燃料电池隔板及包含该隔板的燃料电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池隔板和包含该隔板的燃料电池，更具体地，涉及这样的燃料电池隔板，即通过引导反应物垂直于形成于隔板中的通道的长度侧流动，而改善反应物的扩散能力和反应效率。
【背景技术】
[0002]典型地，当将金属隔板应用于燃料电池时，其结构包括具有用于反应物和冷却水的通道的金属隔板、用于促进反应物的扩散的一对气体扩散层(GDL)和产生化学反应并且被设置在气体扩散层之间的膜电极组件。
[0003]—般来说，在每个隔板内，重复地形成通道和槽脊(land)，其中反应物按与冷却水的流动方向相同的方向流经通道，槽脊与GDL接触。阳极隔板和阴极隔板的通道是对称的，所以隔板间的空间被用作冷却通道。
[0004]此外，为提高燃料电池的性能，可以期望的是通过减少隔板中的通道间隙而使施加在GDL和MEA上的表面压力更均匀，并提供在整个反应表面上大致恒定传输的GDL，。然而，由于在制造期间所造成的诸如裂纹和回弹的缺点，可使隔板中的通道间隙的减少受到限制。另外，其它问题可使性能恶化。
[0005]例如，反应物的扩散以及产生的水的排放可能减少。当通道间距较大时，应力可集中于在隔板和GDL之间接触的槽脊上，因此造成不均匀的表面压力。因此，GDL的多孔结构可被破坏并且GDL中的传输可能恶化，使得扩散反应物和排放产生的水的能力可能降低。此外，随着通道内的应力减小，GDL可渗透至通道，从而抑制反应物的流动。此外，当碳纤维在被损伤的GDL的槽脊部分渗透到电极膜时，可能损坏电极膜。
[0006]此外，可能出现导电率的不均匀。在露出GDL的通道内，可充分供应反应物，从而可积极产生化学反应。同时，由于GDL和MEA间的不充足的表面压力可增加接触电阻，使得通过反应形成的电子不能移动至集电极。.
[0007]上述仅旨在增强对本发明的背景的理解，并非旨在本发明落入本领域技术人员已知的现有技术的范围内。
【发明内容】
[0008]本发明提供了一种燃料电池隔板，其具有垂直于反应物的流动而形成的通道，沿通道的侧面形成以形成用于反应物的流动路径的多个孔。特别地，用于反应物流入和流出的孔可形成为不同的高度。在另一个方面，本发明提供了包括燃料电池隔板的燃料电池。
[0009]在示例性实施例中，燃料电池隔板可包括:多个通道；以及入口和出口，所述入口和出口沿通道的第一侧和第二侧形成使得被引入至通道的反应物垂直于通道流动。具体地，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线上。特别地，入口和出口可分别沿通道的第一长度侧和第二长度侧形成，并且可以彼此间隔预定的距离形成。入口的中心点可位于比出口的中心点高的位置。隔板可被弯成具有弯曲顶部和弯曲底部的锯齿形状。因此，可被进一步提供在燃料电池中的催化剂层可与隔板的弯曲底部的下表面接触，并且通道可被形成作为隔板与催化剂层之间的闭合区间(closed-sect1n)。
[0011]入口的中心点可大致位于比催化剂层和隔板的弯曲顶部之间的中心点更高的位置。出口的中心点可位于比催化剂层和隔板的弯曲顶部之间的中心点更低的位置(例如下方)。入口可延伸至隔板的弯曲顶部，使得隔板的弯曲顶部可包括入口的一部分。出口可延伸至隔板的弯曲底部，使得隔板的弯曲底部可包括出口的一部分。隔板可形成为锯齿形，并且可与隔板的弯曲顶部接触的面板可被设置在隔板的顶部上。
[0012]在另一个示例性实施例中，燃料电池可包括具有上述结构的燃料电池隔板。特别地，因为燃料电池隔板的入口和出口可交替地布置，并且不在同一线上，所以，可改善燃料电池中的反应物的扩散，并且可增加与燃料电池的催化剂层的反应效率。根据各种示例性实施例，通过在入口和出口之间做出高度差，可以实质上改善经入口流入的反应物和催化剂层之间的反应效率。
【附图说明】
[0013]结合所附附图，本发明的上述和其它目的、特征和优点将从下面的详细说明中被更清楚地理解，其中:
[0014]图1示出根据本发明的示例性实施例的示例性燃料电池隔板和包括燃料电池隔板的示例性燃料电池；
[0015]图2是根据本发明的示例性实施例的示例性燃料电池隔板的平面图；
[0016]图3是根据本发明的示例性实施例的沿图1的线A-A的示例性燃料电池隔板的剖面图；
[0017]图4是根据本发明的示例性实施例的沿图1的线B-B的示例性燃料电池隔板的剖面图；
[0018]图5是根据本发明的示例性实施例，在沿图1的线A-A的示例性燃料电池隔板的截面内的反应物的示例性的流动；
[0019]图6是根据本发明的示例性实施例，在沿图1的线B-B的示例性燃料电池隔板的截面内的反应物的示例性的流动；以及
[0020]图7是根据本发明的示例性实施例的入口和出口的高度差异，比较示例性燃料电池的电压输出的图解。
【具体实施方式】
[0021]本文所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不是要限制本发明。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“所述”意图在于也包括复数形式，除非上下文另有明确地指示。还应理解的是，用语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时，其指所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合的存在或添加。如在此使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列事项的任何和所有组合。
[0022]下面将参考附图对根据本发明的各种实施例的燃料电池隔板和包括燃料电池隔板的燃料电池进行说明。
[0023]图1示出根据本发明的示例性实施例的示例性燃料电池隔板和包括燃料电池隔板的示例性燃料电池。图1中的燃料电池隔板100可包括:多个通道110 ;以及入口 111和出口 113，入口 111和出口 113沿通道110的第一侧和第二侧形成使得被引入通道110的反应物可垂直于通道110的长度侧流动。特别地，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]根据本发明的示例性实施例的示例性燃料电池，隔板100可被弯成具有弯曲顶部和弯曲底部的锯齿(zigzag)形状，并且可还包括与隔板100的弯曲底部的下表面接触的催化剂层200。特别地，形成于隔板100和催化剂层200之间的通道110可以是闭合区间。
[0025]此外，与隔板100的弯曲顶部接触的面板300可包括由隔板100和面板300之间的闭合区间形成的副通道130。面板300可防止流经入口 111和出口 113的反应物渗漏并且可维持燃料电池之间的气密性(例如，空气密封)。催化剂层200可由膜电极组件(MEA)和在MEA两侧的一对气体扩散层(GDL)组成。催化剂层200可包括MEA。当然，催化剂层200的结构可应用于各种示例性实施例中，而无限制。
[0026]入口 111和出口 113可被形成为穿过通道110的第一侧和第二侧的孔，使得通过入口 111引入的反应物可通过通道110被排放至出口 113，并且沿副通道130移动的反应物可通过它们的入口 111流入相邻的通道110。反应物可包括氢气、空气、冷却水中的至少任意一种并且还可以是不包括它们的其它反应物。特别地，为了改善反应物的扩散，入口 111和出口 113分别不位于同一线上。也就是，如上所述，通过入口 111引入的反应物可沿通道111通过预定的距离，然后通过出口 113流到外侧，使得反应物可留在通道110内，以增加与催化剂层200的反