WO2022075883A1 - Батарея топливных элементов и биполярная пластина - Google Patents

Батарея топливных элементов и биполярная пластина Download PDF

Info

Publication number
WO2022075883A1
WO2022075883A1 PCT/RU2021/000428 RU2021000428W WO2022075883A1 WO 2022075883 A1 WO2022075883 A1 WO 2022075883A1 RU 2021000428 W RU2021000428 W RU 2021000428W WO 2022075883 A1 WO2022075883 A1 WO 2022075883A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plate
protrusions
plates
battery according
holes
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/000428
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Андрей Александрович РЫЧКОВ
Леонид Вадимович СЕРЕБРИНИКОВ
Александр Игоревич РОДЫГИН
Александр Владимирович СИВАК
Алексей Петрович МЕЛЬНИКОВ
Алексей Михайлович КАШИН
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Инэнерджи" (ООО "Инэнерджи")
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 Общество с ограниченной ответственностью "Инэнерджи" (ООО "Инэнерджи") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Инэнерджи" (ООО "Инэнерджи")
Publication of WO2022075883A1 publication Critical patent/WO2022075883A1/ru

Links

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
    • H01M8/0258—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
    • H01M8/24—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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to the energy and electrochemical industries and can be used in the production of hydrogen-air fuel cells with membrane-electrode blocks based on proton-exchange membranes.
  • bipolar plate which is also the subject of this invention.
  • Known bipolar plate (RU 82501)used in the creation of batteries of fuel cells.
  • the plate includes a plate element made of an electrically conductive carbon-containing material with cathode and anode sides, flow channels for fuel gas and an oxygen-containing agent on the anode and cathode sides, respectively, and also with fuel supply channels.
  • the configuration of the flow channels (in the form of longitudinal grooves, the air path in which is not optimal) on the cathode side of the plate, as well as a too narrow active area on the anode side of the plate, can be attributed to the disadvantages of the known design. This ultimately results in a decrease in specific power and operational characteristics a fuel cell stack assembled using these bipolar plates.
  • a bipolar plate is also known, with a central and a peripheral region.
  • the central (active) region contains protrusions distributed over its surface
  • the peripheral region contains holes for tightening pins (RU2267833).
  • the main disadvantage of the known plate is the presence of a peripheral region. With such an embodiment, the plate will not be able to work effectively in small batteries, since the active area will be too small, which will lead to a significant decrease in specific power characteristics (in terms of mass and volume) of the fuel cell stack assembled using these bipolar plates.
  • EFFECT optimization of device parameters by reducing its overall dimensions while maintaining its specific power (per unit volume and mass of the device) and performance characteristics. Optimization of the parameters is carried out, in particular, by:) increasing the active area of the bipolar plates by creating a certain (preferred) configuration of flow channels for the oxidizer gas (oxygen-containing agent); ) using a specific (new) battery assembly (tie) system.
  • the fuel cell stack includes two end plates with zones for tightening elements, one monopolar and at least two bipolar plates with membranes, while the zones for tightening elements are longitudinal (and transverse) recesses along the edges of one of the planes of each end plate.
  • Mono- and bipolar plates are made with flow channels for the oxidant gas, formed by placing protrusions over the entire surface of the plate, and the protrusions on the peripheral parts are uniformly distributed in a linear manner. In areas adjacent to the through holes of the fuel supply channels - along arcuate lines.
  • an inextensible thread, wire, staples, etc. can be used, which does not increase the overall dimensions of the fuel cell stack.
  • the end plates can be made of a hard (durable) material, for example, from metal or plastic, and the monopolar and bipolar plates can be made from a material with low electrical resistivity, for example, from an electrically conductive carbon-containing material or metal.
  • the specified execution and mutual arrangement of the structural elements makes it possible to reduce the dimensions of the battery while maintaining the specific power (per unit volume and mass of the device) and operational characteristics of the design of the fuel cell battery assembled using bipolar plates.
  • the bipolar plate includes a plate element with anode and cathode sides, flow channels for fuel gas and oxidant gas, on the anode and cathode sides, respectively.
  • flow channels for fuel gas and oxidant gas are made in the form of through holes.
  • the flow channel for fuel gas is formed by placing a protrusion around the entire perimeter of the anode side of the plate element.
  • protrusions are made - thickenings of predominantly rectangular shape with two rounded corners, and annular recesses for sealing gaskets are made in the thickenings.
  • the difference between a monopolar plate and a bipolar one is that the monopolar plate has no openings for the supply and removal of fuel gas, and, accordingly, there is no fuel channel on the "anode" side.
  • the distribution of protrusions over the entire surface of the cathode side of the plate allows you to significantly increase the size of the active region while maintaining the overall dimensions of the plate, which ultimately also has a positive effect on the performance of the plate.
  • the design of the inventive plate was specially developed for small-sized air-cooled fuel cell stacks used, for example, in robotics.
  • a battery of fuel cells made of plates in the indicated application should have small dimensions and the maximum possible working area of the plates, therefore, in used plates, peripheral regions are highly undesirable, since their presence greatly narrows the size of the active region, and, consequently, adversely affects the performance of the plate and the fuel cell stack.
  • the claimed invention is illustrated with graphic materials.
  • FIG. 1 shows a fuel cell stack. For clarity, the elements of the battery are spaced along its axis.
  • Figure 4 shows a bipolar plate - top view (on the cathode side);
  • Figure 6 is a section along B-B of Figure 4.
  • Figure 8 shows a monopolar plate - top view (on the anode side);
  • Figure 9 is a section along C-C in Figure 8.
  • the claimed battery of fuel cells includes two end plates 1, a monopolar plate 2, at least 2 bipolar plates 3, membrane-electrode blocks 4, means (not shown in the drawing) for fastening the plates into a single assembly (battery), as well as a supply system / removal of fuel and oxygen-containing agent.
  • the number of membrane electrode blocks 4 is equal to the number of bipolar plates 3.
  • the end plates are made with longitudinal recesses 5 for fastening (tightening) elements on one of their planes.
  • recesses 5 can be made along the entire edge of each of the 4 sides of the plane of the end plate. In other words, the length of each recess is equal to the length of the corresponding side of the end plate.
  • the tie elements are preferably staples, wire, or other thread-like, inextensible material.
  • the bipolar plate includes a plate element 6 made of an electrically conductive carbonaceous material or metal with an anode side 7 and a cathode side 8.
  • a protrusion 9 is made with a recess 10 for a seal (not shown in the drawings).
  • the flow channel 11 for the passage of fuel gas is formed by the inner walls of the protrusion 9.
  • the cathode side 8 is made with protrusions 12 distributed over its entire surface, with the formation of flow channels 13 for the oxidizing gas.
  • the plate element 6 is made with protrusions-thickenings 14 located at the opposite (opposite) ends of its cathode side 8.
  • the protrusions 1 are predominantly rectangular in shape, while the corners located closer to the center of the plate are smoothed (rounded). In the zone of thickening 14, through holes 15 are made, which are fuel supply channels and annular recesses 16 for sealing gaskets (not shown in the drawings).
  • the cathode side 8a of the monopolar plate 2, as well as that of the bipolar plate, is made with protrusions 12a distributed over its entire surface, with the formation of flow channels 13a for the oxidizing gas.
  • the plate element 6a is made with protrusions-thicknesses 14a located at the opposite (opposite) ends of its cathode side 8a.
  • the protrusions 14a follow the shape of the protrusions 14 of the bipolar plate, i. e. predominantly rectangular in shape at the same time, the corners located closer to the center of the plate are smoothed (rounded).
  • annular recesses 16a are made for sealing gaskets (not shown in the drawings).
  • All protrusions 12 and 12a on the cathode side of the mono- and bipolar plates have the same height.
  • the height of the thickenings 14 and 14a is equal to the height of the protrusions 12 and 12a.
  • the overall dimensions of the sample mono- and bipolar plate are 25–35 cm in length and 15–25 cm in width. This is directly related to the specific power of the battery, as well as the convenience and efficiency of its operation.
  • the mono- and bipolar plates in the sample are made of a hydrogen-impermeable material with low electrical resistivity.
  • the protrusions are uniformly distributed in a linear manner, which ensures a uniform flow of the oxidizing gas into the active area of the plate.
  • a distribution of the protrusions provides the necessary sealing of the fuel cell stack when the seals are placed in the recesses 10.
  • the protrusions are located along arcuate lines, and in the central part of the cathode side of the plate - randomly.
  • Such an arrangement of the protrusions contributes to the maximum swirling of the oxidizer gas flow in the active region, which provides effective passive cooling due to natural convection or active cooling when connected to a fan battery.
  • the implementation of BFC with the proposed organization of the assembly of elements among themselves makes it possible to achieve the maximum percentage of the working area (active zone) of the bipolar plate from its total area.
  • the proposed design without loss of power performance can be used in limited spaces under the BFC.

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к электрохимической отрасли промышленности и может найти применение при производстве водородно-воздушных топливных элементов с мембранно- электродными блоками на основе протонообменных мембран. Батарея топливных элементов включает две концевые пластины с зонами под стягивающие элементы, одну монополярную и не менее двух биполярных пластин с мембранно-электродными блоками. Зоны под стягивающие элементы представляют собой продольные (и поперечные) выемки по краям одной из плоскостей каждой концевой пластины. Техническим результатом является оптимизация параметров устройства за счет снижения его общих габаритов при сохранении его удельных мощностных и эксплуатационных характеристик.

Description

БАТАРЕЯ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И БИПОЛЯРНАЯ ПЛАСТИНА
Изобретение относится к энергетической и электрохимической отраслям промышленностии может найти применение при производстве водородновоздушных топливных элементов с мембранно-электродными блоками на основе протонообменных мембран.
Известныконструкции батарей топливных элементов (CN 209947951, CN 110416568, RU2267833, RU2237317), включающие концевые пластины, биполярные пластины и мембраны, установленные между биполярными пластинами, при этом концевые пластины имеют отверстия для стягивания батареи шпильками.
К недостаткам известных конструкций можно отнести наличие периферийной зоны, в которой выполнены отверстия для стягивающих шпилек, в результате чего габаритные размеры изделия увеличиваются почти на 30 %, а кроме того значительно увеличивается материалоемкость конструкции.
Известна батарея топливных элементов (CN 110828846), с периферийной зоной под стягивающие шпильки, выполненнойв виде «ушек». Это конечно снижает материалоемкость конструкции, однако не уменьшает габаритов изделия в целом.
Вышеуказанные технические решения неприемлемы для малогабаритных батарей топливных элементов, которые используются в ограниченных пространствах, например, при производстве игрушек или в робототехнике. Если использовать батареи известных конструкций, то при заданных размерах внутреннего пространства, в котором батарея должна поместиться, основная часть площади пластин, составляющих батарею, будет приходиться на периферийную зону, предназначенную для скрепления пластин в батарею. При этом на долю активной зоны остается слишком малая площадь от всей поверхности пластины, что отрицательно скажется на ее мощностных характеристиках.
Одним из элементов батареи топливных элементов является биполярная пластина, которая также является предметом данного изобретения. Известна биполярная пластина (RU 82501), используемая при создании батарей топливных элементов. Пластина включает, выполненный из электропроводного углеродсодержащего материала, пластинчатый элемент с катодной и анодной сторонами, проточными каналами для топливного газа и кислородсодержащего агента на анодной и катодной стороне соответственно, а также с топливо-подводящими каналами.
Конфигурацию проточных каналов (в виде продольных канавок, путь воздуха в которых неоптимальный) на катодной стороне пластины, а также слишком узкую активную область на анодной стороне пластины, можно отнести к недостаткам известной конструкции.Это выражается в конечном итоге в снижении удельных мощностных и эксплуатационных характеристик батареи топливных элементов, собранной с использованием данных биполярных пластин.
Известна также биполярная пластина, с центральной и периферийной областями. При этом центральная(активная) область содержит выступы, распределенные по ее поверхности, а периферийная область содержит отверстия для стягивающих шпилек (RU2267833).
Основным недостатком известной пластины является наличие периферийной области. При таком выполнении пластинане сможет эффективно работать в малогабаритных батареях, посколькуплощадь активной области будет слишком мала, что приведет к значительному снижению удельных мощностных характеристик (в пересчете на массу и объем) батареи топливных элементов, собранной с использованием данных биполярных пластин.
Техническим результатом является оптимизация параметров устройства за счет снижения его общих габаритов при сохраненииего удельных мощностных (на единицу объема и массы устройства) и эксплуатационных характеристик. Оптимизация параметров осуществляется, в частности, путем:) увеличения активной области биполярных пластин за счет создания определенной (предпочтительной) конфигурации проточных каналов для газа окислителя (кислородсодержащего агента); ) использования определенной (новой) системы сборки (стяжки) батареи.
Технический результат достигается за счет того, чтобатарея топливных элементов включает две концевые пластины с зонами под стягивающие элементы, одну монополярную и не менее двух биполярных пластин с мембранами, при этом зоны под стягивающие элементы представляют собой продольные (и поперечные) выемки по краям одной из плоскостей каждой концевой пластины.
Моно- и биполярные пластинывыполнены с проточными каналами для газа-окислителя, образованными за счет размещения выступов по всей поверхности пластины, причем выступы на периферийных частях распределены равномерно в линейном порядке. В областях, прилегающих к сквозным отверстиям топливоподводящих каналов - по дугообразным линиям.
В качестве стягивающих элементов могут, например, использовать нерастяжимую нить, проволоку, скобы и др., что не увеличивает общие габариты батареи топливных элементов.
При этом концевые пластины могут быть изготовлены из твердого (прочного) материала, например, из металла или пластика, а монополярная и биполярная пластины - из материала с низким удельным электрическим сопротивлением, например, из электропроводного углеродсодержащего материала или металла.
На одной из концевых пластин, а также в биполярных пластинах и мембранах выполнены отверстия для подвода и отвода топливного газа.
Указанное выполнение и взаимное расположение элементов конструкции позволяет уменьшить габариты батареипри сохранении удельных мощностных (на единицу объема и массы устройства) и эксплуатационных характеристик конструкции батареи топливных элементов, собранной с использованием биполярных пластин.
Также, указанный технический результат достигается за счет того, что биполярная пластина включает пластинчатый элемент с анодной и катодной сторонами, проточными каналами для топливного газа и для газа-окислителя, на анодной и катодной сторонах соответственно. По краям пластинчатого элемента выполнены каналы для подвода и отвода топливного газа (далее топливоподводящие каналы) в виде сквозных отверстий.Проточный канал для топливного газа образован за счет размещения выступа по всему периметру анодной стороны пластинчатого элемента.Проточные каналы для газа- окислителя на катодной стороне пластинчатого элемента образованы за счет размещения по всей её поверхности отдельных выступов, причем выступы на периферийных частях катодной стороны распределены равномерно в линейном порядке, в областях, прилегающих к сквозным отверстиям топливоподводящих каналов - по дугообразным линиям, а в центральной части - хаотично (неравномерно), при этом все выступы на катодной стороне пластины имеют одинаковую высоту.
На противоположных концах катодной стороны пластины выполнены выступы - утолщения преимущественно прямоугольной формы с двумя скругленными углами, а в утолщениях выполнены кольцевые выемки под уплотнительные прокладки.
В выступе на анодной стороне предпочтительно выполнение выемки под прокладку.
Отличие монополярной пластины от биполярной состоит в том, что у монополярной пластины отсутствуют отверстия для подвода и отвода топливного газа, а соответственно отсутствует и топливный канал на «анодной» стороне.
Указанное выполнение и взаимное расположение элементов конструкции, а именноопределенная конфигурация проточных каналов для газа-окислителя, за счет оптимального, определенного экспериментальным путеми теоретическими расчетами, порядка распределения выступов по поверхности катодной стороны, позволяет обеспечить конкурентноспособные удельные мощностные и эксплуатационные характеристики конструкции батареи топливных элементов, собранной с использованием данных биполярных пластин.
Причем, распределение выступов по всейповерхности катодной стороны пластины позволяет существенно увеличить размеры активной области при сохраненииобщих габаритов пластины, что в конечном итоге также положительно сказывается на рабочих характеристиках пластины. Конструкция заявленной пластины специально разрабатывалась для малогабаритных батарей топливных элементов с воздушным охлаждением, используемых, например, в робототехнике. Батарея топливных элементов из пластин при указанном применении должнаиметь малые габариты и максимально возможную при этом рабочую площадь пластин, поэтому в используемых пластинах периферийные области крайне нежелательны, поскольку их наличие сильно сужает размеры активной области, а, следовательно, отрицательно сказывается на рабочих характеристиках пластины и батареи топливных элементов.
Заявленное изобретениепроиллюстрировано графическими материалами.
На Фиг.1 представлена батарея топливных элементов. Для наглядности элементы батареи разнесены вдоль ее оси.
На Фиг.2 - общий вид БТЭ
На Фиг.З -общий вид биполярной пластины
На Фиг.4 представлена биполярная пластина - вид сверху (на катодную сторону);
На Фиг.5- вид Б (сбоку) на Фиг.4;
На Фиг.6 - разрез по В-В Фиг.4;
На Фиг.7 -биполярная пластина -вид снизу(на анодную сторону);
На Фиг.8 представлена монополярная пластина - вид сверху (на анодную сторону);
На Фиг.9 - разрез по С-С на Фиг.8
Заявленная батарея топливных элементов включает две концевые пластины 1, монополярную пластину 2, не менее 2-х биполярных пластин 3, мембранно-электродные блоки 4, средства (на чертеже не показаны) для скрепления пластин в единуюсборку(батарею), а также систему подачи/отвода топлива и кислородсодержащего агента. В БТЭ количество мембранноэлектродных блоков 4 равно количеству биполярных пластин 3.
Концевые пластины выполнены с продольными выемками 5 под крепежные (стягивающие) элементына одной из своих плоскостей. Причем выемки 5 могут быть выполнены вдоль всего края каждой из 4-х сторон плоскости концевой пластины. Другими словами, длина каждой выемки равна длине соответствующей стороны концевой пластины. При сборке батареи топливных элементов, плоскости концевых пластин с выемками располагают на наружную сторону батареи. Стягивающие элементы плотно наматывают вдоль выемок 5 концевых пластин, стягивая их между собой, а также расположенные между ними пластины (моно- и биполярные, с размещенными между ними мембранно-электродными блоками).
Стягивающие элементыв предпочтительном исполнении представляют собой скобы, проволоку или другой нитеобразный нерастяжимый материал.
Биполярная пластина включает, изготовленный из электропроводного углеродсодержащего материала или металла, пластинчатый элемент 6 с анодной стороной 7 и катодной стороной 8.
На анодной стороне 7 пластины по ее периметру выполнен выступ 9 с выемкой 10 под уплотнительную прокладку (на чертежах не показаны). Проточный канал 11 для прохождения топливного газа образован внутренними стенками выступа 9.Катодная сторона 8выполнена с выступами 12, распределенными по всей ее поверхности, с образованием проточных каналов 13 для газа-окислителя. Таким образом, вся поверхность катодной стороны пластины с распределенными на ней определенным образом, выступами 12, будет являться активной областью биполярной пластины. Пластинчатый элемент 6 выполнен с выступами-утолщениями 14расположенными на противолежащих (противоположных) концах его катодной стороны 8. Выступы 1 Преимущественно имеют прямоугольную форму, при этом углы, расположенные ближе к центру пластины являются сглаженными (скругленными). В зоне утолщений 14 выполнены сквозные отверстия 15, являющиеся топливоподводящими каналами и кольцевые выемки 16 под уплотнительные прокладки (на чертежах не показаны).
Катодная сторона 8а монополярной пластины 2 также как и у биполярной пластины выполнена с выступами 12а, распределенными по всей ее поверхности, с образованием проточных каналов 13а для газа-окислителя. Таким образом, вся поверхность катодной стороны 8а монополярной пластины 2 с распределенными на ней определенным образом, выступами 12а, будет являться активной областью. Пластинчатый элемент 6а выполнен с выступами- утолщениями 14а расположенными на противолежащих (противоположных) концах его катодной стороны 8а. Выступы 14а повторяют форму выступов 14 биполярной пластины, т.е. преимущественно имеют прямоугольную форму, при этом углы, расположенные ближе к центру пластины являются сглаженными (скругленными).В зоне утолщений 14а выполнены кольцевые выемки 16а под уплотнительные прокладки (на чертежах не показаны).
Все выступы 12 и 12а на катодной стороне моно- и биполярных пластинах имеют одинаковую высоту. Высота утолщений 14 и 14а равна высоте выступов 12 и 12а.
Габаритные размеры моно- и биполярной пластине образце составляют по длине 25-35 см и по ширине 15-25 см. Активная область пластин, используемых для изготовления батарей топливных элементов таких габаритов, была увеличена, т.к. с этим напрямую связана удельная мощность батареи, а также удобство и эффективностьее эксплуатации.
Моно- и биполярные пластины в образце изготавливаются из непроницаемого для водорода материала с низким удельным электрическим сопротивлением.
Порядок распределения выступов по поверхности катодной стороны 8 и 8а подбирался экспериментальным путем и с учетом теоретических расчетов.
На периферийных частях (по периметру пластины) выступы распределены равномерно в линейном порядке, что обеспечивает равномерное поступление газа-окислителя в активную область пластины. Кроме того, такое распределение выступов обеспечивает необходимую герметизацию батареи топливных элементов при размещении уплотнительных прокладокв выемках 10.
В областях, прилегающих к утолщениям прямоугольной формы с двумя скругленными углами (в зоне сквозных отверстий), выступы расположены по дугообразным линиям, а в центральной части катодной стороны пластины - хаотично.
Такое расположение выступов способствует максимальным завихрениям потока газа-окислителя в активной области, что обеспечивает эффективное пассивное охлаждение за счет естественной конвекции или активное охлаждение при подключении к батарее вентилятора.
Таким образом, выполнение БТЭ с предложенной организацией сборки элементов между собой (посредством нерастяжимых нитеобразных элементов, уложенных в выемки по краям концевых пластин), позволяет достичь максимального процента рабочей площади (активной зоны) биполярной пластины от общей ее площади. В связи с чем, предложенная конструкция без потери мощностных показателей может быть использована в ограниченных пространствах под БТЭ.

Claims

9
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Батарея топливных элементов, включающая две концевые пластины, одну монополярную и не менее двух биполярных пластин с мембранноэлектродными блоками, при этом по краям одной из плоскостей каждой концевой пластины выполнены соответственно продольные и поперечные выемки под стягивающие батарею элементы. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что концевые пластины выполнены из металла, стеклотекстолита или пластика, а монополярная и биполярная пластины выполнены из металла или электропроводного углеродсодержащего материала. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что на одной из концевых пластин выполнены отверстия для подвода и отвода топливного газа. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что стягивающие элементы выполнены в виде нерастяжимой нити, проволоки, скобы. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что монополярная пластина выполнена с проточными каналами для газа-окислителя, образованными за счет размещения выступов по всей поверхности пластин, причем выступы на периферийных частях распределены равномерно в линейном порядке. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что биполярные пластины и мембранноэлектродные блоки выполнены со сквозными отверстиями для топливного газа. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что биполярные пластины выполнены с проточными каналами для газа-окислителя, образованными за счет размещения выступов по всей поверхности пластины, причем выступы на периферийных частях распределены равномерно в линейном порядке, в областях, прилегающих к сквозным отверстиям топливоподводящих каналов - по дугообразным линиям. Батарея по п.п.5 или 7, отличающаяся тем, что все выступы имеют одинаковую высоту. Биполярная пластина батареи топлывных элементов, включающая пластинчатый элемент с анодной и катодной сторонами, проточными каналами для топливного газа и для газа-окислителя, на анодной и катодной сторонах соответственно, и с топливоподводящими каналами, выполненными в виде сквозных отверстий по краям пластинчатого элемента, при этом проточный канал образован за счет размещения выступа по всему периметру анодной стороны пластинчатого элемента, а проточные каналы для газа-окислителя на катодной стороне пластинчатого элемента образованы за счет размещения выступов по всей её поверхности, причем выступы на периферийных частях катодной стороны распределены равномерно в линейном порядке, в областях, прилегающих к сквозным отверстиям топливоподводящих каналов - по дугообразным линиям, а в центральной части - неравномерно, при этом все выступы имеют одинаковую высоту. Пластина по п.9, отличающаяся тем, что она выполнена из электропроводного углеродсодержащего материала или металла. Пластина по п.9, отличающаяся тем, что на противоположных концах ее катодной стороны расположены выступы - утолщения преимущественно прямоугольной формы с двумя скругленными углами, а в утолщениях выполнены кольцевые выемки под уплотнительные прокладки. Пластина по п.9, отличающаяся тем, что в выступе на её анодной стороне выполнена выемка под прокладку.
PCT/RU2021/000428 2020-10-05 2021-10-04 Батарея топливных элементов и биполярная пластина WO2022075883A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020132620 2020-10-05
RU2020132620A RU2757662C9 (ru) 2020-10-05 2020-10-05 Батарея топливных элементов и биполярная пластина

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022075883A1 true WO2022075883A1 (ru) 2022-04-14

Family

ID=78286501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/000428 WO2022075883A1 (ru) 2020-10-05 2021-10-04 Батарея топливных элементов и биполярная пластина

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2757662C9 (ru)
WO (1) WO2022075883A1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001006715A (ja) * 1999-06-21 2001-01-12 Daihatsu Motor Co Ltd 燃料電池スタック
RU2313860C2 (ru) * 2002-03-28 2007-12-27 Интелиджент Энерджи Лимитед Компрессионный сборочный узел топливного элемента
RU2326472C2 (ru) * 2003-12-05 2008-06-10 ЭлЖди ЭЛЕКТРОНИКС ИНК. Мембранно-электродный узел топливного элемента
US20170352906A1 (en) * 2016-06-03 2017-12-07 Toyota Boshoku Kabushiki Kaisha End plate
JP2020077577A (ja) * 2018-11-09 2020-05-21 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック及びその組立方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001006715A (ja) * 1999-06-21 2001-01-12 Daihatsu Motor Co Ltd 燃料電池スタック
RU2313860C2 (ru) * 2002-03-28 2007-12-27 Интелиджент Энерджи Лимитед Компрессионный сборочный узел топливного элемента
RU2326472C2 (ru) * 2003-12-05 2008-06-10 ЭлЖди ЭЛЕКТРОНИКС ИНК. Мембранно-электродный узел топливного элемента
US20170352906A1 (en) * 2016-06-03 2017-12-07 Toyota Boshoku Kabushiki Kaisha End plate
JP2020077577A (ja) * 2018-11-09 2020-05-21 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック及びその組立方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2757662C9 (ru) 2022-02-08
RU2757662C1 (ru) 2021-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101693993B1 (ko) 연료전지용 분리판
US7867666B2 (en) Fuel cell with triangular buffers for reactant gas and coolant
EP1722436B1 (en) Polymer electrolyte fuel cell and bipolar separator for the same
CN114094134A (zh) 一种双极板以及燃料电池
US20070298311A1 (en) Fuel cell separator
US3575719A (en) Compact cell construction
CN108063273B (zh) 燃料电池的单电池
KR20140018361A (ko) 연료 전지 판을 위한 유동장 구조물
RU201855U1 (ru) Биполярная пластина
US7335438B2 (en) Bipolar plate and fuel cell including the same
KR20170070575A (ko) 연료전지용 분리판
JP3894109B2 (ja) 燃料電池
US20080107952A1 (en) Bipolar separators with improved fluid distribution
US3530005A (en) Compact electrochemical cell
RU2757662C9 (ru) Батарея топливных элементов и биполярная пластина
KR102044762B1 (ko) 성능 및 내구성이 향상된 연료전지
US20080199751A1 (en) Bipolar plate for an air breathing fuel cell stack
US20070178362A1 (en) Fuel cell stack
JP2005347107A (ja) レドックスフロー電池セルおよびレドックスフロー電池
WO2008024401A1 (en) Bipolar separators with improved fluid distribution
KR20080076206A (ko) 연료전지 스택의 매니폴드
US20050008921A1 (en) Fluid flow plate for fuel cell
JP6068218B2 (ja) 燃料電池の運転方法
KR102063060B1 (ko) 연료전지 스택
JPH07135005A (ja) 燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21878099

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21878099

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1