燃料电池的单极端板及包括一所述板的燃料电池

摘要

质子交换膜型燃料电池的单极端板(4)包括连接至封闭板(42)的阴极的或阳极的单极半板(41)。所述单极半板在其中央部分包括阴极的或阳极的活性区(411)，并且如果所述单极半板为阴极，则该单极半板在其周边部分包括至少两助燃剂盒(413)，或者如果所述单极半板为阳极，则该单极半板在其周边部分包括至少两燃料盒。各助燃剂盒或燃料盒包括至少一通路(414)，所述通路通向所述活性区(411)的外部，以允许助燃剂或燃料在所述单极半板侧于所述单极板的外部循环，所述助燃剂盒或燃料盒不具有通向所述封闭板中央区的开口，从而所述封闭板的中央区既不会被燃料也不会被助燃剂触及。

说明书

技术领域

[01]本发明涉及质子交换膜型燃料电池的单极端板。

背景技术

[02]质子交换膜燃料电池是通过在例如含氢气体的燃料与例如含氧气体的助燃剂之间的电化反应产生电流的装置，所述燃料与助燃剂之间被由固态电解质构成的壁隔开。

[03]在一所述装置中，当燃料为含氢气体而助燃剂为含氧气体时，含氢气体和含氧气体起反应以生成水，同时产生可以作为不同用途的电流。

[04]通常，燃料电池由反应电池或单元电池层叠组合而成，各电池由被插入两双极板之间的膜电极组件构成，所述双极板包括通路，所述通路一方面用于保证燃料循环，另一方面保证助燃剂循环，最后保证例如水的载热流体循环。膜电极组件是本领域已知的多层材料，其包括由严格意义上的固态电解质膜构成的一层，该层被设置在两活性层之间，所述两活性层一方面构成阴极，另一方面构成阳极，且这两个活性层本身被两外部层和一扩散层包覆。

[05]单元电池堆通常被保持紧固在由螺杆压紧的两端板之间，所述螺杆从一端板延伸至另一端板并穿过单元电池堆。

[06]在燃料电池的端部之一，会看到包覆在集流器上的阳极单极板，且在另一端部，可看到包覆在另一集流器上的阴极单极板。组件被端板和装配拉杆机械地保持。

[07]通常，单极端板由具有良好抗腐蚀性能并具有良好导电性能的材料制成，所述材料为例如石墨、浸有聚合物的石墨或软石墨片的含碳材料。

[08]这些零件通常通过机械加工或模制成型，从而一方面在一活性表面上界定出用于反应气体的循环通路，且在相反的表面上界定出与集流板相接触的一接触表面。

[09]这种技术的缺点尤其在于必须实现特殊的单极端板，所述单极端板与用于电池堆组件实现的双极板不同。因此造成成本显著的增加。

发明内容

[10]本发明的目的在于弥补所述缺点，而提出质子交换膜燃料电池用的单极端板，其包括由冲压获得的双极半板装配体构成的双极板，且能以比已知单极端板的制造方法更经济的方法被制造。

[11]为此，本发明的目的在于提出质子交换膜型燃料电池的单极端板，所述单极端板包括连接至封闭板的阴极的或阳极的单极半板，所述单极半板在其中央部分包括阴极的或阳极的活性区，并且如果所述单极半板为阴极，则该单极半板在其周边部分包括至少两助燃剂盒，或者如果所述单极半板为阳极，则该单极半板在其周边部分包括至少两燃料盒，各助燃剂盒或燃料盒包括至少一通路，所述通路通向所述活性区的外部，以允许助燃剂或燃料在所述单极半板侧于所述单极板的外部循环，所述助燃剂盒或燃料盒不具有通向所述封闭板中央区的开口，从而所述封闭板的中央区既不会被燃料也不会被助燃剂触及。

[12]优选地，至少所述单极半板在其周边包括至少两载热流体盒；并且，所述单极半板的中央部分和所述封闭板的中央部分在它们之间界定出载热流体的循环空间，该空间通过连接通路与所述载热流体盒相连通。

[13]所述封闭板的中央部分与阴极或阳极的单极半板的中央部分相同，这取决于它所连接的单极半板相应地为阳极还是阴极。

[14]所述封闭板可以是集流板。

[15]优选地，至少一装配端体包括按照本发明的一单极端板、及电流的集流部件。

[16]所述集流部件例如是与所述单极端板的封闭板相接触的集流板。

[17]此外，所述装配端体另外包括周边间的垫圈、与端板，其中所述垫圈保证所述单极端板和所述电流的集流部件之间的密封性。

附图说明

[18]本发明现将在以下根据附图、以非局限性方式被更明确地描述，其中：

[19]-图1是质子交换膜燃料电池的一装配端体的后四分之三的透视分解图；且

[20]-图2是与图1所示相同的燃料电池的装配端体的前四分之三的透视分解图。

具体实施方式

[21]图1和图2所示的燃料电池的装配端体由包括端板1、集流板2、周边垫圈3及单极端板4叠合而构成，所述单极端板4包括用来与反应膜电极组件相配合的活性表面41、以及用来与集流板2相接触的关闭后表面42。

[22]单极端板4由两半板410和420的装配体构成。根据装配端体是用于设置在燃料电池的阴极端还是相应地阳极端的装配体，对应于活性表面41的半板410为阴极或阳极的单极半板。该阴极或阳极的单极半板与燃料电池双极板的阴极或阳极的单极半板相同。

[23]阴极或阳极的单极半板410包括中央活性区411，所述中央活性区由被边框412围绕的冲压而成的通路构成，其包括用于接收活性流体的开口413，如果单极半板为阴极半板，则所述活性流体为助燃剂，而如果单极半板为阳极半板，则所述活性流体为燃料。

[24]用于使活性流体沿燃料电池纵向地循环的所述开口413，通过通路414被连接至通向单极半板外部的开口415，从而允许通过集流开口413到达的活性流体进行循环，所述集流开口413构成单极半板的中央活性区411表面上的流体盒。

[25]单极半板还包括周边开口416，所述周边开口被用于形成经流体盒413供给的活性流体的补充活性流体盒。当单极半板410为阴极时，流体盒416被用来为电池提供燃料，而相反地，当单极半板为阳极时，流体盒416被用来输送助燃剂。这些流体盒416不通向单极半板的表面，因而在这种设置下，当供给电池流体时，单极半板410的活性表面411仅被供给与相关单极端板的半板性质相对应的流体。

[26]单极端板4的第二表面42包括与位于活性表面上的单极板410互补的单极板420，所述单极板420包括与双极板的中央活性区相同的中央区421，如果单极半板410的中央活性区411为阳极，则所述中央活性区421呈阴极类型，而相反地，如果半板410为阴极，则中央活性区421呈阳极类型。半板420包括围绕中央区421的周边422。所述周边422如单极半板410那样，包括相应的开口423和426，这些开口用于与单极半板410的开口413和416相配合，以形成活性流体盒。构成封闭板的所述半板420区别于单极半板之处仅在于：任何构成流体盒的开口423和426都不通向中央区421的外部。

[27]因此，由开口423和426形成的流体盒所输送的活性流体不能够触及所述封闭板的中央区421的外表面。

[28]单极半板410和封闭板420的两中央活性区411和421在它们之间界定出允许载热流体循环的空间。所述空间通过开口417和427被供给载热流体，所述开口417和427设置在单极半板410和封闭板420的周边中，且用于形成冷却流体盒，这些冷却流体盒借助连通通路与界定于单极半板和封闭板的两中央区之间的空间相连通。

[29]所获得的板组件是以金属制成的板，其以切割和冲压而成以获得所希望的形状，并且连接至封闭板的单极半板通过例如尤其实施在板周边的激光焊接等焊接方式被装配至所述封闭板。

[30]还将注意到，以上描述的单极端板的周边被设置成能够容纳保证组件密封性的垫圈3。

[31]集流板2是金属平板，被用来与封闭板420的后表面相接触，从而收集由燃料电池产生的电流。所述集流板在其中央部分包括连接柱头(plot de connexion)22，所述连接柱头能使燃料电池与操作电路相连接。

[32]最后，端板1是基本起机械作用的板。端板在其周边包括多个用来容纳例如拉杆的开口10，所述拉杆用于保证构成燃料电池的堆叠体在阴极侧的端板与阳极侧的端板之间的紧固性。所述端板还在其中央包括孔11，该孔用于使电连接柱头22通过，从而能够保证燃料电池向外部的电连接。

[33]可以不同的变型实现上述描述的堆叠体，尤其是设置在单极板上的且不用于为该单极板提供活性流体的开口可以被封闭。

[34]此外，例如，燃料电池的外连接柱头可以直接被固定在单极端板的封闭板上。在这种情况下，封闭板本身构成集流板。