SK104798A3

SK104798A3 - Ion exchange membrane fuel cell with circumferential cooling system

Info

Publication number: SK104798A3
Application number: SK1047-98A
Authority: SK
Inventors: Massimo Brambilla; Valerio Ceruti
Original assignee: De Nora Spa
Priority date: 1997-08-04
Filing date: 1998-08-03
Publication date: 1999-03-12
Also published as: EP0896379A1; ID20677A; NO983553L; NO983553D0; CN1207591A; ITMI971871A1; AU7861598A; CZ240598A3; KR19990023358A; BR9804003A; MXPA98006239A; IT1293814B1; JPH11102721A; CA2244336A1; RU98115001A

Description

Palivový článok s ionomeničovou membránou zahŕňa elementárne články, z ktorých každý obsahuje dve bipoláme dosky, membránu, dve elektródy v tesnom kontakte s membránou, dva vodivé prúdové kolektory a dve tesnenia. Bipoláme dosky (17) sú ochladzované pozdĺž svojho obvodu iba prostredníctvom chladiaceho média, ktoré preteká bočnými oknami v tesnení. Materiál bipolámych dosiek má výhodne vysokú tepelnú vodivosť.

VJ 4OVA

IÓNOMENIČOVÝ MEMBRÁNOVÝ PALIVOVÝ ČLÁNOK S OBVODOVÝM CHLADIACIM SYSTÉMOM

Oblasť techniky

Vynález sa týka iónomeničového membránového palivového článku ‘ s obvodovým chladiacim systémom.

Doterajší stav techniky

Palivový článok s protónomeničovou membránou (ďalej označovaný ako PEMFC - proton-exchange membráne fuel celí) je jeden z najjednoduchších statických systémov na priamu premenu chemickej energie na elektrickú energiu. Pretože sa nevyžaduje tepelný medzikrok, energetická účinnosť je obzvlášť vysoká, až 60 % vzhľadom k nižšej hodnote výhrevnosti privedeného paliva. Je dôležité si uvedomiť, že palivom môže byť vodík buď v čistej podobe alebo zriedený inértnými zložkami, óxidantom môže byť vzduch alebo dokonca čistý kyslík a pracovná teplota je okolo 70 - 80 °C.

V porovnaní s inými typmi palivových článkov ako sú palivové články s kyselinou fosforečnou, roztaveným uhličitanom alebo pevným oxidom, prinášajú články typu PEMFC nasledujúce výhody:

vysokú prúdovú hustotu, ktorá vedie k vysokej povrchovej výkonovej hustote (až 7 kW/m²),

Ί, ' I l , ₍ ' . ' ' · možnosť dosiahnutia vysokej objemovej alebo hmotnostnej výkonovej hustoty (až 0,3 - 0,5 kW/kg alebo liter), odolnosť proti tlakovej nerovnováhe medzi záporným a kladným pólom, rýchly štart pri nízkych teplotách (0 °C a dokonca i nižšie), prispôsobivosť k ostrým prechodom.

029/B

Tieto vlastnosti spôsobujú, že PEMFC predstavujú výhodnú voľbu pre aplikácie, týkajúce sa elektrickej dopravy a stacionárne aplikácie, ako sú jednotky pre zaisťovanie nepretržitej prevádzky, vzdialené a neobsluhované generovanie a kogenerovanie energie v prípadoch, kedy sa nepožaduje vysokoteplotné spaľovanie.

Vodík, jediné prípustné palivo pre články typu PEMFC, môže pochádzať z rôznych zdrojov.

Zvyčajne je vodík ľahko dostupný ako vedľajší produkt alebo odpadový plyn v zariadeniach pre hydrolýzu, typicky v zariadeniach, pracujúcich na báze chlórovo alkalického alebo chlorečnanového procesu a v komerčných jednotkách výroby plynu, rovnako tak ako v zariadeniach, ktoré používajú vodík, ako sú oceliarenské zariadenia pre lesklé žíhanie. Normálne je tento vodík spaľovaný v ohrievačoch vody alebo dokonca vypúšťaný do atmosféry. Iba v málo prípadoch sa tento vodík používa ako cenný chemický produkt v redukčných procesoch.

Vodík rôznych stupňov čistoty a koncentrácie sa môže. získať premenou rôznych materiálov, ako sú uhľovodíky a alkoholy v jednotkách pre parnú premenu a tepelnou alebo katalytickou čiastočnou oxidáciou. V tomto prípade je surový vodík zriedený oxidom uhličitým a môže obsahovať nečistoty, ako je sírovodík a/alebo oxid uhoľnatý. Podobné toky môžu byť tiež dostupné v rafinériách ako zvyškový plyn.

Výhody článkov typu PEMFC sú vyvažované niektorými nevýhodami, ako je:

už uvedená nízka pracovná teplota, t.j. 60 - 80 °C, ktorá spôsobuje, že PEMFC sú len zriedka výhodné pre aplikácie s kogenerovaním elektrickej alebo tepelnej energie vo veľkom meradle, ' , otrava katalyzátora nečistotami, ako je oxid uhoľnatý, znova v dôsledku nízkej pracovnej teploty. Následkom toho vodík obsahujúci tok, ktorý sa má privádzať do PEMFC, musí byť najprv vopred spracovaný, napríklad prostredníctvom selektívnych katalyzátorov, ktorých cieľom je zníženie úrovne nečistôt do ppm oblasti alebo fyzikálnym oddeľovaním nečistôt, napríklad prostredníctvom paládiových membrán alebo systémov „pressure swing absorption,, (PSA)

029/B a podobne. Táto požiadavka celkom zrejme vedie k zložitosti systému, ktorého časťou článok PEMFC je, a tým i k rastu investičných nákladov.

Typická štruktúra základného článku podľa stavu techniky je znázornená na obr. 1 a zahrňuje bipolárne dosky 17, iónomeničovú membránu 22, elektródy 20 a 21 (zvyčajne pripevnené k membráne teplom a tlakom pred ich inštaláciou, čím vznikne sústava, ktorá je komerčne označovaná ako MEA - membráne - electrode assembly - membránovo elektródová zostava), tesnenie 18 poskytujúce obvodové uzatvorenie, plynové difuzéry 23 (tiež definované ako prúdové kolektory), vytvorené z poréznych vodivých laminátov, prípadne upravených ako hydrofóbne a určené na zaisťovanie rovnomernej distribúcie vodíka a kyslíka do MEA a odvádzanie vody, vzniknutej touto operáciou, vo forme kvapiek, kanály 24 pre napájanie a odvádzanie chladiaceho média, zvyčajne kvapaliny, ktorá je nutná na odvádzanie tepla, vznikajúceho v priebehu činnosti a predstavujúceho okolo 40 % výhrevnosti vodíka.

Elementárne články, aké boli popísané na obr. 1, sú zoskupené dohromady a vytvárajú sústavu schopnú dodávať potrebnú výstupnú energiu.

Kvôli dobrej účinnosti systému je potrebné minimalizovať stratu elektrickej energie, ktorá vzniká v dôsledku ohmických strát, lokalizovaných v rôznych rozhraniach článku. Toto sa dosiahne tým, že je sústava uchovávaná pod vhodným utesňovacím tlakom pomocou koncových stien a tiahli. Používaný tlak je zvyčajne v rozmedzí 10-20 kg/cm².

Všetky marketingové analýzy ukazujú, že na to, aby boli komerčne prijateľné, musia PEMFC systémy, t.j. membránové palivové články, doplnené o ďalšie doplnkové vybavenie ako je vzduchový kompresor, zdroj vodíka, ovládanie tlaku, prietoku a teploty a centrálna procesorová jednotka, byť dodávané s cenami v rozmedzí 500 - 100 US dolárov/na jeden kilowatt elektrického výkonu. Tieto ceny možno dosiahnuť v prípade automatizovanej výroby vo veľkom meradle, t.j. v prípade výroby aspoň jednej tisícky systémov za rok. Ako dôsledok musia byť všetky komponenty systému PEMFC vhodne navrhnuté vzhľadom k ich geometrickému tvaru a konštrukčnému materiálu.

029/B

Je zrejmé, že bipolárne dosky, podané schematicky na obr. 1, nespĺňajú požiadavky na výrobu s nízkymi nákladmi. Prítomnosť kanálov pre chladiace médium vo vnútri štruktúry robí totiž ich konštrukciu komplikovanou. Mechanická práca, nevyhnutná na výrobu kanálov, je veľmi pomalá a extrémne drahá, zatiaľ čo odlievanie vhodných polymérov alebo kovových zliatin je iste cenovo výhodnejšie, ale stále nedovoľuje dosiahnuť cenový cieľ, ktorý by dovolil vytvorenie prijateľných cien na trhu, predovšetkým vzhľadom k potrebe komplikovaného zariadenia, ktoré je potrebné, a výrobného času, ktorý je stále príliš dlhý.

Ďalšou alternatívou je použitie bipolárnych dosiek, vytvorených z dvoch škrupín spojených navzájom tak, aby medzi nimi nechaný dostatočný priestor pre prúdenie chladiacej kvapaliny. Toto riešenie vyžaduje obvodové utesnenie, ktoré sa získa zváraním, spájkovaním alebo použitím vhodných tesnení. Ďalej musí byť zaručené elektrické spojenie medzi povrchmi dvoch škrupín sústavou kontaktných bodov. Z tohto popisu, i keď bol podaný zjednodušene, by malo byť zrejmé, že riešenie s dvoma škrupinami nemôže byť pokladané za dostatočné na použitie pri výrobe s nízkymi nákladmi. . . ,

Hlavným cieľom predloženého vynálezu je prekonať nevýhody riešenia podľa známeho stavu techniky tým, že sa poskytne štruktúra bipolárnych dosiek, ktorá je obzvlášť výhodná pre vysoko výkonnú výrobu a veľmi nízke výrobné náklady, použiteľná pre iónomeničové membránové palivové články.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Podstata vynálezu bude vysvetlená s odvolaním na priložené vyobrazenia, v ktorých obr. 1 znázorňuje základný palivový článok podľa stavu techniky, obr. 2 predstavuje nárys bipolárnej dosky podľa vynálezu, vybavenej chladiacim systémom pozdĺž dvoch vertikálnych strán,

029/B obr. 3 je nárys tesnenia pre bipolárnu dosku z obr. 2, obr. 4 predstavuje bokorys jednotkového článku podľa predloženého vynálezu, obr. 5 je diagram znázorňujúci tepelný gradient bipolárnej dosky podľa vynálezu za rôznych prevádzkových podmienok, obr. 6 je diagram, ukazujúci správanie napätia na článku ako funkciu prúdového výstupu sústavy palivových článkov podľa príkladu 1, obr. 7 je diagram, znázorňujúci napätie na každom z elementárnych článkov sústavy podľa príkladu 1.

Podstata vynálezu

Bipolárna doska podľa predloženého vynálezu pozostáva z tenkého rovinného plátu, ktorý obsahuje otvory, nutné na privádzanie plynov obsahujúcich vodík a kyslík a na odvádzanie vyčerpaných plynov a vytvorenej vody rovnako tak ako vstup a výstup chladiacej tekutiny, ktorej dráha je lokalizovaná pozdĺž štyroch strán alebo výhodne pozdĺž dvoch protiľahlých strán plátu. S odolaním na obr. 2 zahrňuje bipolárna doska 17 vstup 1 na privádzanie plynu, obsahujúceho vodík a výstup 2 na odvádzanie vyčerpaného plynu, vstup 3 na privádzanie plynu obsahujúceho kyslík a výstup 4 na odvádzanie ochudobneného plynu, vstup 5 na prívod chladiacej tekutiny a výstup 6 na jej odvádzanie. Oblasť zaberaná súborom elektro a membrány je určená prerušovanými čiarami. Prázdne priestory 16 sú určené pre priechod tiahli. Bipolárna doska, znázornená na obr. 2, môže byť získaná jedným výrobným krokom vystrihnutím z tenkého plátu alebo tiež zo súvislého pásu, použitím vhodného tvarovacieho nástroja. ,

I ‘ . . .

I

Ako možný konštrukčný materiál technická a patentová literatúra navrhuje nasledujúce alternatívy:

- grafit,

- kompozity polyméru a grafitu (US patent číslo 4,339,322, Balko a kol.)

- nerezovú oceľ feritického alebo austenitického typu

- titán

- hliník a jeho zliatiny (US patent číslo 5,482,792, Faita a kol.).

029/B

Je okamžite zrejmé, že grafit nespĺňa požiadavky, kladené na materiál predkladaným vynálezom, predovšetkým kvôli jeho krehkosti, lebo nie je možné získať pásy alebo tenké pláty tohto materiálu, ktorý by mohli byť podrobené automatickému raziacemu výrobnému kroku. Kompozit grafitu a polyméru tiež nie je dostatočne odolný a vznikajú v ňom v priebehu strihacieho kroku drobné trhlinky. Komerčné polyméry, vhodné na použitie v automatizovanom spôsobe výroby, sú síce na trhu dostupné, ale ich elektrická vodivosť je príliš nízka a spôsobovali by teda ohmické straty spôsobené priechodom prúdu, ktoré sú neprijateľné, lebo by znižovali prúdovú účinnosť palivového článku.

Na druhej strane všetky kovové materiály sú vhodné pre automatizované strihacie operácie, majú dobrú elektrickú vodivosť a môžu sa pokladať za potenciálnych kandidátov na výrobu bipolárnych dosiek podľa predloženého vynálezu.

Obr. 3 ukazuje ploché tesnenie 18, ktoré je určené na spojenie s bipolárnou doskou podľa predloženého vynálezu, ktorá zahrňuje otvory 8 a 9 so zodpovedajúcimi distribučnými kanálmi 13, 14 a chrbát 19 (prerušovaná čiara) na distribúciu vodík obsahujúceho plynu k negatívnemu pólu každého elementárneho článku a odvádzanie vyčerpaného plynu, otvory 10 a 1_1, tiež s chrbtom (prerušovaná čiara), ktoré bránia výtoku do okolia, vnútorný prázdny priestor 15, určený na umiestnenie elektród a membrán, ktoré kvôli zjednodušeniu obrázku nie sú znázornené, ktoré sú tiež opatrené chrbtom kvôli zaisteniu plynového utesnenia vzhľadom k vonkajšiemu priestoru.

Je potrebné si všimnúť, že ploché tesnenia na obr. 3 sú symetrické vzhľadom k vertikálnej osi. To dovoľuje použiť to isté tesnenie tiež na privádzanie kyslík obsahujúceho plynu jednoduchým otočením tesnenia o 180°. V tomto prípade otvory 8 a 9 s distribučnými kanálmi zaisťujú napájanie každého elementárneho článku plynom, obsahujúcim kyslík a odvádzanie ochudobneného plynu, zatiaľ čo otvory 10 a 11 zaisťujú pozdĺžny tok ako plynu, obsahujúceho vodík, tak vyčerpaných plynov.

029/B

Zatiaľ čo elektródy majú presne rovnaké rozmery ako voľný priestor 15, membrána je trochu väčšia, a preto je utesnená medzi dvoma susediacimi tesneniami bez toho, aby tu bola možnosť jej skĺznutia do boku.

Vyššie uvedený fakt je ľahko vidno z obr. 4, v ktorom sú použité rovnaké vzťahové značky ako na obr. 2 a obr. 3. Ako je znázornené na obr. 4, elektródy 20 a 21, ktoré sú napájané plynom, obsahujúcim vodík, resp. plynom, obsahujúcim kyslík, sú v priamom kontakte s membránou 22. Pokiaľ sú jednotlivé komponenty elementárneho článku stlačené dohromady, vytvoria sa pozdĺžne kanály, ktoré dovoľujú privádzanie napájacích plynov a odvádzanie vyčerpaných plynov a vytvorenej vody prekrývajúcimi sa otvormi 1, 3 a 8, 10 a otvormi 2, 4 a 9, 11. Pozdĺžne kanály pre napájanie plynom, obsahujúcim kyslík a odvádzanie zvyškových plynov, vytvorené prekrývajúcimi sa otvormi 3, 10 a 4, 11, sú spojené podobnými distribútormi s elektródami 21.

Chladiace médium je privádzané kanálmi, vytvorenými väzobnými otvormi 5 a oknami 12, preteká priestorom obmedzeným každým oknom 12 v dotyku s plátom každej bipolárnej dosky 17 a je uvoľňované kanálmi, vytvorenými prekrytím otvorov 6 a kolien 12. Kvôli zvýšeniu výmeny tepla, najmä pokiaľ chladiaca látka je plynná, ako je vzduch, sa ukázalo byť užitočné opatriť časť plátu 17 bipolárnej dosky medzi otvormi 5 a oknami 6 zvlnením alebo rebrami, vytvorenými v priebehu razenia bipolárnej dosky z východiskového plánu bez toho, aby sa tým ovplyvnili náklady produkčného cyklu.

Vhodné chladiace látky sú vodné alebo organické kvapaliny, ktoré majú nízku viskozitu.

Vhodné materiály na výrobu bipolárnych dosiek podľa predloženého vynálezu, použiteľné na výrobu palivových článkov s dlhodobou alebo stabilnou výkonnosťou musia byť zvolené tiež s prihliadnutím k ich tepelnej vodivosti, ktorá sa môže meniť vo veľmi širokom rozmedzí, ako vyplýva z nasledujúcej tabuľky.

Tepelná vodivosť vo W/m °C kovových materiálov, vhodných pre automatizovanú výrobu bipolárnych dosiek:

029/B

austenitická nerezová oceľ	16
feritická nerezová oceľ	26
titán	17
hliník a jeho zliatiny	200

Zvyčajne nie je tepelná vodivosť kritickým parametrom pre bipoláme dosky podľa stavu techniky. Teplo je totiž odvádzané kolmo krovine dosky v smere jej značne zníženej hrúbky, a teda s obmedzeným tepelným gradientom. Tepelná vodivosť je ale kľúčovým faktorom u bipolárnych dosiek podľa predloženého vynálezu, lebo chladenie prebieha v obvodovej oblasti.

Obr. 5 ukazuje tepelný gradient vypočítaný pre bipolárnu dosku podľa predloženého vynálezu ako funkciu tepelnej vodivosti kovu, použitého pre jej konštrukciu, vychádzajúc pritom z predpokladu, že dĺžka a hrúbka bipolárnej dosky sú 20 cm, resp. 0,2 cm, a tó pri prúdovej hustote 3 500 A/m² a napätie každého elementárneho článku 0,7 V (zodpovedajúce množstvo tepla, ktoré má byť odstránené, je 40 % nižšej výhrevnosti spotrebovávaného vodíka) a s teplotou chladiacej tekutiny 50 °C.

Vzhľadom k tomu, že pri teplotách nad 100 °C je membrána ľahko vystavená dehydratácii, ktorá silne znižuje elektrickú vodivosť, maximálny gradient, ktorý zodpovedá maximálnej teplote lokalizovanej v oblasti strednej osi dosky, nemôže prekročiť 50 °C.

I · ¹ ·

Ďalej sa tiež zistilo, že táto hodnota gradientu môže byť získaná pokiaľ je tepelná vodivosť kovu badateľne vyššia ako 100 W/m °C.

Z uvedeného dôvodu sú hliník a jeho zliatiny obzvlášť vhodné. Materiály s nižšou tepelnou vodivosťou, ako je nerezová oceľ, dokonca i nerezová oceľ feritického typu a titán, vyžadujú na udržanie maximálneho tepelného gradientu pod 50 °C použitie bipolárnych dosiek, ktorých šírka je obmedzená na niekoľko

029/B centimetrov. Preto sú tieto materiály menej vhodné na použitie v palivových článkoch, i keď zostávajú použiteľné.

Problém obmedzenej šírky sa môže vyriešiť zvýšením hrúbky. Napriek tomu však existujú medzné hodnoty, spojené s potrebou výroby dosiek jednoduchým razením a súčasne požiadavkou nezvyšovať hmotnosť sústavy článkov a celkovú cenu zariadenia. Pretože medzná hodnota je pravdepodobne okolo 0,3 cm, šírka bipolárnych dosiek podľa predloženého vynálezu, vytvorených z nerezovej ocele alebo titánu by bola stále malá. Šírka môže byť tiež zvýšená znížením prúdovej hustoty, čo by však bolo neprijateľné, lebo by to robilo palivový článok príliš neohrabaným. Použitie iných materiálov, ktoré majú vyššiu elektrickú vodivosť ako nerezová oceľ a titán, ako je uhlíková oceľ, nikel alebo meď, sa pokladá za vylúčené v dôsledku problémov s koróziou. Pozorovalo sa, že korózia, okrem toho, že spôsobí vo veľmi krátkom čase prederovanie dosky, ktorá má značne obmedzenú hrúbku, ďalej spôsobuje uvoľňovanie iónov kovu, schopných blokovať membránu, a tým negatívne ovplyvniť ich elektrickú vodivosť. V prípade hliníka a jeho zliatiny sa tento problém nevyskytuje alebo je zanedbateľný, ako sa preukázalo dlhodobou prevádzkou palivových článkov s bipolárnymi doskami vyrobenými z týchto materiálov.

Nižšie operačné teploty pozdĺž bočných častí bipolárnej dosky je pozitívny faktor. To totiž spôsobuje nižšie prúdové hustoty v oblasti, kde plyn obsahujúci kyslík môže byť zmiernený a ďalej pomáha v zachovaní mechanických vlastností plochého tesnenia z dlhodobého hľadiska.

V priebehu prevádzky sa hliník alebo jeho zliatiny pokryjú tenkou vrstvou oxidov s nízkou vodivosťou, ktorá zvyšuje kontaktný odpor medzi bipolárnou doskou a súborom elektród a membrány, a teda zníži elektrickú účinnosť palivového článku. Tento problém sa skúma a rieši v US patente 5,482,792, ktorý popisuje použitie prúdového kolektora, ktorý je vložený medzi bipolárnu dosku a elektródy, ktorý má povrchy opatrené nerovnosťami, zaisťujúcimi stály dobrý elektrický kontakt.

029/B

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1 l

Bola vytvorená sústava palivových článkov, ktorá obsahovala 8 elementárnych článkov, zahrňujúcich bipolárnych dosiek, vyrobených z 99,9 % hliníka a navrhnutých, ako je znázornené na obr. 2, s aktívnou oblasťou (7 na obr. 2) s rozmermi 15 x 15 cm a hrúbkou 1 cm, plochých tesnení, aké sú znázornené na obr. 3, s vnútorným využiteľným priestorom (15 na obr. 3) s veľkosťou 15 x 15 cm a hrúbkou 0,2 cm. Otvory pre obeh plynov, obsahujúcich vodík a kyslík, distribučné kanály, využiteľný vnútorný priestor a okná pre tok chladiacej kvapaliny boli opatrené chrbtom, ktoré mali hrúbku 0,02 cm. Konštrukčný materiál bol termoplasticky elastomér (Hytrel^R predávaný spoločnosťou Du Pont, USA), ktorý je vhodný pre injekčné vstrekovanie, elektród ELAT™ dodávaných spoločnosťou E-TEK Inc., USA s katalyzátorom, pozostávajúcim z platiny na uhlíkovom nosiči v koncentrácii 1 mg/cm², membrán Nafion^R 117, dodávaných firmou Du Pont, USA, prúdových kolektorov (23 v obr. 1), vytvorených z retikulovaného materiálu podľa príkladu 1 US pátentu 5,482,792 s hrúbkou 0,2 cm.

Uvedené komponenty boli stiahnuté medzi dve koncové dosky s hrúbkou 2 cm, vyrobené z hliníkovej zliatiny ANTICORODAL 100, pomocou tiahli tak, aby bol vyvinutý kontaktný tlak 15 kg/cm³.

Chladiace médium bola demineralizovaná voda so vstupnou teplotou 50 °C a výstupnou teplotou 60 °C.

029/B

Palivový článok bol napájaný čistým vodíkom a vzduchom s vodnou parou, ktorá bola pridaná, aby sa dosiahla relatívna vlhkosť 60 %. Vstupná teplota plynu bola 60 °C a tlak vzduchu bol 3, 4 a nakoniec 5 barov (absolútne). Tlak vodíka bol udržiavaný tak, aby bol o 0,2 baru vyšší ako tlak vzduchu.

- I

Obr. 6 ukazuje správanie napätia článku ako funkciu výstupného prúdu, zatiaľ čo obr. 7 ukazuje napätie každého elementárneho článku pri prúdovej hustote 400 A/m². Obr. 7 jasne ukazuje, že elementárne články pracovali v zásade s rovnakým napätím, čo dokazuje reprodukovateľný charakter zariadenia podľa vynálezu. Iba dva koncové články (číslo 1 a 8) vykazovali trochu nižšiu hodnotu, čo bolo celkom zjavne spôsobené vyšším tepelným rozptylom, čo spôsobuje nižšiu prevádzkovú teplotu.

Články pracovali s prerušovaním po celkovo 680 hodín bez pozorovateľného poklesu výkonových charakteristík.

Príklad 2

Pre účely porovnania boli vyrobené palivové články, skladajúce sa z 8 jednotkových článkov, ktoré boli zostavené z rovnakých komponentov ako v príklade 1 s výnimkou bipolárnych dosiek, ktoré boli vyrobené tlakovým liatím zo zliatiny hliník - kremík typu UNI 4514.

Bipolárne dosky mali hrúbku 5 mm a zahrňovali kanál pre prietok demineralizovanej vody (24 na obr. 1).

Palivový článok podľa tohto príkladu sa pokladal za predstaviteľa článku podľa stavu techniky, tak ako bol popísaný v US patente 5,482,792.

Články pracovali za rovnakých podmienok ako články popísané v príklade 1 a vykazovali zhruba rovnaké vlastnosti. Predovšetkým napätie na všetkých elementárnych článkoch malo priemernú hodnotu o 5 mV vyššiu ako články z príkladu 1. To ukazuje, že nákladný a zložitý chladiaci systém podľa stavu techniky dovoľuje dosiahnuť iba zanedbateľné zlepšenie v porovnaní so systémom podľa vynálezu, čo jasne ukazuje výhodnosť skutočne lacnejších, ľahších a kompaktnejších palivových článkov podľa predloženého vynálezu.

029/B

Claims

1. Palivový článok, zahrňujúci aspoň jeden elementárny článok, obmedzený dvoma bipolámymi doskami a zahrňujúci iónomeničovú membránu a dve elektródy v tesnom kontakte s uvedenou membránou, a dve tesnenia vytvárajúce distribučné kanály, uvedený palivový článok je ďalej vybavený pozdĺžnymi kanálmi na napájanie plynmi, obsahujúcimi vodík a kyslík a na uvoľňovanie vyčerpaných plynov a vytvorenej vody a kanálmi na prietok chladiaceho média, vyznačujúci sa tým, že bipolárne dosky sú vyrobené z rovinného plátu, obsahujúceho otvory na napájanie jednotlivých článkov plynmi, obsahujúcimi vodík a kyslík a na odvádzanie vyčerpaných plynov a vytvorenej vody a oknami pre prúd chladiacej tekutiny, pričom uvedený prúd je lokalizovaný v obvodovej oblasti bipolárnych dosiek.

2. Článok podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že bipolárne dosky sú kovové.

I '

3. Článok podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že obvodová oblasť bipolárnych dosiek pre prúd chladiacej kvapaliny je obmedzená na dve protiľahlé strany.

4. Článok podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že obvodová oblasť bipolárnych dosiek je opatrená zvlnením alebo rebrami kvôli zvýšeniu výmeny tepla.

5. Článok podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že bipolárne dosky majú tepelnú vodivosť vyššiu ako 100 W/m °C.

j

6 Článok podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že bipolárne dosky sú vyrobené z hliníka alebo z jeho zliatin.

7. Článok podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že každý elementárny článok ďalej zahrňuje dva porézne a vodivé kolektory prúdu, opatrené nerovnosťami.

31 029/B

8. Článok podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že chladiaca tekutina je zvolená zo súboru, zahrňujúceho demineralizovanú vodu, organické kvapaliny s nízkou viskozitou a vzduch.

' ’· ' ,

9. Spôsob výroby bipolárnych dosiek palivových článkov podľa predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že spočíva v razení bipolárnych dosiek z plátu alebo pásu prostredníctvom vhodného nástroja v jedinom výrobnom kroku.

31 029/B

Obr. 1 ρ\1 40½ λ -

Obr. 2

V\J (g>

’ff 'ft- -14- -14· 14-

Ť1 fr^Ťl