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CN118380604A - 用于燃料电池的分隔件和燃料电池堆 - Google Patents

用于燃料电池的分隔件和燃料电池堆 Download PDF

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CN118380604A CN202410060342.6A CN202410060342A CN118380604A CN 118380604 A CN118380604 A CN 118380604A CN 202410060342 A CN202410060342 A CN 202410060342A CN 118380604 A CN118380604 A CN 118380604A
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Abstract

提供用于燃料电池的分隔件和燃料电池堆。用于燃料电池的分隔件包括：多个主通道，其被构造为面向发电单元并且允许反应气体流经主通道；供给侧歧管孔，其被构造为朝向主通道供给反应气体；排出侧歧管孔，其被构造为从主通道排出反应气体；多个供给侧连接通道，其将供给侧歧管孔和主通道彼此连接；和多个排出侧连接通道，其将排出侧歧管孔和主通道彼此连接。供给侧连接通道和排出侧连接通道中的至少一者具有朝向发电单元突出的突出部，突出部部分地设置在连接通道的延伸方向上。

Description

用于燃料电池的分隔件和燃料电池堆
技术领域
本公开涉及用于燃料电池的分隔件和燃料电池堆。
背景技术
日本特开2022-178919号公报公开了通过堆叠多个单电池而形成的燃料电池堆。每个单电池均包括发电单元和两个分隔件，该两个分隔件将发电单元保持在它们之间。每个分隔件均包括在单电池的堆叠方向上延伸穿过分隔件的供给孔和排出孔。反应气体流经供给孔和排出孔。每个分隔件的表面中的包括面向发电单元的对向面的一者包括供反应气体流经的通道槽和配置在相邻通道槽之间的肋。每个通道槽均包括设置在对向面上的主通道、将供给孔和主通道彼此连接的供给侧连接通道、以及将主通道和排出孔彼此连接的排出侧连接通道。每个分隔件均包括金属基部。基部是通过冲压而形成的。
在这样的燃料电池堆中，当对分隔件的基部进行冲压时，围绕供给孔的部分、围绕排出孔的部分和通道槽特别大幅度地变形。这容易在分隔件的基部中产生残余应力。结果，分隔件可能翘曲。
发明内容
提供本发明内容是为了以简化的形式引入以下在具体实施方式中进一步说明的构思的选择。本发明内容不旨在识别所要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不旨在用于辅助确定所要求保护的主题的范围。
在一个总体方面中，一种用于燃料电池的分隔件。所述分隔件被构造为面向所述燃料电池的发电单元，所述分隔件包括：多个主通道，其被构造为面向所述发电单元并且允许反应气体流经所述主通道；供给侧歧管孔，其被构造为朝向所述主通道供给所述反应气体；排出侧歧管孔，其被构造为从所述主通道排出所述反应气体；多个供给侧连接通道，其将所述供给侧歧管孔和所述主通道彼此连接；和多个排出侧连接通道，其将所述排出侧歧管孔和所述主通道彼此连接。所述供给侧连接通道和所述排出侧连接通道中的至少一者具有朝向所述发电单元突出的突出部，所述突出部部分地设置在所述连接通道的延伸方向上。
在另一总体方面中，一种燃料电池堆，其包括堆叠的单电池。每个所述单电池均包括发电单元、第一分隔件和第二分隔件。所述第一分隔件和所述第二分隔件将所述发电单元保持在所述第一分隔件和所述第二分隔件之间。每个所述单电池的所述第一分隔件与另一单电池的所述第二分隔件相邻。所述第一分隔件和所述第二分隔件中的至少一者是所述用于燃料电池的分隔件并且包括在与设置有所述主通道的表面相反的表面上的冷却通道。所述冷却通道被构造为允许冷却剂流经所述冷却通道。所述冷却通道位于相邻的一对所述连接通道之间。所述突出部设置在所述连接通道中的至少一者的整个宽度上。在与设置有所述主通道的表面相反的表面上设置有槽。所述槽由所述突出部形成并将相邻的一对所述冷却通道彼此连接。
从以下具体实施方式、附图和权利要求书，其它特征和方面将变得明显。
附图说明
图1是根据一个实施方式的燃料电池堆的单电池的分解立体图。
图2是图1所示的阴极侧分隔件的平面图。
图3是沿着图2的线3-3截取的截面图，主要示出阴极侧分隔件和与包括该阴极侧分隔件的单电池相邻的另一单电池的阳极侧分隔件。
图4是沿着图2的线4-4截取的截面图。
图5是示出根据变型例的突出部的截面图。
在附图和详细说明中，相同的附图标记指代相同的要素。附图可能不是按比例绘制的，并且为了清晰、说明和方便，附图中元素的相对大小、比例和描画可能被放大。
具体实施方式
本说明提供了对所描述的方法、设备和/或系统的全面理解。所描述的方法、设备和/或系统的变型和等效方案对于本领域技术人员来说是明显的。操作序列是示例性的，并且可以被改变为对于本领域技术人员而言显而易见的操作序列，但必须以特定顺序发生的操作除外。可以省略对本领域技术人员而言公知的功能和构造的说明。
示例性实施方式可以具有不同的形式，并且不限于所描述的示例。然而，所描述的示例是彻底和完整的，并且将本公开的全部范围传达给本领域技术人员。
在本说明书中，“A和B中的至少一者”应理解为是指“仅A、仅B、或A和B两者”。
在此将参照图1至图4说明根据实施方式的用于燃料电池的分隔件和燃料电池堆。出于说明的目的，图中结构的某些部分被放大或简化，并且结构的尺寸比例可能与实际比例不同。
如图1所示，燃料电池堆包括堆叠在一起的多个单电池90。
单电池90
每个单电池90均包括膜电极气体扩散层组件(以下称为发电单元10)、具有电绝缘特性并围绕发电单元10的框架构件20、阴极侧分隔件30和阳极侧分隔件40。阴极侧分隔件30和阳极侧分隔件40将发电单元10和框架构件20保持在阴极侧分隔件30和阳极侧分隔件40之间。单电池90整体上是矩形板。
在以下说明中，单电池90所堆叠的方向将被称为第一方向X。
此外，将单电池90的长边延伸的方向称为第二方向Y，将单电池90的短边延伸的方向称为第三方向Z。
单电池90包括用于将燃料气体、冷却剂和氧化剂气体引入到单电池90中的供给侧歧管孔94、95、96。此外，单电池90包括用于将单电池90中的燃料气体、冷却剂和氧化剂气体排出到外部的排出侧歧管孔97、98、99。
供给侧歧管孔94、95、96和排出侧歧管孔97、98、99均在第一方向X上延伸穿过单电池90。供给侧歧管孔94和排出侧歧管孔98、99设置在单电池90的第二方向Y上的一侧(如从图1观察的左侧)。排出侧歧管孔97和供给侧歧管孔95、96设置在单电池90的第二方向Y上的另一侧(如从图1观察的右侧)。供给侧歧管孔94和排出侧歧管孔98、99在彼此间隔开的情况下在第三方向Z上按顺序配置。排出侧歧管孔97和供给侧歧管孔95、96在彼此间隔开的情况下在第三方向Z上按顺序配置。
发电单元10
如图1所示，发电单元10包括固体聚合物电解质膜(未示出；以下称为电解质膜)和分别设置在电解质膜的两相反表面上的电极11、12。在本实施方式中，接合到电解质膜(未示出)的第一方向X上的一侧(如从图1观察的上侧)的电极是阴极11。此外，接合到电解质膜的第一方向X上的另一侧(图1中的下侧)的电极是阳极12。电极11、12均包括接合到电解质膜的催化剂层(未示出)和接合到催化剂层的气体扩散层(未示出)。
框架构件20
框架构件20设置在阴极侧分隔件30和阳极侧分隔件40之间。框架构件20是在第二方向Y上长的大致矩形的板。框架构件20由例如塑料制成。
框架构件20包括供给侧歧管孔24、25、26和排出侧歧管孔27、28、29，它们分别是供给侧歧管孔94、95、96和排出侧歧管孔97、98、99的一部分。
框架构件20在中央包括开口21。发电单元10的周部从第一方向X上的一侧(从如从图1观察的上侧)接合到开口21的内边缘。
阴极侧分隔件30
如图1所示，阴极侧分隔件30配置成面向发电单元10的阴极11。阴极侧分隔件30包括金属基部(例如不锈钢)和覆盖基部的表面的导电层。阴极侧分隔件30的基部通过冲压形成。
阴极侧分隔件30包括供给侧歧管孔34、35、36和排出侧歧管孔37、38、39，它们分别是供给侧歧管孔94、95、96和排出侧歧管孔97、98、99的一部分。
阴极侧分隔件30包括与框架构件20和发电单元10重叠的第一表面30a、以及作为与第一表面30a相反的一侧的表面的第二表面30b。
阴极侧分隔件30包括供氧化剂气体流经的槽通道50和供冷却剂流经的冷却通道58。槽通道50设置在第一表面30a中。冷却通道58设置在第二表面30b中。
图1以简化的方式示出了包括槽通道50的部分的外边缘和包括冷却通道58的部分的外边缘。
阳极侧分隔件40
如图1所示，阳极侧分隔件40配置成面向发电单元10的阳极12。阳极侧分隔件40包括金属基部(例如不锈钢)和覆盖基部的表面的导电层。阳极侧分隔件40的基部通过冲压形成。
阳极侧分隔件40包括供给侧歧管孔44、45、46和排出侧歧管孔47、48、49，它们分别是供给侧歧管孔94、95、96和排出侧歧管孔97、98、99的一部分。
阳极侧分隔件40包括与框架构件20和发电单元10重叠的第一表面40a、以及作为与第一表面40a相反的一侧的表面的第二表面40b。
阳极侧分隔件40包括供燃料气体流经的槽通道60和供冷却剂流经的冷却通道68。槽通道60设置在第一表面40a中。槽通道68设置在第二表面40b中。
图1以简化的方式示出了阳极侧分隔件40中的包括槽通道60的区段的外边缘和阳极侧分隔件40中的包括冷却通道68的区段的外边缘。
在此将说明阴极侧分隔件30的构造。图2示出了图1中的阴极侧分隔件30垂直倒置的状态。
如图2所示，槽通道50将供给侧歧管孔36和排出侧歧管孔39彼此连接。肋56设置在槽通道50之间(见图3)。槽通道50包括主通道51、供给侧连接通道52和排出侧连接通道53。主通道51面向发电单元10。供给侧连接通道52分别将供给侧歧管孔36连接到主通道51。排出侧连接通道53分别将主通道51连接到排出侧歧管孔39。因此，氧化剂气体通过供给侧连接通道52从供给侧歧管孔36供给到主通道51。流经主通道51的氧化剂气体通过排出侧连接通道53排出到排出侧歧管孔39。
供给侧连接通道52和排出侧连接通道53在阴极侧分隔件30的平面方向上关于中心C对称。这样，在以下说明中，将说明排出侧连接通道53的构造，并且在一些情况下可以省略供给侧连接通道52的构造。
如图2所示，排出侧连接通道53均具有朝向发电单元10突出的突出部54。每个突出部54均部分地设置在对应的排出侧连接通道53的延伸方向上。供给侧连接通道52和排出侧连接通道53均具有突出部54。每个突出部54均延伸经过对应的排出侧连接通道53的整个宽度。排出侧连接通道53均具有突出部54。在本实施方式中，突出部54位于沿第三方向Z延伸的虚拟线V上。
图3示出了由阴极侧分隔件30和与包括该阴极侧分隔件30的单电池90(以下称为单电池90A)相邻的另一单电池90(以下称为单电池90B)的阳极侧分隔件40限定的冷却通道78。
阴极侧分隔件30的每个冷却通道58均位于相邻的一对槽通道50之间。阳极侧分隔件40的每个冷却通道68均位于相邻的一对槽通道60之间。
阴极侧分隔件30的每个冷却通道58和阳极侧分隔件40的对应的冷却通道68形成冷却通道78。
如图3和图4所示，阴极侧分隔件30的第二表面30b包括由突出部54形成的槽55。每个槽55均将相邻的一对冷却通道58彼此连接。
如图4所示，各突出部54的从排出侧连接通道53的底面53a的突出量在排出侧连接通道53的延伸方向上是恒定的。
在此将说明本实施方式的作用。
突出部54增加了供给侧连接通道52和排出侧连接通道53的刚性。
如图3中的箭头所示，冷却剂穿过槽55从彼此相邻的一个冷却通道58流动到另一个冷却通道58。冷却通道58和槽55因此被冷却剂冷却。
本实施方式具有以下优点。
(1)供给侧连接通道52和排出侧连接通道53均具有朝向发电单元10突出的突出部54。每个突出部54均部分地设置在对应的连接通道的延伸方向上。
该构造以上述方式起作用，因此限制了阴极侧分隔件30的翘曲。
(2)每个突出部54均延伸经过供给侧连接通道52和排出侧连接通道53中的对应的一者的整个宽度。
利用这种构造，突出部54进一步增加了供给侧连接通道52和排出侧连接通道53的刚性。这进一步限制了阴极侧分隔件30的翘曲。
(3)在所有的供给侧连接通道52和排出侧连接通道53中都设置有突出部54。
利用这种构造，突出部54增加了供给侧连接通道52和排出侧连接通道53中的每一者的刚性。这进一步限制了阴极侧分隔件30的翘曲。
(4)供给侧连接通道52和排出侧连接通道53均具有突出部54。
利用这种构造，突出部54增加了供给侧连接通道52和排出侧连接通道53两者的刚性。这进一步限制了阴极侧分隔件30的翘曲。
(5)供给侧连接通道52和排出侧连接通道53在阴极侧分隔件30的平面方向上关于中心C对称。
这种构造以在阴极侧分隔件30的平面方向上围绕中心C良好平衡的方式改善了阴极侧分隔件30的刚性。这进一步限制了阴极侧分隔件30的翘曲。
(6)阴极侧分隔件30的每个冷却通道58均位于相邻的一对连接通道52、53之间。每个突出部54均延伸经过对应的连接通道52、53的整个宽度。第二表面30b包括槽55，每个槽55均由突出部54形成并且将相邻的一对冷却通道58彼此连接。
利用这种构造，设置在连接通道52、53中的突出部54形成槽55，每个槽55将相邻的一对冷却通道58彼此连接。流经冷却通道58的冷却剂流经槽55。槽55增加了冷却通道58的表面积。这改善了燃料电池堆的冷却效率。
变型例
上述实施方式可以变型如下。只要组合的变型例在技术上保持彼此一致，就可以组合上述实施方式和以下变型例。
如图5所示，突出部540的突出量可以朝向氧化剂气体的流动方向上的下游侧增加。这限制了由突出部540导致的氧化剂气体的压力损失的增加。
在上述实施方式中，在阴极侧分隔件30的每个槽55和与具有该阴极侧分隔件30的单电池90A不同的单电池90B的阳极侧分隔件40之间设置间隙，但本公开不限于此。另一单电池90B的阳极侧分隔件40的面向槽55的部分可以以消除上述间隙的方式与槽55的整个底面接触。
在上述实施方式中，供给侧连接通道52和排出侧连接通道53在阴极侧分隔件30的平面方向上关于中心C对称。然而，本公开不限于此。供给侧连接通道52和排出侧连接通道53可以在阴极侧分隔件30的平面方向上关于中心C不对称。
供给侧连接通道52或排出侧连接通道53的突出部54可以被省略。即使在这种情况下，在供给侧连接通道52和排出侧连接通道53中，具有突出部54的连接通道的刚性增加。
在上述实施方式中，所有的供给侧连接通道52都设置有突出部54。然而，本公开不限于此。突出部54设置在至少一个供给侧连接通道52中就足够了。即使在这种情况下，设置有突出部54的供给侧连接通道52的刚性也增加。这同样适用于排出侧连接通道53。
在上述实施方式中，每个突出部54均延伸经过对应的供给侧连接通道52的整个宽度。然而，本公开不限于此。突出部54可以部分地设置在供给侧连接通道52的宽度方向上。这同样适用于排出侧连接通道53。
附加于阴极侧分隔件30或代替阴极侧分隔件30，阳极侧分隔件40可以设置有突出部54。
在不脱离权利要求及其等效方案的精神和范围的情况下，可以对上述示例进行形式和细节上的各种改变。示例仅仅是出于说明目的，而不是出于限制目的。各示例中的特征的说明将被认为适用于其它示例中的类似特征或方面。如果以不同次序执行顺序和/或如果所说明的系统、架构、装置或电路中的部件以不同的方式组合和/或由其它部件或其等效方案替换或补充，也可以获得合适的结果。本公开的范围不是由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等效方案限定。权利要求范围内的所有变化及其等效方案都包括在本公开中。

Claims (6)

1.一种用于燃料电池的分隔件，所述分隔件被构造为面向所述燃料电池的发电单元，所述分隔件包括：
多个主通道，其被构造为面向所述发电单元并且允许反应气体流经所述主通道；
供给侧歧管孔，其被构造为朝向所述主通道供给所述反应气体；
排出侧歧管孔，其被构造为从所述主通道排出所述反应气体；
多个供给侧连接通道，其将所述供给侧歧管孔和所述主通道彼此连接；和
多个排出侧连接通道，其将所述排出侧歧管孔和所述主通道彼此连接，
其中，所述供给侧连接通道和所述排出侧连接通道中的至少一者具有朝向所述发电单元突出的突出部，所述突出部部分地设置在所述连接通道的延伸方向上。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的分隔件，其中，所述突出部配置在对应的所述连接通道的整个宽度上。
3.根据权利要求1所述的用于燃料电池的分隔件，其中，全部所述供给侧连接通道、全部所述排出侧连接通道、或者全部所述供给侧连接通道和所述排出侧连接通道都具有所述突出部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于燃料电池的分隔件，其中，所述供给侧连接通道中的至少一者和所述排出侧连接通道中的至少一者均具有所述突出部。
5.根据权利要求4所述的用于燃料电池的分隔件，其中，
所述供给侧连接通道和所述排出侧连接通道均具有所述突出部，以及
所述供给侧连接通道和所述排出侧连接通道在所述用于燃料电池的分隔件的平面方向上关于中心对称。
6.一种燃料电池堆，其包括堆叠的单电池，每个所述单电池均包括发电单元、第一分隔件和第二分隔件，所述第一分隔件和所述第二分隔件将所述发电单元保持在所述第一分隔件和所述第二分隔件之间，其中，
每个所述单电池的所述第一分隔件与另一单电池的所述第二分隔件相邻，所述第一分隔件和所述第二分隔件中的至少一者是根据权利要求1至5中任一项所述的用于燃料电池的分隔件并且包括在与设置有所述主通道的表面相反的表面上的冷却通道，所述冷却通道被构造为允许冷却剂流经所述冷却通道，其中，
所述冷却通道位于相邻的一对所述连接通道之间，
所述突出部设置在所述连接通道中的至少一者的整个宽度上，以及
在与设置有所述主通道的表面相反的表面上设置有槽，所述槽由所述突出部形成并将相邻的一对所述冷却通道彼此连接。
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