用于燃料电池的金属隔板以及具有该隔板的燃料电池组的制作方法

专利名称：用于燃料电池的金属隔板以及具有该隔板的燃料电池组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于燃料电池的金属隔板以及具有该隔板的燃料电池 组，并且更具体地讲，本发明涉及一种用于燃料电池的金属隔板，其包括反 应气体通道以及冷却剂通道，并且其进一步包括连接冷却剂通道的冷却剂入 口和出口 ，并且涉及具有该隔板的燃料电池组。
另外，本发明涉及一种用于燃料电池的金属隔板，其包括防止反应气体 流入部分变形的结构，并且涉及具有该隔板的燃料电池组。
背景技术：
总体来讲，燃料电池是一种通过使用氩和氧的氧化作用和还原作用将化 学能转换为电能的发电装置。氢在阳极被氧化以分离为氢离子和电子。氢离 子通过电解质传送到阴极，而电子通过电路传送到阴极。还原作用在阴极发 生。也就是说，氢离子、电子和氧气彼此反应以产生水。
包含在燃料电池，特别是聚合物电解质薄膜燃料电池(PEMFC)中的聚 合物电解质薄膜中所含的水的量，是决定燃料电池性能的重要因素之一。这 是因为水作为传送氢离子到阴极的介质。
除了水，必须谨慎地控制温度。当燃料电池中发生反应时，因为活化损 失、在阴极的还原作用以及焦耳加热产生了大量的热。当活化催化剂时，这 种热加速电解质薄膜的含水量降低，以降低离子导电性。如果该电解质薄膜 长时间暴露在高温下，该电解质薄膜的寿命会缩短。因此，除了水分管理和 寿命改善之外，温度控制也是决定燃料电池性能的 一个重要因素。
通常，采用使用冷却剂的冷却法来控制燃料电池的温度。传统的燃料电 池使用由石墨材料或者金属材料制成的隔板。通过铣削处理在石墨隔板上形 成冷却剂通道，而通过压制处理在金属隔板上形成冷却剂通道。反应表面和 冷却表面的通路可以在石墨隔板上独立地制造。然而，反应气体通道在金属隔板上冲压处理，并且其形状按照原样被反 映在相反的表面上。因此，很难独立地形成冷却剂的通路。此外，冷却剂通 道是窄和弯曲的，因此冷却剂不能流畅地流入或者流出。
为了解决上述问题，通过在歧管和通道之间形成緩沖区域而引入冷却剂 的结构被用来将冷却剂流畅地引入没有特殊冷却剂流入结构的金属隔板。尽 管如此，冷却剂也不能很好地流入累积了大量热的隔板中间部分。另外，緩 存区域增加了隔板的尺寸。
美国专利公报6924052公开了 一种具有由蚀刻形成的冷却通路的隔板。 大量冷却剂可以被引入到累积了相对更多的反应热的隔板的中间部分。
然而，高密度的金属增加了电池组的重量。同时，可将散热片应用到隔 板。但是，它增加了电池组的体积。因为多个隔板彼此交叠，还增加了生产 成本。另一方面，可以在隔板之间安装薄板。然而，它增加了成本并导致在 电池组层叠中的结构性困难。
燃料电池包括一些组件，诸如电化学反应在其中发生的MEA (membrane-electrode assembly, 薄膜电极组件)；GDL ( gas diffusion layer, 气体扩散层)，其为在MEA的表面上均匀分散反应气体的多孔介质；以及 隔板，用于支承MEA和GDL,传递反应气体和冷却剂，以及收集和传送产 生的电力。几十到几百个组件层叠以形成燃料电池组。燃料电池的发电容量 与MEA的反应面积和电池组的层叠量成比例增加。在燃料电池的发电期间， 持续提供氢、氧和冷却剂至MEA、 GDL和隔板的每个表面。保持气密性以 防止每种反应气体和冷却剂混合是燃料电池系统操作中的最重要的因素之
大部分聚合物电解质燃料电池通过在隔板的两个表面都安装密封垫来形 成气密结构。在安装密封垫以获得气密性的情况下，预定紧固压力施加于燃 料电池组以改善气密性和导电性。当施加这种负载时，GDL和密封垫大部分 变形以获得气密性和导电性。然而，在通过薄板模压制造金属隔板的情况下， 预定紧固压力使得部分金属隔板以及密封垫变形。具体而言，由于在密封垫 部分和流体流动部分中缺少支承构件，反应气体和冷却剂的流入部分很容易 变形。这种变形中断了反应气体和冷却剂的流入，因此对外围设备，尤其是对 风机或泵施加了许多负载。结果降低了系统效率。
在传统的燃料电池组中，诸如燃料气体和还原气体的反应气体流入MEA 的两个表面。金属隔板隔离燃料气体、还原气体和冷却剂以便通过连接单元 电池形成燃料电池组。这里，密封垫密封该结构以防止反应气体和冷却剂的 泄漏。与石墨隔板不同，由薄板模压制造的金属隔板不可避免地具有从反应 气体歧管到反应气体通道的复杂的反应气体流入结构，以便获得反应气体和 冷却剂之间的气密性。
为了解决上述问题，美国公开专利公报20040219410建议了一种在变形 发生部分上涂覆防止变形的密封垫的技术。然而，该密封垫不能完全地支承 负载压缩。如果分离该密封垫以阻隔反应气体流入部分，则反应气体流入时 阻力会增加。
美国公开专利公报2001266911公开了一种通过粘附金属板来最小化空 间变形的技术。因为难以在一个金属隔板上安装另一个金属隔板，所以金属 隔板的制造过程很复杂。此外，增加的金属板增加了电池组的重量，从而给 安装燃料电池系统的装置施加了许多负载。

发明内容
本发明的一个目的是提供用于燃料电池的金属隔板，其可以在尺寸上最 小化并且改善冷却性能，并且本发明提供具有该隔^1的燃料电池组。
本发明的另一个目的是提供用于燃料电池的金属隔板，其可以方便冷却 剂通过由单一模压处理制造的结构的流入和流出，并且本发明提供具有该隔 板的燃料电池组。
本发明的又一个目的是提供用于燃料电池的金属隔板，通过将冷却剂引 入到中间部分，其可以有效地冷却累积更多反应热的金属隔板的中间部分， 并且本发明提供具有该隔板的燃料电池组。
本发明的又一个目的是提供用于燃料电池的金属隔板，其进一步包括用 于连接冷却剂流入开口部分和冷却剂流出开口部分至冷却剂通道的冷却剂连 接路径，并且本发明提供具有该隔板的燃料电池组。本发明的又一个目的是提供用于燃料电池的金属隔板，其包括防止由燃 料电池组的紧固时的紧固压力导致的金属隔板的变形的结构，并且本发明提 供具有该隔板的燃料电池组。
本发明的又一个目的是提供燃料电池组，其包括用于防止金属隔板变形 的特殊支承构件。
技术方案
本发明提供了一种用于燃料电池的金属隔板，包括反应气体通道，从 金属隔板的第一表面突出到其第二表面而形成；冷却剂通道，在从金属隔板 的第二表面突出的反应气体通道之间形成；反应气体歧管，开启以引入反应 气体进入金属隔板；冷却剂歧管，开启以引入冷却剂进入金属隔板；以及台 阶部分，位于反应气体通道和反应气体歧管之间的空间以及反应气体通道的 任何一个。这种构造用于拓宽金属隔板上的反应气体流动部分和冷却剂流动 部分，并且防止反应气体流动部分和冷却剂流动部分的变形，/人而改善燃泮牛 电池的效率。
在本发明的另 一个方面，台阶部分是由较少突出到第二表面的反应气体 通道的部分限定的冷却剂通道连接部分。在此构造中，沿着冷却剂通道流动 的冷却剂可以容易地从一个通道引入其相邻通道。因此，可以方便冷却剂的 流动。
在本发明的又一个方面，几乎垂直于冷却剂通道形成冷却剂通道连接部 分，以便冷却剂可以在几乎垂直于金属隔板的第二表面上的冷却剂通道的方 向流动。在此构造中，冷却剂通过一个冷却剂通道引入另一个冷却剂通道。 因此，方便了冷却剂的流动。
在本发明的又一个方面，反应气体通道和冷却剂通道具有蛇形结构。特 别是，当金属隔寺反的冷却剂通道连接部分应用于蛇形结构时，可以有效地冷 却在其中间区域累积很多反应热并且具有蛇形通道的金属隔板。
在本发明的又一个方面，冷却剂通道连接部分在宽度上向着金属隔板的 中心部分缩小。在此构造中，引入到每个冷却剂通道的冷却剂可以通过冷却 剂通道连接部分均匀地分散。
在本发明的又一个方面，用于燃料电池的金属隔板进一步包括冷却剂流入歧管，用于引入冷却剂进入金属隔板；以及冷却剂流出歧管，用于从金 属隔板排出冷却剂。在冷却剂流入歧管侧和冷却剂流出歧管侧的至少一个中 形成冷却剂通道连接部分。
在本发明的又一个方面，用于燃料电池的金属隔板进一步包括冷却剂连 接路径，用于连接冷却剂流入歧管和冷却剂流出歧管到冷却剂通道。
另外，提供了一种燃料电池组，其中用于燃料电池的金属隔板和薄膜电 极组件以多个数量层合，每个金属隔板包括反应气体通道，从金属隔板的 第一表面突出到其第二表面而形成；冷却剂通道，在从金属隔板的第二表面 突出的反应气体通道之间形成；以及冷却剂通道连接部分，由较少突出到第 二表面的反应气体通道的部分限定。
在本发明的又一个方面，台阶部分是其一端开启的突出开口，在反应气 体歧管和反应气体通道之间形成，并且突出到第一和第二表面的任何一个。 在此构造中，该突出开口用于防止金属隔板的变形，并且引导反应气体流畅 地流入金属隔板。
在本发明的又一个方面，突出开口包括突出到金属隔板的第一表面的第 一突出开口，和突出到其第二表面的第二突出开口。这种构造防止金属隔板 的变形并且确保更宽的气体流入路径。
在本发明的又一个方面，在一个直线方向形成第一突出开口和第二突出 开口 ，该方向与反应气体从反应气体歧管引入到反应气体通道的方向相同。 这种构造用于防止金属隔板的变形并且改善支承效果。
在本发明的又一个方面，第一突出开口位于反应气体歧管側，并且第二 突出开口位于反应气体通道侧。
在本发明的又一个方面，在反应气体的流动的几乎法线方向以多个数量 形成突出开口。
还提供了一种燃料电池组，其中金属隔板、粘附到金属隔板的第一和第 二表面的密封垫以及位于金属隔板之间的薄膜电极组件以多个数量层合，每 个金属隔板包括反应气体通道，从金属隔板的第一表面突出到其第二表面 而形成；反应气体歧管，开启以引入反应气体进入金属隔板；以及其一端开 启的突出开口，在反应气体歧管和反应气体通道之间形成，并且突出到第一
9和第二表面的任何一个。
在本发明的又一个方面，在反应气体的流动的法线方向以多个数量形成 突出开口。
在本发明的又一个方面，燃料电池组进一步包括安装在突出开口之间的 辅助支承构件。
在本发明的又一个方面，辅助支承构件由硬度不同于密封垫的树脂材料 制成。
在本发明的又一个方面，金属隔板包括突出密封垫固定部分，并且密封 垫包括密封垫固定部分插入其中的凹槽。
在本发明的又一个方面，金属隔板包括密封垫固定孔，并且密封垫包括 插入密封垫固定孔的突出部分。
有益效果
者在冷却剂通道之间流动的冷却剂通道连接部分，金属隔板以及具有该隔板 的燃料电池组可以改善冷却性能。
根据本发明，通过由在反应气体通道所提供的台阶部分形成冷却剂通道 连接部分，金属隔板以及具有该隔板的燃料电池组可以改善冷却性能而不增 力口隔^反的厚度、面积和体积。
根据本发明，通过使用通用沖压处理在金属隔板上形成冷却剂通道连接 部分，金属隔板以及具有该隔板的燃料电池组可以降低金属隔板的制造时间 和成本。
根据本发明，通过控制引入到冷却剂通道的冷却剂的量而强化地冷却活 跃的发热部分，金属隔板以及具有该隔板的燃料电池组可以改善冷却效率。
根据本发明，通过包括防止空间(反应气体引入和排出到该空间或从该 空间引入和排出反应气体)变形的结构，通过降低反应气体的流动阻力，金 属隔板以及具有该隔板的燃料电池组可以降低压降量。
根据本发明，通过双重密封冷却剂部分和反应气体部分而增加气密性， 金属隔板和具有该隔板的燃料电池组可以改善燃料电池系统的稳定性和效率。
根据本发明，通过包括密封垫固定部分，金属隔板和具有该隔板的燃料 电池组可以防止由于高紧固压力的密封垫的变形和分离。
根据本发明，通过包括辅助支承构件，金属隔板和具有该隔板的燃料电 池组可以确定地防止金属隔板的变形并且降低密封垫的变形。


图1和2是示出了根据本发明的实施例的金属隔板的第二表面的视图； 图3是示出了根据本发明的优选实施例的两个金属隔板的粘合状态的视
的中间区域的冷却剂流入和流出部分的隔;f反的视图5是示出了在根据本发明的优选实施例的具有图4的冷却剂流入和流 出部分的隔板的每个区域中的冷却剂流速的图6是示出了根据本发明实施例的金属隔板的第 一表面的视图7是示出了根据本发明实施例的具有金属隔板的燃料电池的视图；以
及
图8是示出了根据本发明实施例的包括具有突出开口的金属隔板的燃料 电池组的-见图。
具体实施例方式
现在参考附图详细说明根据本发明优选实施例的用于燃料电池的金属隔 板以及具有该隔板的燃料电池组。
图1和2是示出了根据本发明的优选实施例的隔板的视图。金属隔板100 包括反应气体歧管130、冷却剂歧管120、反应气体通道140、冷却剂通道150、 冷却剂通道连接部分110和冷却剂通道连4妄路径112。另外，密封垫200粘 附到金属隔板100以防止反应气体和冷却剂从金属隔板100泄漏。反应气体 歧管130用于将反应气体提供到金属隔板100。通常，反应气体歧管130位于金属隔板100的一侧。通过反应气体歧管130引入到金属隔板100的反应 气体由在金属隔板100上形成的反应气体通道140引导。反应气体在金属隔 板100的表面上流动并且与电极(未示出)反应。GDL可以在金属隔板100 和电极(未示出)之间插入。
由金属材料制成的金属隔板100作为薄板形成以减小燃料电池组的体 积。反应气体通道140通过使用沖床的沖压处理在金属隔板100上形成。这 里，形成反应气体通道140以从一个面突出向另一个面。也就是说， 一个表 面的凹槽部分是另一个表面的突出部分。在下文中，反应气体通道140变成
凹槽部分的表面称为反应气体表面，而反应气体通道140变成突出部分的表 面称为冷却剂表面。在突出反应气体通道140之间的相对凹的凹槽部分在冷 却剂表面上变成冷却剂通道150。通过冷却剂歧管120引入到金属隔板100 的冷却剂沿着冷却剂通道150流动并且冷却燃料电池的反应热。
根据本发明的一个实施例，当反应气体通道140和冷却剂通道150在金 属隔板100上通过沖压处理形成时，形成用于确保反应气体和冷却剂的通路 的台阶(step)部分以突出到预定高度或者较小地突出，以便反应气体和冷 却剂可以流畅地流入反应气体通道140和冷却剂通道150。
例如，作为确保冷却剂通路的结构，举例说明了由反应气体通道140的 较小突出部分所限定的冷却剂通道连接部分110。冷却剂通道连接部分110 连4妄金属隔板100上的冷却剂通道150以便冷却剂可以在整个冷却剂通道 150中均匀地流动。这里，可分别地以单个或者多个形成反应气体通道140 和冷却剂通道150。当反应气体通道140和冷却剂通道150分别地形成为一 个通道时，冷却剂通道连4姿部分110连4矣冷却剂通道150的一些部分以《更冷 却剂可以均匀地流入每个部分。例如，当反应气体通道140和冷却剂通道150 以蛇形形成时，形成冷却剂通道连接部分110以连4矣冷却剂通道150的每个 平4亍部分。另外，当反应气体通道140和冷却剂通道150分别形成为多个通 道时，形成冷却剂通道连4秦部分110以连接多个平行的冷却剂通道150。在 这种构造中，冷却剂可以在冷却剂通道150之间流畅地移动。因此，可以改 善金属隔板100的冷却性能。
形成反应气体通道140以突出到另一表面。冷却剂沿着由在另一表面上 的反应气体通道140的突出形状限定的冷却剂通道150流动，并且冷却金属
12隔板100的反应热。因此，从冷却剂歧管120通过冷却剂连接路径112引入 的冷却剂的方向是处于靠近冷却剂连接路径112的冷却剂通道150的形状的 法线方向。这里，冷却剂通道连接部分110由反应气体通道140的台阶限定。 由于形成了冷却剂入口和出口 32，当从冷却剂歧管120引入的冷却剂的方向 是处于具有蛇形通道的金属隔板100上的冷却剂通道150的法线方向时，可 以避免冷却剂流动的堵塞。另外，因为冷却剂通道连接部分110由反应气体 通道140和反应气体通道140的台阶限定，所以冷却剂通道连接部分IIO延 伸至金属隔板100的中间区域。在这种构造中，大量冷却剂流入累积了相对 更多反应热的金属隔板100的中间区域，以改善冷却效率。如果除了冷却剂 歧管120的流入侧外，在冷却剂歧管120的流出侧也形成冷却剂通道连接部 分IIO,则可以更好地改善冷却效率。因为冷却剂排出到冷却剂歧管120的 方向也处于冷却剂通道150的法线方向，所以冷却剂可能会停滞。
图3是示出了根据本发明的一个优选实施例的两个金属隔板的粘合状态 的^见图。层合金属隔4反100 ( 101和102) , 4吏它们的反应气体通道14(H皮此 接触。由反应气体通道140的非突出部分确保的空间变成冷却剂通道150。 反应气体通道140的一部分具有较少突出的台阶。这样的台阶变成冷却剂通 道连接部分110。在具有冷却剂通道150-反应气体通道140-冷却剂通道150 的金属隔板100上，冷却剂可通过冷却剂通道连接部分110通过金属隔4反100 (101和102)之间，进入相邻的冷却剂通道150。在这种构造中，冷却剂通 道连接部分110可在金属隔板100上形成，而不需要对通用沖压处理增加另 外的处理。另外，因为金属隔板100的部分反应气体通道140更少地突出， 所以金属隔板100的整个厚度和体积不增加。此外，通过冷却剂流畅i也流入 和流出有效地冷却了金属隔板100,以改善燃料电池的性能。
根据本发明的另一个优选的实施例，冷却剂通道150之间的区域的台阶 由比另一部分更突出的部分限定。优选地，形成该突出部分，除了在冷却剂 流入和流出部分的前后侧，以便最小化冷却剂流动的中断。该实施例与上述 实施例的区别在于，除了反应气体通道140 (图1所示的)的突出部分以外 的整个部分变成冷却剂通道连接部分110。
图4是示出了根据本发明的优选实施例具有将冷却剂引导到金属隔板的 中间区域的冷却剂流入和流出部分的金属隔板的视图。如图4所示，当金属隔板100被分成三个区域时，金属隔板100的外部区域(如区域1和区域3 ) 可以从电池组向外歉吏热，但是区域2，也就是金属隔板100的中间区域不 容易从电池组向外散发热，从而累积了很多反应热。这里，用于引导冷却剂 的冷却剂通道连接部分110在金属隔々反100上形成以便通过区域2流入冷却 剂通道150的冷却剂的流速比流入其他区域的冷却剂的流速大。也就是说， 冷却剂通道连"t妄部分110在反应气体通道140上以预定长度形成，以〗更冷却 剂可从靠近冷却剂流入开口部分的冷却剂通道150引导到对应于中间区域的 冷却剂通道150。由冷却剂通道连接部分110形成的并且通过冷却剂通道150 的冷却剂的流动必须连接到中间区域且不中断。在这个实施例的蛇形通道的 情况下，冷却剂必须从在冷却剂流入开口部分的一侧形成的冷却剂通道150 流到对应于区域2和3的中间的冷却剂通道150而不停滞。因此，如图l所 示，冷却剂通道连接部分110的整个形状可以是三角形。另外，金属隔板IOO 进一步包括用于连接冷却剂歧管120到冷却剂通道150的连接路径112。冷 却剂连接路径112由用于密封冷却剂歧管120和冷却剂通道150的周围区域 的密封垫200以及金属隔板100限定。冷却剂通过冷却剂歧管120引入到金 属隔板100,由冷却剂连接路径112引导，并引入到冷却剂通道150。优选地， 冷却剂Jt支管120和冷却剂连接路径112位于靠近区域2,并且冷却剂通道连 接部分110被制成尽可能地与从冷却剂连接路径112引入的冷却剂的方向一 致，以便引入冷却剂到区域2而不中断。
这里，冷却剂歧管120和冷却剂连接路径112的位置可以任意选择。另 外，在每个反应气体通道140上形成的冷却剂通道连接部分110的长度、高 度和位置可以任意选择。可以通过调整冷却剂通道连接部分110的长度、高 度和位置来控制引入到每个冷却剂通道150的冷却剂的量。可以通过调整在 每个反应气体通道140中的冷却剂通道连接部分110的位置，即，调整冷却 剂通道连接部分110的整个形状来控制通过冷却剂通道150的冷却剂的方向。 因此，大量冷却剂可以提供给必要的部分，即，活跃的反应热累积部分，用 于改善冷却效率。
图5是示出了根据本发明的优选实施例的具有图4的冷却剂流入和流出 部分的隔板的每个区域中的冷却剂流速的图。每个通道的冷却流速在隔板的 第二通道中通过模拟被估计。根据模拟结果，如图中所示，尽管冷却流速有些偏差，但是累积相对更多反应热的区域2的冷却流速比其他区域的冷却流
速高。因此，相同量的冷却剂可更好地冷却累积更多反应热的区域2,这导
致高的冷却效率。
现在将解释突出到预定高度以便确保反应气体通路并且流畅地？ 1入反应 气体的结构的一个例子。
图6是示出了根据本发明实施例的金属隔板的第一表面的视图。金属隔 板100包括反应气体歧管130、冷却剂歧管120、反应气体通道140、冷却剂 通道150、突出开口 160、辅助支承构件170和密封垫固定部分180。另外， 用于密封反应气体歧管130、冷却剂歧管120、反应气体通道140和冷却剂通 道150的密封垫200 ^t安装在金属隔+反100上。
反应气体沿着反应气体歧管130、反应气体通道入口 142、反应气体通道 140、反应气体通道出口 144和反应气体歧管130顺序地流动。当通过反应气 体通道140时，反应气体在MEA (未示出)中进行氧化作用或者还原作用。 作为台阶部分的另一例子，在反应气体^支管130和反应气体通道140之间的 空间提供突出开口 160。通过突出开口 160的突出防止金属隔板100的变形。 反应气体通过突出开口 160引入到反应气体通道140。通过切割金属隔板100 的部分和突出该切割部分和周围部分到一个表面而形成突出开口 160。与金 属隔板100的反应气体通道140—致，可以通过冲压处理形成突出开口 160。
突出开口 160可以包括突出到反应气体表面的第一突出开口 162。更优 选地，突出开口 160可以包括突出到反应气体表面的第一突出开口 162,以 及突出到冷却剂表面的第二突出开口 164。第一突出开口 162和第二突出开 口 164之间的空间被切割。参考图7,与突出开口 160仅包括第一突出开口 162的情形相比较，当突出开口 160包括第一突出开口 162和第二突出开口 164两者时，可以拓宽反应气体的流入空间。此外，因为金属隔寺反100的两 面都具有突出部分，所以可以有效地防止金属隔板100的变形。
更优选地，在反应气体歧管130和反应气体通道140之间在反应气体流 动的法线方向上以多个数量形成突出开口 160。与一个突出开口 160相比4交， 多个突出开口 160可以改善金属隔板IOO对紧固压力的阻力。另外，与整体 地形成突出开口 160的情形相比较，随后讨论的辅助支承构件170可以容易 地安装。辅助支承构件170安装在多个突出开口 160之间的间隙中。辅助支^^构 件170可以防止不能由突出开口 160完全防止的金属隔板100的变形。辅助 支承构件170用于引导反应气体到反应气体通道140。
更优选地，辅助支承构件170由具有与密封垫200不同的硬度的树脂材 料制成。在电池组紧固时，不但金属隔板100而且密封垫200会因为高紧固 压力而变形。如果辅助支承构件170具有不同于密封垫200的硬度，则辅助 支承构件170与密封垫200具有不同的变形程度。因此，可以增加对密封垫 200的变形的阻力。
另外，辅助支承构件170可以安装在没有被引入到金属隔板100的另一 反应气体的反应气体歧管130和冷却剂通道150之间。辅助支承构件170安 装在用于密封金属隔板100的冷却剂表面上的反应气体歧管130的密封垫 200中。在这种情况下，辅助支承构件170不引导反应气体进入反应气体通 道(未示出)，但是增加对密封垫200的变形的阻力。
才艮据歧管130和金属隔板100的通道140和150的形状预先制造的固体 密封垫200可以粘附到金属隔板100。另外，密封垫200可以在金属隔板100 上通过注射成型直接地涂覆和制造。当通过注射成型制造密封垫200时，如 果通过注射成型制造辅助支承构件170,则不需要特殊的粘附方法和处理。 因此，可以降低燃料电池的制造时间。
金属隔板100包括密封垫200之间的密封垫固定部分180。更优选地， 密封垫固定部分180包括突出到反应气体表面的密封垫固定部分182，以及 突出到冷却剂表面的密封垫固定部分184，用于防止安装在反应气体表面的 密封垫200和安装在冷却剂表面的密封垫200的分离。类似于通道140和150 和突出开口 160，可以压制形成密封垫固定部分180。
根据本发明的优选实施例，用于密封反应气体歧管130、冷却剂歧管120 和反应气体通道140的密封垫200独立地形成。因此，如图6所示，在第一 表面上的反应气体歧管130和突出开口 160之间进行双重密封。如图1所示， 在突出开口 160和冷却剂通道150之间也进行双重密封。因此，可以更好地 改善反应气体和冷却剂的气密性。图7提供对冷却剂表面和反应气体表面上 的双重密封的更好理解。图8是示出了根据本发明实施例的包括具有突出开口的金属隔板的燃料 电池组的视图。反应气体通过反应气体歧管130从反应气体储存罐(未示出) 引入。当沿着反应气体歧管130流动时，反应气体从一个单元电池流到其相 邻单元电池，并且沿着单元电池的金属隔板100流动。反应气体由粘附到金 属隔板100的辅助支承构件170引导到突出开口 160。反应气体通过由突出 开口 160确保的空间流到反应气体通道140。
如上所述，用于确保冷却剂通路的冷却剂通道连接部分IIO(图2所示)， 以及用于确保反应气体通路的突出开口 160 (图6所示)可以由用于形成反 应气体通道140 (图2所示)和冷却剂通道150 (图2所示)的冲压处理一起 形成。因此，可以形成流畅引入冷却剂和反应气体进入金属隔板100 (图1 所示)的结构，而不需要另外的处理以及增加制造时间。
尽管已经描述了本发明的优选实施例，但是可以理解本发明不应限于这 书所要求的本发明的精神和范围内完成。
权利要求
1.一种用于燃料电池的金属隔板，包括反应气体通道，从所述金属隔板的第一表面突出到其第二表面而形成；冷却剂通道，在从所述金属隔板的所述第二表面突出的所述反应气体通道之间形成；反应气体歧管，开启以引入反应气体进入所述金属隔板；冷却剂歧管，开启以引入冷却剂进入所述金属隔板；以及台阶部分，位于所述反应气体通道和所述反应气体歧管之间的空间以及所述反应气体通道的任何一个。
2. 如权利要求1所述的金属隔板，其中，所述台阶部分是由较少突出到 所述第二表面的所述反应气体通道的部分限定的冷却剂通道连接部分。
3. 如权利要求2所述的金属隔板，其中，所述冷却剂通道连接部分几乎 垂直于所述冷却剂通道形成，以便所述冷却剂可以在几乎垂直于所述金属隔 板的所述第二表面上的所述冷却剂通道的方向流动。
4. 如权利要求2所述的金属隔板，其中，所述反应气体通道和所述冷却 剂通道具有蛇形结构。
5. 如权利要求2所述的金属隔板，其中，所述冷却剂通道连接部分在宽 度上向着所述金属隔板的中心部分缩小。
6. 如权利要求2所述的金属隔板，进一步包括 冷却剂流入歧管，用于引入所述冷却剂进入所述金属隔板；以及 冷却剂流出歧管，用于从所述金属隔板排出所述冷却剂，其中在所述冷却剂流入歧管侧和所述冷却剂流出歧管侧的至少 一 个中形 成所述冷却剂通道连冲妄部分。
7. 如权利要求6所述的金属隔板，进一步包括冷却剂连接路径，用于连 接所述冷却剂流入歧管和所述冷却剂流出歧管到所述冷却剂通道。
8. 如权利要求1所述的金属隔板，其中，所述台阶部分是其一端开启的 突出开口，在所述反应气体歧管和所述反应气体通道之间形成，并且突出到 所述第一和第二表面的任何一个。
9. 如权利要求8所述的金属隔板，其中所述突出开口包括突出到所述金属隔板的所述第一表面的第一突出开口，和突出到其所述第二表面的第二突 出开口。
10. 如权利要求9所述的金属隔板，其中，在直线方向上形成所述第一 突出开口和所述第二突出开口 ，所述方向与所述反应气体从所述反应气体歧 管亏1入到所述反应气体通道的方向相同。
11. 如权利要求IO所述的金属隔板，其中，所述第一突出开口位于所述 反应气体歧管侧，并且所述第二突出开口位于所述反应气体通道侧。
12. 如权利要求8所述的金属隔板，其中，在所述反应气体的流动的几 乎法线方向以多个^:量形成所述突出开口。
13. —种燃料电池组，其中，用于燃料电池的金属隔板和薄膜电极组件 以多个数量层合，每个金属隔板包括反应气体通道，从所述金属隔板的第 一表面突出到其第二表面而形成； 冷却剂通道，在从所述金属隔板的所述第二表面突出的所述反应气体通道之间形成；以及冷却剂通道连接部分，由较少突出到所述第二表面的所述反应气体通道的部分限定。
14. 一种燃^f电池组，其中，金属隔;〖反、粘附于所述金属隔板的第一和 第二表面的密封垫以及位于所述金属隔板之间的薄膜电极组件以多个数量层 合，每个金属隔板包括反应气体通道，从所述金属隔板的第一表面突出到其第二表面而形成； 反应气体歧管，开启以引入反应气体进入所述金属隔板；以及 其一端开启的突出开口 ，在所述反应气体歧管和所述反应气体通道之间 形成，并且突出到所述第一和第二表面的任何一个。
15. 如权利要求14所述的燃料电池组，其中，在所述反应气体的流动的 法线方向以多个数量形成所述突出开口 。
16. 如权利要求15所述的燃料电池组，进一步包括在所述突出开口之间 安装的辅助支承构件。
17. 如权利要求16所述的燃料电池组，其中，所述辅助支7^构件由与所 述密封垫硬度不同的树脂材料制成。、
18. 如权利要求14所述的燃料电池组，其中，所述金属隔板包括突出密 封垫固定部分，并且所述密封垫包括所述密封垫固定部分插入其中的凹槽。
19.如权利要求14所述的燃料电池组，其中，所述金属隔板包括密封垫 固定孔，并且所述密封垫包括插入所述密封垫固定孔的突出部分。
全文摘要
本发明公开了一种用于燃料电池的金属隔板，包括反应气体通道，从金属隔板的第一表面突出到其第二表面而形成；冷却剂通道，在从金属隔板的第二表面突出的反应气体通道之间形成；反应气体歧管，开启以引入反应气体进入金属隔板；冷却剂歧管，开启以引入冷却剂进入金属隔板；以及台阶部分，位于反应气体通道和反应气体歧管之间的空间以及反应气体通道的任何一个。这种构造用于拓宽金属隔板上的反应气体流动部分和冷却剂流动部分，并且防止反应气体流动部分和冷却剂流动部分的变形，从而改善燃料电池的效率。
文档编号H01M8/02GK101529626SQ200780038456
公开日2009年9月9日 申请日期2007年6月4日 优先权日2006年10月16日
发明者全俞铎, 李钟灿, 郑然守, 金基贞 申请人:现代Hysco株式会社