементов 30, 31 из листового металла, выступы или выпуклости 33, удерживающие элементы 30 из листового металла на расстоянии друг от друга, предпочтительно выполняют тисненными в элементах 30, 31. Однако специалистам будет понятно, что можно также использовать и другие средства для поддержания расстояния между элементами 30, 31 из листового металла, включая сварку сопротивлением, по меньшей мере, некоторых выступов или выпуклостей. Сварка сопротивлением по меньшей мере некоторых выступов, помимо того, что она позволяет сохранять дистанцию между элементами 30, 31, также обеспечивает низкое контактное сопротивление между элементами 30, 31, что в свою очередь препятствует возникновению высокого электрического сопротивления на разделительной пластине 40.
На фиг.4 показан вид сверху одного варианта обращенной к электроду поверхности элемента 70 из листового металла предложенной разделительной пластины. Центральная часть элемента 70 из листового металла является активной областью и содержит направляющее средство в форме гофров 60 для распределения газообразных реагентов на одном из электродов мембранно-электродного узла, причем направляющие средства типично формируют в элементе 70 методом штамповки. Области элемента 70 из листового металла, окружающие активную область и обеспечивающие уплотнение между элементами 70 из листового металла, образующими разделительную пластину согласно изобретению, и между разделительной пластиной и смежными элементами батареи, обычно плоские. Чтобы способствовать распределению газообразных реагентов на электродах, часть плоских областей, соответствующая в основном секции с углублениями разделительной пластины, показанной на фиг.2, снабжена средствами для направления газообразных реагентов, которые распределяют газообразные реагенты по активной области разделительной пластины. В отличие от углублений 61, показанных на фиг.2, которые обычно формируют методом штамповки элемента из листового металла, направляющие средства, показанные на фиг.4, которые также имеют форму углублений 61а, образованы на плоской части элемента 70 из листового металла известным методом трафаретной печати. Специалистам также будет понятно, что в рамках объема данного изобретения можно использовать и другие формы направляющих средств, полученных методом трафаретной печати, например, направляющие средства в виде реек.
На фиг.5 представлен вид сверху обращенной к охлаждающей жидкости стороны элемента 70 из листового металла, которая содержит гофрированные и плоские секции на обращенной к электроду стороне элемента 70. Как показано на фиг.4 и 5, плоские части элемента 70 из листового металла содержат периферию элемента 70, а также окружают отверстия 24, 25 газовых трубопроводов и отверстия 50, 50' трубопровода охлаждающей жидкости. Как показано на фиг.3, уплотнение между элементами 30, 31 из листового металла обеспечивается прокладочным материалом 34, который проходит вокруг периферии разделительной пластины, а также вокруг канальных отверстий, образованных элементами 30, 31 из листового металла. Прокладочный материал 34 может быть любым уплотняющим материалом, пригодным для выполнения этой функции. Согласно одному предпочтительному варианту изобретения прокладка образована методом трафаретной печати непосредственно на плоских частях элемента 70 из листового металла.
Для распределения охлаждающей жидкости, поступающей в пространство 32 для охлаждающей жидкости через отверстие 50, плоские части элемента 70 из листового металла на обращенной к охлаждающей жидкости стороне снабжены средствами направления охлаждающей жидкости, которые также сформированы на ней методом трафаретной печати. Эти средства направления охлаждающей жидкости предпочтительно имеют форму углублений или реек 66. Помимо распределения охлаждающей жидкости, средства направления охлаждающей жидкости, а также прокладка 34 могут использоваться для сохранения дистанции между элементами из листового металла.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано со ссылкой на его некоторые предпочтительные варианты и в целях иллюстрации были описаны многие детали, специалистам будет понятно, что возможны и другие варианты изобретения и что некоторые описанные детали могут быть значительно изменены, не выходя за рамки основных принципов изобретения.

Claims (19)

1. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, содержащая множество единичных топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, причем каждый единичный топливный элемент содержит мембранно-электродный узел, представляющий собой проводящий протоны полимерный электролит в виде мембраны с анодной электродной пленкой на одной поверхности и катодной электродной пленкой на противоположной поверхности, анодный токоприемник на стороне анодной электродной пленки мембранно-электродного узла и катодный токоприемник на стороне катодной электродной пленки мембранно-электродного узла, и разделительную пластину, расположенную между стороной анодной электродной пленки мембранно-электродного узла одного единичного топливного элемента и стороной катодной электродной пленки мембранно-электродного узла смежного единичного топливного элемента, имеющую направляющие средства для распределения газообразных топлива и окислителя на сторонах анодной и катодной электродных пленок соответственно, отличающаяся тем, что разделительная пластина выполнена из по меньшей мере двух одинаково протяженных элементов из листового металла, имеющих, по существу, согласующиеся формы, причем упомянутые по меньшей мере два одинаково протяженных элемента из листового металла разделены, по существу, одинаковым расстоянием по всей их поверхности и образуют между собой пространство для потока охладителя.
2. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.1, отличающаяся тем, что направляющие средства представляют собой множество гофров, сформированных в упомянутых по меньшей мере двух элементах из листового металла.
3. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.1, отличающаяся тем, что направляющие средства заключают в себе множество углублений, сформированных в упомянутых по меньшей мере двух элементах из листового металла.
4. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые по меньшей мере два одинаково протяженных, сложенных вместе элемента из листового металла удерживаются на расстоянии друг от друга с помощью множества выпуклостей, вытисненных на обращенной к элементу из листового металла поверхности по меньшей мере одного из по меньшей мере двух одинаково протяженных, сложенных вместе элементов из листового металла.
5. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.1, отличающаяся тем, что содержит от около 15 до 30 единичных топливных элементов с мембраной из полимерного электролита на дюйм (2,54 см) высоты батареи топливных элементов.
6. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.1, отличающаяся тем, что расстояние между упомянутыми по меньшей мере двумя элементами из листового металла составляет от около 0,002 до около 0,010 дюйма (0,005-0,025 см).
7. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые по меньшей мере два элемента из листового металла выполнены из материала, выбранного из группы, состоящей из никеля, нержавеющей стали, высоколегированной стали, титана и металлов с антикоррозионным покрытием.
8. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит множество внутренних трубопроводов для подвода газообразных топлива и окислителя к каждому из топливных элементов с мембраной из полимерного электролита и для отвода от них отработавших газов.
9. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.2, отличающаяся тем, что упомянутые по меньшей мере два одинаково протяженных, сложенных вместе элемента из листового металла удерживаются на расстоянии друг от друга с помощью множества выпуклостей, вытисненных на множестве вершин гофров на обращенной к элементу из листового металла поверхности по меньшей мере одного из упомянутых по меньшей мере двух одинаково протяженных, сложенных вместе элементов из листового металла.
10. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые по меньшей мере два одинаково протяженных, сложенных вместе элемента из листового металла удерживаются на расстоянии друг от друга с помощью прокладочного материала, расположенного вокруг периферии одинаково протяженных, сложенных вместе элементов из листового металла между упомянутыми одинаково протяженными, сложенными вместе элементами из листового металла.
11. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.1, отличающаяся тем, что разделительная пластина содержит расположенную в центре активную область, а одинаково протяженные элементы из листового металла, содержащие данную разделительную пластину, являются, по существу, плоскими вокруг расположенной в центре активной области.
12. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.11, отличающаяся тем, что плоские части одинаково протяженных элементов из листового металла содержат направляющие средства для распределения газообразных топлива и окислителя в расположенной в центре активной области в сторону анодной электродной пленки и в сторону катодной электродной пленки соответственно, причем направляющие средства содержат, по меньшей мере одно, рейки или углубления, сформированные методом трафаретной печати на плоских частях.
13. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.11, отличающаяся тем, что плоские части одинаково протяженных элементов из листового металла содержат направляющие средства для охлаждающей жидкости на обращенных друг к другу поверхностях одинаково протяженных элементов из листового металла.
14. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.13, отличающаяся тем, что направляющие средства для охлаждающей жидкости представляют собой одно, рейки или углубления, сформированные методом трафаретной печати на плоских частях.
15. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, содержащая множество единичных топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, причем каждый единичный топливный элемент содержит мембранно-электродный узел с анодной электродной пленкой на одной поверхности и катодной электродной пленкой на противоположной поверхности, анодный токоприемник на стороне анодной электродной пленки мембранно-электродного узла и катодный токоприемник на стороне катодной электродной пленки мембранно-электродного узла, и разделительную пластину, расположенную между стороной анодной электродной пленки мембранно-электродного узла одного единичного топливного элемента и стороной катодной электродной пленки мембранно-электродного узла смежного единичного топливного элемента, имеющую направляющие средства для распределения газообразных топлива и окислителя на сторонах анодной и катодной электродных пленок и образующую анодную камеру между обращенной к анодной электродной пленке поверхностью разделительной пластины и анодной электродной пленкой и катодную камеру между обращенной к противоположной катодной электродной пленке поверхностью разделительной пластины и катодной электродной пленкой смежного единичного топливного элемента, причем анодная камера сообщается по потоку газа с подводом и выпуском газообразного топлива, а катодная камера сообщается по потоку газа с подводом и выпуском газообразного окислителя, отличающаяся тем, что разделительная пластина выполнена из по меньшей мере двух одинаково протяженных элементов из листового металла, имеющих направляющие средства, по существу, одинаковой формы, причем упомянутые одинаково протяженные элементы из листового металла сложены вместе и образуют между собой пространство для потока охладителя, разделительные пластины имеют плоскую периферийную уплотнительную структуру, проходящую до контакта с одним из мембранно-электродных узлов и токоприемников на каждой поверхности разделительных пластин полностью вокруг анодной камеры и катодной камеры соответственно, образуя периферийное уплотнение в рабочих условиях элемента, каждый элемент из числа мембранно-электродных узлов и разделительных пластин имеет множество выровненных отверстий, причем отверстия в разделительных пластинах окружены на обращенной к анодной электродной пленке поверхности и на обращенной к катодной электродной пленке поверхности плоской уплотнительной структурой трубопроводов, проходящей до контакта с одним из мембранно-электродных узлов и токоприемников на сторонах разделительных пластин, обращенных к анодной электродной пленке и обращенных к катодной электродной пленке, образующей уплотнение трубопроводов в рабочих условиях элемента с образованием множества трубопроводов для газообразных топлива и окислителя, проходящих через батарею элементов, топливные трубы, проходящие через плоскую уплотнительную структуру трубопроводов, обеспечивают сообщение по потоку газообразного топлива между трубопроводами газообразного топлива и анодными камерами на обращенной к анодной электродной пленке стороне разделительных пластин, обеспечивая тем самым полностью внутренний подвод и отвод топлива по трубопроводам для каждого единичного топливного элемента в батарее топливных элементов, и трубы окислителя, проходящие через плоскую уплотнительную структуру трубопроводов обеспечивают сообщение по потоку газообразного окислителя между трубопроводами газообразного окислителя и катодными камерами на обращенной к катодной электродной пленке стороне разделительных пластин, обеспечивая тем самым полностью внутренний подвод и отвод окислителя по трубопроводам для каждого единичного топливного элемента в батарее топливных элементов.
16. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.15, отличающаяся тем, что разделительные пластины и мембранно-электродные узлы образуют множество выровненных отверстий для охлаждающей жидкости, причем отверстия в разделительных пластинах окружены на поверхности, обращенной к анодной электродной пленке, и стороне, обращенной к катодной электродной пленке, плоской уплотнительной структурой трубопроводов охлаждающей жидкости, проходящей до контакта с одним из мембранно-электродных узлов и токоприемников на сторонах разделительных пластин, обращенных к анодной электродной пленке и обращенных к катодной электродной пленке, образуя уплотнение трубопровода охлаждающей жидкости в рабочих условиях элемента с образованием множества трубопроводов охлаждающей жидкости, проходящих через батарею элементов.
17. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.15, отличающаяся тем, что упомянутые по меньшей мере два одинаково протяженных, сложенных вместе элемента из листового металла удерживаются на расстоянии друг от друга с помощью множества выпуклостей, вытисненных на обращенной к элементу из листового металла поверхности по меньшей мере одного из по меньшей мере двух одинаково протяженных, сложенных вместе элементов из листового металла.
18. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.15, отличающаяся тем, что расстояние между упомянутыми по меньшей мере двумя элементами из листового металла составляет от около 0,002 до около 0,010 дюйма (0,005-0,025 см).
19. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.15, отличающаяся тем, что упомянутые по меньшей мере два элемента из листового металла выполнены из материала, выбранного из группы, состоящей из никеля, нержавеющей стали, высоколегированной стали, титана и металлов с антикоррозионным покрытием.
RU2001117203/09A 1998-11-25 1999-11-17 Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита RU2231172C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/199,958 1998-11-25
US09/199,958 US6261710B1 (en) 1998-11-25 1998-11-25 Sheet metal bipolar plate design for polymer electrolyte membrane fuel cells

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001117203A RU2001117203A (ru) 2003-06-27
RU2231172C2 true RU2231172C2 (ru) 2004-06-20

Family

ID=22739718

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001117203/09A RU2231172C2 (ru) 1998-11-25 1999-11-17 Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита

Country Status (18)

Country Link
US (1) US6261710B1 (ru)
EP (1) EP1135821B1 (ru)
JP (1) JP2002530836A (ru)
KR (1) KR20010089507A (ru)
CN (1) CN1181584C (ru)
AT (1) ATE242919T1 (ru)
AU (1) AU754899B2 (ru)
CA (1) CA2350783A1 (ru)
DE (1) DE69908811T2 (ru)
ID (1) ID29925A (ru)
MY (1) MY129563A (ru)
NO (1) NO20012537L (ru)
NZ (1) NZ512475A (ru)
PL (1) PL347769A1 (ru)
RU (1) RU2231172C2 (ru)
TW (1) TW466792B (ru)
WO (1) WO2000031815A1 (ru)
ZA (1) ZA200103534B (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2516009C2 (ru) * 2009-04-30 2014-05-20 Фди Энерджи, Инк. Компоновка топливного элемента, производимого в промышленном маштабе, и способ его изготовления
RU2626463C1 (ru) * 2016-08-16 2017-07-28 Общество с ограниченной ответственностью "Завод электрохимических преобразователей" (ООО "ЗЭП") Биполярная пластина топливного элемента круглой формы
RU2643736C2 (ru) * 2014-01-22 2018-02-05 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Титановый материал или материал из титанового сплава, имеющий поверхностную электропроводность, а также использующие его сепаратор топливной ячейки и топливная ячейка

Families Citing this family (107)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6777126B1 (en) * 1999-11-16 2004-08-17 Gencell Corporation Fuel cell bipolar separator plate and current collector assembly and method of manufacture
AU2291201A (en) * 1999-12-22 2001-07-03 Proton Energy Systems, Inc. Electrochemical cell design using a bipolar plate
DE10015360B4 (de) * 2000-03-28 2006-11-23 Ballard Power Systems Inc., Burnaby Separatoreinheit für Elektrolysezellen und Brennstoffzellen
WO2002015302A2 (en) 2000-08-14 2002-02-21 World Properties Inc. Thermosetting composition for electrochemical cell components and methods of making thereof
AU2001293536A1 (en) * 2000-09-14 2002-03-26 H. Power Enterprises Of Canada Inc. Bipolar separator plate assembly for a fuel cell
JP3541172B2 (ja) * 2000-10-04 2004-07-07 本田技研工業株式会社 燃料電池およびそのセパレータ
WO2002080295A2 (en) * 2001-01-19 2002-10-10 World Properties Inc. Apparatus and method for electrochemical cell components
US7138203B2 (en) * 2001-01-19 2006-11-21 World Properties, Inc. Apparatus and method of manufacture of electrochemical cell components
US6623882B2 (en) * 2001-04-16 2003-09-23 Asia Pacific Fuel Cell Technologies, Ltd. Bipolar plate for a fuel cell
JP4151314B2 (ja) * 2001-06-18 2008-09-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP4812990B2 (ja) * 2001-09-19 2011-11-09 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP3830805B2 (ja) * 2001-11-07 2006-10-11 本田技研工業株式会社 燃料電池
US6703155B2 (en) 2001-11-13 2004-03-09 Avista Laboratories, Inc. Power tap device, fuel cell stack, and method of dividing a fuel cell stack
US20030118888A1 (en) * 2001-12-05 2003-06-26 Gencell Corporation Polymer coated metallic bipolar separator plate and method of assembly
JP3700642B2 (ja) * 2001-12-11 2005-09-28 日産自動車株式会社 燃料電池
US6620538B2 (en) 2002-01-23 2003-09-16 Avista Laboratories, Inc. Method and apparatus for monitoring equivalent series resistance and for shunting a fuel cell
EP1333514B1 (de) * 2002-01-31 2009-07-01 SFC Smart Fuel Cell AG Dichtrahmen für Brennstoffzellenstacks
US6998188B2 (en) * 2002-02-19 2006-02-14 Petillo Phillip J Fuel cell components
JP3913573B2 (ja) * 2002-02-26 2007-05-09 本田技研工業株式会社 燃料電池
US6924052B2 (en) * 2002-04-24 2005-08-02 General Motors Corporation Coolant flow field design for fuel cell stacks
JP4663967B2 (ja) * 2002-05-21 2011-04-06 本田技研工業株式会社 燃料電池
US20040028972A1 (en) * 2002-08-12 2004-02-12 General Electric Company Method and apparatus for fuel cell thermal management
GB2386467B (en) * 2002-08-27 2004-02-18 Morgan Crucible Co Bipolar plates
EP1557894B1 (en) 2002-10-28 2015-03-11 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell
WO2004038840A1 (ja) * 2002-10-28 2004-05-06 Honda Motor Co., Ltd. 燃料電池
US6772617B1 (en) 2003-01-24 2004-08-10 Gencell Corporation Method and apparatus for in-situ leveling of progressively formed sheet metal
JP3972832B2 (ja) * 2003-02-10 2007-09-05 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
DE10307278B4 (de) * 2003-02-20 2008-03-27 Staxera Gmbh Brennstoffzellenstapel
US20090280392A2 (en) * 2003-03-25 2009-11-12 E. I. Du Pont De Nemours And Company Electrochemical cell component
US20090280374A2 (en) * 2003-03-25 2009-11-12 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for sealing plates in a fuel cell
US7459227B2 (en) * 2003-04-18 2008-12-02 General Motors Corporation Stamped fuel cell bipolar plate
US6905793B2 (en) * 2003-05-05 2005-06-14 Gas Technology Institute Folded metal bipolar sheets for fuel cells
DE10323882A1 (de) 2003-05-26 2004-12-23 Siemens Ag Brennstoffzelle und Heizeinrichtung einer Brennstoffzelle
JP2004362991A (ja) * 2003-06-05 2004-12-24 Honda Motor Co Ltd 燃料電池
US20040247927A1 (en) * 2003-06-06 2004-12-09 Kurz Douglas L. Method of producing seamless, multi-layer, bonded, metallic, laminate strips or coils of arbitrarily long length
FR2857162B1 (fr) * 2003-07-01 2014-04-11 Commissariat Energie Atomique Pile a combustible comportant des collecteurs de courant integres a l'empilement electrode-membrane-electrode.
JP4384485B2 (ja) * 2003-07-09 2009-12-16 本田技研工業株式会社 燃料電池
KR100524819B1 (ko) * 2003-07-14 2005-10-31 학교법인 서강대학교 고온용 양성자 전도성 고분자막과 이의 제조방법 및 이를이용한 막-전극 어셈블리와 이를 포함하는 연료전지
US20050017055A1 (en) * 2003-07-24 2005-01-27 Kurz Douglas L. Electrochemical fuel cell component materials and methods of bonding electrochemical fuel cell components
US6974648B2 (en) * 2003-09-12 2005-12-13 General Motors Corporation Nested bipolar plate for fuel cell and method
US20050064270A1 (en) * 2003-09-24 2005-03-24 Marianowski Leonard G. Fuel cell bipolar separator plate
JP4803957B2 (ja) * 2003-09-29 2011-10-26 本田技研工業株式会社 内部マニホールド型燃料電池
CN1692515A (zh) * 2003-12-12 2005-11-02 Lg电子株式会社 燃料电池的双极板
WO2005057708A1 (en) * 2003-12-12 2005-06-23 Lg Electronics Inc. Bipolar plate of fuel cell and fabrication method thereof
JP4081433B2 (ja) * 2003-12-25 2008-04-23 本田技研工業株式会社 燃料電池
US7781122B2 (en) * 2004-01-09 2010-08-24 Gm Global Technology Operations, Inc. Bipolar plate with cross-linked channels
US8486575B2 (en) * 2004-02-05 2013-07-16 GM Global Technology Operations LLC Passive hydrogen vent for a fuel cell
JP4268536B2 (ja) * 2004-02-19 2009-05-27 本田技研工業株式会社 燃料電池
US20050249998A1 (en) * 2004-05-07 2005-11-10 Constantinos Minas Fuel cell with pre-shaped current collectors
JP2005327670A (ja) * 2004-05-17 2005-11-24 Toyota Motor Corp 燃料電池用セパレータ
KR100599776B1 (ko) * 2004-05-25 2006-07-13 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템 및 그 스택
TWI244798B (en) * 2004-09-01 2005-12-01 Nan Ya Printed Circuit Board C Method of improving contact between bipolar plate and mea of flat panel fuel cell
US7402358B2 (en) * 2004-09-30 2008-07-22 Proton Energy Systems, Inc. Electrochemical cell bipolar plate
US7491463B2 (en) * 2004-11-11 2009-02-17 Proton Energy Systems, Inc. Electrochemical cell bipolar plate with sealing feature
US7452623B2 (en) * 2004-11-11 2008-11-18 Proton Energy Systems, Inc. Electrochemical cell bipolar plate with sealing feature
US20080014486A1 (en) * 2004-11-24 2008-01-17 Shigeyuki Unoki Fuel Cell
US7291414B2 (en) * 2004-12-10 2007-11-06 General Motors Corporation Reactant feed for nested stamped plates for a compact fuel cell
US7348094B2 (en) * 2004-12-10 2008-03-25 Gm Global Technology Operations, Inc. Enhanced flowfield plates
US20060127710A1 (en) * 2004-12-15 2006-06-15 Juergen Schulte System and method for bypassing failed stacks in a multiple stack fuel cell
DE102005031081A1 (de) * 2005-06-27 2006-12-28 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Bipolarplatte, Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte und Brennstoffzellenblock-Anordnung
FR2887689B1 (fr) * 2005-06-28 2007-09-21 Peugeot Citroen Automobiles Sa Plaque bipolaire pour pile a combustible comprenant un canal de liaison
US7368200B2 (en) 2005-12-30 2008-05-06 Tekion, Inc. Composite polymer electrolyte membranes and electrode assemblies for reducing fuel crossover in direct liquid feed fuel cells
GB0601813D0 (en) * 2006-01-30 2006-03-08 Ceres Power Ltd Fuel cell
KR100806102B1 (ko) * 2006-06-02 2008-02-21 엘지전자 주식회사 연료전지의 바이폴라 플레이트
EP2573851B1 (en) * 2006-10-16 2016-09-28 Hyundai Steel Company Metal separator for fuel cell and fuel cell stack having the same
US20080199739A1 (en) * 2007-02-20 2008-08-21 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Electrochemical cell stack and a method of forming a bipolar interconnect for an electrochemical cell stack
JP5216240B2 (ja) * 2007-05-24 2013-06-19 本田技研工業株式会社 燃料電池
US8394547B2 (en) * 2007-09-07 2013-03-12 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell bipolar plate exit for improved flow distribution and freeze compatibility
US8227145B2 (en) 2008-03-18 2012-07-24 GM Global Technology Operations LLC Interlockable bead seal
JP2009252470A (ja) * 2008-04-04 2009-10-29 Hitachi Ltd セパレータ及びそれを用いた固体高分子形燃料電池
JP4810624B2 (ja) * 2009-04-22 2011-11-09 パナソニック株式会社 燃料電池スタック及びそれを備える燃料電池コージェネレーションシステム
JP4901913B2 (ja) * 2009-06-05 2012-03-21 本田技研工業株式会社 燃料電池
DE102009036039B4 (de) * 2009-08-03 2014-04-17 Reinz-Dichtungs-Gmbh Bipolarplatte sowie Verfahren zu deren Herstellung
US8968904B2 (en) 2010-04-05 2015-03-03 GM Global Technology Operations LLC Secondary battery module
JP5786419B2 (ja) * 2011-04-05 2015-09-30 日産自動車株式会社 燃料電池セル
DE102012206459A1 (de) * 2012-04-19 2013-10-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Brennstoffzellen-Stack, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
US20140057194A1 (en) * 2012-08-24 2014-02-27 Ford Global Technologies, Llc Proton exchange membrane fuel cell with stepped channel bipolar plate
US9786928B2 (en) 2012-08-24 2017-10-10 Ford Global Technologies, Llc Proton exchange membrane fuel cell with stepped channel bipolar plate
US10122025B2 (en) 2012-08-24 2018-11-06 Ford Global Technologies, Llc Proton exchange membrane fuel cell with stepped channel bipolar plate
RU2516245C1 (ru) * 2012-11-29 2014-05-20 Открытое акционерное общество "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ" Биполярная пластина топливного элемента круглой формы
GB2509319A (en) 2012-12-27 2014-07-02 Intelligent Energy Ltd Fluid flow plate for a fuel cell
GB2509320A (en) * 2012-12-27 2014-07-02 Intelligent Energy Ltd Flow plate for a fuel cell
GB2509318A (en) * 2012-12-27 2014-07-02 Intelligent Energy Ltd Flow plate for a fuel cell
GB2509317A (en) * 2012-12-27 2014-07-02 Intelligent Energy Ltd Fluid flow plate for a fuel cell
US10522850B2 (en) * 2014-09-30 2019-12-31 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Three-dimensionally printed bipolar plate for a proton exchange membrane fuel cell
CN104868129A (zh) * 2015-05-26 2015-08-26 昆山弗尔赛能源有限公司 一种质子交换膜燃料电池用金属双极板
CA3014553C (en) * 2016-02-15 2019-02-19 Nissan Motor Co., Ltd. Single cell structure for fuel cell
US10211477B2 (en) 2016-08-10 2019-02-19 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell stack assembly
WO2018108546A2 (de) * 2016-12-12 2018-06-21 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur herstellung einer bipolarplatte, bipolarplatte für eine brennstoffzelle und brennstoffzelle
TWI624989B (zh) 2016-12-14 2018-05-21 財團法人工業技術研究院 雙極板、燃料電池及燃料電池組
US20180248203A1 (en) * 2017-02-28 2018-08-30 GM Global Technology Operations LLC System and method for manufacturing channels in a bipolar plate
GB2565370B (en) * 2017-08-11 2020-10-07 Intelligent Energy Ltd Fuel cell units having angled offset flow channels
US10964956B2 (en) * 2018-06-06 2021-03-30 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell stack assembly
US11424469B2 (en) 2018-11-30 2022-08-23 ExxonMobil Technology and Engineering Company Elevated pressure operation of molten carbonate fuel cells with enhanced CO2 utilization
JP7258144B2 (ja) 2018-11-30 2023-04-14 フュエルセル エナジー， インコーポレイテッド Ｃｏ２利用率を向上させて動作させる燃料電池のための改質触媒パターン
US11695122B2 (en) 2018-11-30 2023-07-04 ExxonMobil Technology and Engineering Company Layered cathode for molten carbonate fuel cell
KR20210107700A (ko) 2018-11-30 2021-09-01 퓨얼 셀 에너지, 인크 심층 co2 포획을 위한 용융 탄산염 연료전지들의 재생성
WO2020112812A1 (en) 2018-11-30 2020-06-04 Exxonmobil Research And Engineering Company Operation of molten carbonate fuel cells with enhanced co 2 utilization
KR102610184B1 (ko) 2018-11-30 2023-12-04 퓨얼셀 에너지, 인크 용융 탄산염 연료 전지를 위한 연료 전지 스테이징
AU2019476660B2 (en) 2019-11-26 2023-09-14 ExxonMobil Technology and Engineering Company Operation of molten carbonate fuel cells with high electrolyte fill level
US20210159523A1 (en) * 2019-11-26 2021-05-27 Exxonmobil Research And Engineering Company Fuel cell assembly with external manifold for parallel flow
AU2019476338B2 (en) 2019-11-26 2024-04-04 ExxonMobil Technology and Engineering Company Fuel cell module assembly and systems using same
RU2723294C1 (ru) * 2019-12-30 2020-06-09 Акционерное общество "Группа компаний ИнЭнерджи" (АО "ГК ИнЭнерджи") Биполярная пластина для стеков топливных элементов
FR3118320B1 (fr) * 2020-12-21 2023-10-27 Commissariat Energie Atomique Procédé de fabrication d’un guide d’écoulement à canal structuré pour réacteur électrochimique
CN112615021B (zh) * 2020-12-24 2022-07-12 海卓动力(青岛)能源科技有限公司 一种对称式燃料电池双极板
US11978931B2 (en) 2021-02-11 2024-05-07 ExxonMobil Technology and Engineering Company Flow baffle for molten carbonate fuel cell
CN117317325B (zh) * 2023-11-29 2024-02-20 北矿新材科技有限公司 质子传输型固体氧化物燃料电池单体、电池组及制备方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4175165A (en) 1977-07-20 1979-11-20 Engelhard Minerals & Chemicals Corporation Fuel cell system utilizing ion exchange membranes and bipolar plates
US4678724A (en) 1982-06-23 1987-07-07 United Technologies Corporation Fuel cell battery with improved membrane cooling
JP2569550B2 (ja) 1987-05-08 1997-01-08 石川島播磨重工業株式会社 燃料電池の温度分布改善方法
US4963442A (en) 1989-05-03 1990-10-16 Institute Of Gas Technology Internal manifolded molten carbonate fuel cell stack
US5342706A (en) 1989-05-03 1994-08-30 Institute Of Gas Technology Fully internal manifolded fuel cell stack
US5227256A (en) 1989-05-03 1993-07-13 Institute Of Gas Technology Fully internal manifolded fuel cell stack
US5077148A (en) 1989-05-03 1991-12-31 Institute Of Gas Technology Fully internal manifolded and internal reformed fuel cell stack
US5606641A (en) 1992-03-27 1997-02-25 Bucaille; Joel Device for thermal regulation of a circulating fluid comprising a stacked corrugated plate heat exchanger with heat transfer and cooling paths and electrical heating element therebetween
DE4234093A1 (de) * 1992-10-09 1994-04-14 Siemens Ag Bauelement zum Einbau in eine verfahrenstechnische Einrichtung
IT1270878B (it) 1993-04-30 1997-05-13 Permelec Spa Nora Migliorata cella elettrochimica utilizzante membrane a scambio ionico e piatti bipolari metallici
US5429643A (en) 1993-06-02 1995-07-04 Gnb Battery Technologies Inc. Method of assembling a bipolar lead-acid battery and the resulting bipolar battery
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
AU1531695A (en) 1994-02-11 1995-08-29 Siemens Aktiengesellschaft Electro-chemical cell
DE19602315C2 (de) * 1996-01-23 2001-10-11 Siemens Ag Flüssigkeitsgekühlte Brennstoffzelle mit Verteilungskanälen
JP3660754B2 (ja) 1996-06-25 2005-06-15 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー 固体高分子電解質型燃料電池
JPH10125338A (ja) * 1996-10-22 1998-05-15 Fuji Electric Co Ltd 固体高分子電解質型燃料電池
JP4427105B2 (ja) 1996-12-13 2010-03-03 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト 燃料電池バッテリの冷却装置
US5776624A (en) 1996-12-23 1998-07-07 General Motors Corporation Brazed bipolar plates for PEM fuel cells
JP3829883B2 (ja) 1997-02-20 2006-10-04 石川島播磨重工業株式会社 固体高分子型燃料電池
JPH10308227A (ja) 1997-05-07 1998-11-17 Fuji Electric Co Ltd 固体高分子電解質型燃料電池
DE69818874T2 (de) * 1997-07-16 2004-05-19 Ballard Power Systems Inc., Burnaby Verfahren zur Herstellung einer elastischen Dichtung für die Membranelektrodenanordnung (mea) in einer elektrochemischen Brennstoffzelle
GB9808524D0 (en) 1998-04-23 1998-06-17 British Gas Plc Fuel cell flow-field structure formed by layer deposition

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2516009C2 (ru) * 2009-04-30 2014-05-20 Фди Энерджи, Инк. Компоновка топливного элемента, производимого в промышленном маштабе, и способ его изготовления
RU2643736C2 (ru) * 2014-01-22 2018-02-05 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Титановый материал или материал из титанового сплава, имеющий поверхностную электропроводность, а также использующие его сепаратор топливной ячейки и топливная ячейка
US10033052B2 (en) 2014-01-22 2018-07-24 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Titanium material or titanium alloy material having surface electrical conductivity, and fuel cell separator and fuel cell using the same
RU2626463C1 (ru) * 2016-08-16 2017-07-28 Общество с ограниченной ответственностью "Завод электрохимических преобразователей" (ООО "ЗЭП") Биполярная пластина топливного элемента круглой формы

Also Published As

Publication number Publication date
AU754899B2 (en) 2002-11-28
JP2002530836A (ja) 2002-09-17
ATE242919T1 (de) 2003-06-15
EP1135821A1 (en) 2001-09-26
ZA200103534B (en) 2002-08-02
CN1181584C (zh) 2004-12-22
ID29925A (id) 2001-10-25
NO20012537D0 (no) 2001-05-23
KR20010089507A (ko) 2001-10-06
NO20012537L (no) 2001-05-23
PL347769A1 (en) 2002-04-22
WO2000031815A1 (en) 2000-06-02
AU1822700A (en) 2000-06-13
CA2350783A1 (en) 2000-06-02
DE69908811D1 (de) 2003-07-17
US6261710B1 (en) 2001-07-17
MY129563A (en) 2007-04-30
DE69908811T2 (de) 2004-05-06
TW466792B (en) 2001-12-01
CN1342333A (zh) 2002-03-27
NZ512475A (en) 2002-10-25
EP1135821B1 (en) 2003-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2231172C2 (ru) Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита
US6974648B2 (en) Nested bipolar plate for fuel cell and method
US8039162B2 (en) Unit cell for solid polymer electrolyte fuel cell
US20050064270A1 (en) Fuel cell bipolar separator plate
EP0521830B1 (en) Fully internal manifolded fuel cell stack
EP1109241B1 (en) Flow channels in current collector plates for fuel cells
US5077148A (en) Fully internal manifolded and internal reformed fuel cell stack
US6503653B2 (en) Stamped bipolar plate for PEM fuel cell stack
EP1107339B1 (en) Flow channels in current collecting plates of fuel cells
US5342706A (en) Fully internal manifolded fuel cell stack
JP2008510272A (ja) 燃料電池のための反応物配送用の打出しブリッジおよびプレート
CA2578265C (en) Bipolar plate having offsets
US7186476B2 (en) One piece bipolar plate with spring seals
US8298714B2 (en) Tunnel bridge with elastomeric seal for a fuel cell stack repeating unit
US7572538B2 (en) Fuel cell
US6905793B2 (en) Folded metal bipolar sheets for fuel cells
CN110571449B (zh) 燃料电池堆组件
US20230223563A1 (en) Power generation cell
MXPA01005070A (en) Sheet metal bipolar plate design for polymer electrolyte membrane fuel cells

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051118