燃料電池隔板及包含該隔板的燃料電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及燃料電池隔板和包含該隔板的燃料電池，更具體地，涉及這樣的燃料電池隔板，即通過引導反應物垂直于形成于隔板中的通道的長度側流動，而改善反應物的擴散能力和反應效率。
【背景技術】
[0002]典型地，當將金屬隔板應用于燃料電池時，其結構包括具有用于反應物和冷卻水的通道的金屬隔板、用于促進反應物的擴散的一對氣體擴散層(GDL)和產生化學反應并且被設置在氣體擴散層之間的膜電極組件。
[0003]—般來說，在每個隔板內，重復地形成通道和槽脊(land)，其中反應物按與冷卻水的流動方向相同的方向流經通道，槽脊與GDL接觸。陽極隔板和陰極隔板的通道是對稱的，所以隔板間的空間被用作冷卻通道。
[0004]此外，為提高燃料電池的性能，可以期望的是通過減少隔板中的通道間隙而使施加在GDL和MEA上的表面壓力更均勻，并提供在整個反應表面上大致恒定傳輸的GDL，。然而，由于在制造期間所造成的諸如裂紋和回彈的缺點，可使隔板中的通道間隙的減少受到限制。另外，其它問題可使性能惡化。
[0005]例如，反應物的擴散以及產生的水的排放可能減少。當通道間距較大時，應力可集中于在隔板和GDL之間接觸的槽脊上，因此造成不均勻的表面壓力。因此，GDL的多孔結構可被破壞并且GDL中的傳輸可能惡化，使得擴散反應物和排放產生的水的能力可能降低。此外，隨著通道內的應力減小，GDL可滲透至通道，從而抑制反應物的流動。此外，當碳纖維在被損傷的GDL的槽脊部分滲透到電極膜時，可能損壞電極膜。
[0006]此外，可能出現導電率的不均勻。在露出GDL的通道內，可充分供應反應物，從而可積極產生化學反應。同時，由于GDL和MEA間的不充足的表面壓力可增加接觸電阻，使得通過反應形成的電子不能移動至集電極。.
[0007]上述僅旨在增強對本發明的背景的理解，并非旨在本發明落入本領域技術人員已知的現有技術的范圍內。
【發明內容】
[0008]本發明提供了一種燃料電池隔板，其具有垂直于反應物的流動而形成的通道，沿通道的側面形成以形成用于反應物的流動路徑的多個孔。特別地，用于反應物流入和流出的孔可形成為不同的高度。在另一個方面，本發明提供了包括燃料電池隔板的燃料電池。
[0009]在示例性實施例中，燃料電池隔板可包括:多個通道；以及入口和出口，所述入口和出口沿通道的第一側和第二側形成使得被引入至通道的反應物垂直于通道流動。具體地，在通道中，入口可位于比出口更高的位置。
[0010]入口和出口不位于同一線上。特別地，入口和出口可分別沿通道的第一長度側和第二長度側形成，并且可以彼此間隔預定的距離形成。入口的中心點可位于比出口的中心點高的位置。隔板可被彎成具有彎曲頂部和彎曲底部的鋸齒形狀。因此，可被進一步提供在燃料電池中的催化劑層可與隔板的彎曲底部的下表面接觸，并且通道可被形成作為隔板與催化劑層之間的閉合區間(closed-sect1n)。
[0011]入口的中心點可大致位于比催化劑層和隔板的彎曲頂部之間的中心點更高的位置。出口的中心點可位于比催化劑層和隔板的彎曲頂部之間的中心點更低的位置(例如下方)。入口可延伸至隔板的彎曲頂部，使得隔板的彎曲頂部可包括入口的一部分。出口可延伸至隔板的彎曲底部，使得隔板的彎曲底部可包括出口的一部分。隔板可形成為鋸齒形，并且可與隔板的彎曲頂部接觸的面板可被設置在隔板的頂部上。
[0012]在另一個示例性實施例中，燃料電池可包括具有上述結構的燃料電池隔板。特別地，因為燃料電池隔板的入口和出口可交替地布置，并且不在同一線上，所以，可改善燃料電池中的反應物的擴散，并且可增加與燃料電池的催化劑層的反應效率。根據各種示例性實施例，通過在入口和出口之間做出高度差，可以實質上改善經入口流入的反應物和催化劑層之間的反應效率。
【附圖說明】
[0013]結合所附附圖，本發明的上述和其它目的、特征和優點將從下面的詳細說明中被更清楚地理解，其中:
[0014]圖1示出根據本發明的示例性實施例的示例性燃料電池隔板和包括燃料電池隔板的示例性燃料電池；
[0015]圖2是根據本發明的示例性實施例的示例性燃料電池隔板的平面圖；
[0016]圖3是根據本發明的示例性實施例的沿圖1的線A-A的示例性燃料電池隔板的剖面圖；
[0017]圖4是根據本發明的示例性實施例的沿圖1的線B-B的示例性燃料電池隔板的剖面圖；
[0018]圖5是根據本發明的示例性實施例，在沿圖1的線A-A的示例性燃料電池隔板的截面內的反應物的示例性的流動；
[0019]圖6是根據本發明的示例性實施例，在沿圖1的線B-B的示例性燃料電池隔板的截面內的反應物的示例性的流動；以及
[0020]圖7是根據本發明的示例性實施例的入口和出口的高度差異，比較示例性燃料電池的電壓輸出的圖解。
【具體實施方式】
[0021]本文所使用的術語僅用于描述特定實施例的目的，并不是要限制本發明。如本文所用，單數形式“一”、“一個”和“所述”意圖在于也包括復數形式，除非上下文另有明確地指示。還應理解的是，用語“包括”和/或“包含”當在本說明書中使用時，其指所述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但不排除一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合的存在或添加。如在此使用的，術語“和/或”包括一個或多個相關所列事項的任何和所有組合。
[0022]下面將參考附圖對根據本發明的各種實施例的燃料電池隔板和包括燃料電池隔板的燃料電池進行說明。
[0023]圖1示出根據本發明的示例性實施例的示例性燃料電池隔板和包括燃料電池隔板的示例性燃料電池。圖1中的燃料電池隔板100可包括:多個通道110 ;以及入口 111和出口 113，入口 111和出口 113沿通道110的第一側和第二側形成使得被引入通道110的反應物可垂直于通道110的長度側流動。特別地，入口 111可位于比出口 113更高的位置(例如，在更高的水平面或上方)。
[0024]根據本發明的示例性實施例的示例性燃料電池，隔板100可被彎成具有彎曲頂部和彎曲底部的鋸齒(zigzag)形狀，并且可還包括與隔板100的彎曲底部的下表面接觸的催化劑層200。特別地，形成于隔板100和催化劑層200之間的通道110可以是閉合區間。
[0025]此外，與隔板100的彎曲頂部接觸的面板300可包括由隔板100和面板300之間的閉合區間形成的副通道130。面板300可防止流經入口 111和出口 113的反應物滲漏并且可維持燃料電池之間的氣密性(例如，空氣密封)。催化劑層200可由膜電極組件(MEA)和在MEA兩側的一對氣體擴散層(GDL)組成。催化劑層200可包括MEA。當然，催化劑層200的結構可應用于各種示例性實施例中，而無限制。
[0026]入口 111和出口 113可被形成為穿過通道110的第一側和第二側的孔，使得通過入口 111引入的反應物可通過通道110被排放至出口 113，并且沿副通道130移動的反應物可通過它們的入口 111流入相鄰的通道110。反應物可包括氫氣、空氣、冷卻水中的至少任意一種并且還可以是不包括它們的其它反應物。特別地，為了改善反應物的擴散，入口 111和出口 113分別不位于同一線上。也就是，如上所述，通過入口 111引入的反應物可沿通道111通過預定的距離，然后通過出口 113流到外側，使得反應物可留在通道110內，以增加與催化劑層200的反