自加溼燃料電池的製作方法

2023-10-19 23:29:37

專利名稱：自加溼燃料電池的製作方法
發明的領域本發明一般涉及電化學燃料電池，更具體地涉及一種自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池，該電池在操作中使用至少一種幹反應劑氣體。
發明的背景電化學燃料電池將燃料和氧化劑轉變成電能和反應產物。固體聚合物電化學燃料電池一般使用一種膜電極組件(MEA)，這種膜電極組件位於氣體擴散支承物之間。MEA和氣體擴散支承物裝置依次放入陽極和陰極流場/集流板之間。MEA包括一個固體聚合物膜(PEM)一也稱為離子交換膜或者質子交換膜一在其兩邊具有電極。電極可以直接貼在PEM膜上。或者，電極可以貼在氣體擴散支承物上或者集成為氣體擴散支承物，該支承物壓著PEM膜。氣體擴散支承物通常由多孔導電片材料，例如，碳/石墨纖維紙或者碳/石墨布製成。這些氣體擴散層經常結合成微擴散層。一催化劑層，通常以鉑或者支承在碳粒子上的鉑的形式，定位在每一個膜/電極界面上，以誘導希望的電化學反應。電極通常是相互耦合，以提供一種電通路，將電極之間的電子引導到外部負載上。疏水增強材料，例如，Teflon，可以被用於燃料電池，以有助於產物的去除。在陽極，一種燃料還原試劑在催化劑層反應，形成陽離子。這些陽離子靠熱動力驅動經過該膜到陰極。在陰極，氧化劑試劑在催化劑層反應，形成陰離子。在陰極形成的陰離子與陽離子反應，形成反應產物。在電化學燃料電池中，使用從燃料供給處的氫氣(或者含氫氣體)作為燃料，並以氧氣(或者含氧氣體)作為氧化劑，在陰極的反應產生氫陽離子，或者質子。質子交換膜有利氫質子從陽極遷移到陰極。除了引導氫質子外，該膜起一種氣體分離器的作用，一般將含氫燃料流與含氧的氧化劑流隔開(儘管名義上的氣體交換確實會發生)。在陰極，氧氣在催化劑層反應，形成陰離子。在陰極形成的陰離子與穿過膜的氫離子反應，形成作為反應產物的水。在氫氧燃料電池中的陽極和陰極反應如下陽極反應
陰極反應
通常，MEA和氣體擴散支承物位於一對導電的流體流場板(fluidflow field plates)，或者集流板之間，每個板具有至少一個在該板中的流動通道。這些流場板(flow field plates)通常由石墨或者金屬製成。流動通路，或者通道將燃料和氧化劑引導到各電極；即，將燃料引導到陽極，將氧化劑引導到陰極。流場板起集流器的作用，為電極提供結構支承，為分別輸送燃料和氧化劑到陽極和陰極提供進入通道，以及為去除在電池工作過程中形成的產物——水提供通道。
通過PEM輸送氫氣時要求在膜中存在水分子。結果是，保持適當的膜水合是關鍵的。除了保持適當的離子導電性和質子輸送外，均勻的膜水合防止因更高的局部阻力(localized resistance)而產生的局部變幹，或者過熱點。總體上，脫水作用可以阻礙性能，增加阻力性的動力損失，和降低(degrade)膜的結構。在普通的燃料電池中，在燃料和氧化劑進入燃料電池之前將這些燃料和氧化劑加溼而實現膜的水合。
一種預加溼燃料電池氣流的通用方法是使用膜基加溼器。在膜基加溼器使用的場合，在水蒸汽交換膜的一側使各氣體流動，而在該膜的相對一側使去離子水流動，由此實現反應劑的加溼。在這種結構中，水穿過膜而輸送，以使燃料和氧化劑氣體加溼。另一種預加溼反應劑氣流的已知技術包括將氣體直接暴露於一個蒸發室的水中，使氣體能吸收蒸發的水。還有另一種已知的預加溼技術包括在將氣流引入燃料電池之前，對各氣流直接噴射水或者將水吸入各氣流中。
通常，預加溼是不希望的，因為這需要輔助燃料電池元件，給燃料電池系統增加相當的複雜性。例如，預加溼一般要求儲存和輸送水的專門部件。附加的部件還可能帶來系統的可靠性問題。例如，在燃料電池在次結冰條件下工作的場合，水的固化會導致機械部件的削弱。輔助水儲存和輸送部件還會降低工作效率和增加系統的總成本。
由於上述原因，對於一個PEM燃料電池組件存在這種需求能保持燃料電池的水合作用，而在反應劑流進入燃料電池堆之前，不需要附加的部件來加溼反應劑流。
發明的概述本發明的目的之一是提供一種聚合物電解質膜(PEM)燃料電池，該電池通過引導至少一種幹反應劑流進入電池，而能保持膜的水合作用。
本發明的另一個目的是提供一種PEM燃料電池，在該電池中，利用在燃料電池內作為電化學反應的一種副產物的水，使膜保持水合作用。
本發明的又一個目的是提供一種PEM燃料電池，該電池不需要預加溼反應劑氣流的專用部件。
本發明的這些和其它目的通過本發明的PEM燃料電池組件來實現。一種自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池具有一個膜電極組件(MEA)，包括一個離子交換膜，該離子交換膜位於催化陽極和陰極電極之間。MEA位於一對氣體擴散支承物之間，以及帶來的結構(resulting structure)位於燃料和氧化劑流場板之間。燃料流場板具有一個燃料流入口，一個燃料流出口，和在兩者之間使燃料流動的裝置。氧化劑流場板具有一個氧化劑流入口，一個氧化劑流出口，和在兩者之間使氧化劑流動的裝置。
在本發明的優選實施例中，燃料和氧化劑流戰略上(strategically)被引導，通過離子交換膜，以增強相對氣流之間的水的副產物的傳送。幹燃料和氧化劑流分別被引導進入燃料入口和氧化劑入口。對應的流場板通道這樣被取向，以致於鄰近膜的一個表面的反應劑流的幹部分一般與該膜的相對表面上反應劑流的水合部分相對。在這個實施例中，通過提供逆流的反應劑流動而使膜的水合作用最大化。換言之，反應氣體一般被引導以反方向通過燃料電池。最好是，加溼程度不同的相對的通道長度被調準，以在它們之間提供一個增加的加溼梯度，結果是，在加溼反應劑流較少的方向增強了穿過膜的水的物質傳送。通道的調準還使相對的通道之間的水的傳送距離最小化。在一種極端情況下，攜帶幹反應劑的通道部分與膜的相對一側攜帶飽和反應劑的通道部分相對。
雖然接續的通道結構(例如，蛇形圖)是有效的，但是，優選的是採用非接續的、叉指形的通道，以使反應劑強制對流，通過各燃料和氧化劑擴散層。強制對流促使反應劑越來越接近各催化劑層，因而增強了在膜的相對的陰極側和陽極側的電化學反應。結果是，增加了在陰極的水副產物產生的速率。此外，儘管逆流流動是優選的，但其它取向被證明也是有效的。例如，垂直的叉指形流場使得反應劑交叉流動，它在使用至少一種幹反應劑流的燃料電池中，為增強膜的水合作用是有效的。
在本發明的另一個實施例中，在燃料和氧化劑引入電池的催化區之前，通過將燃料和氧化劑入口流動流引導到液態去離子水區域上來實現對液體-氣體的加溼。特別是，一股去離子水被引導到膜的未催化部分的一側上，而幹反應劑氣體被引導到膜的相對一側上。這些水通過裸露的膜而輸送，並以水蒸氣擴散到入口氣流中。在本發明的又一個實施例中，使用了膜水合增強區，以提供附加的膜水合/氣流加溼。特別是，該增強區包括PEM的未催化區域。這些區域可以包括裸露的膜，位於氣體擴散層之間，或者，裸露的膜也可以直接置於相對的流場板之間。未催化膜比催化膜較少疏水。結果是，液態水更適合吸入膜的未催化區域。通過消除放熱電化學反應而更有助於液態水吸入膜的未催化區，這些放熱電化學反應一般發生在催化膜/擴散層的界面上。靠消除該反應的熱量，而使該區域內的膜保持一個降低的溫度，並不容易變幹。
附圖的簡要說明

圖1是根據本發明的一種PEM燃料電池組件的部件分解圖；圖2是根據本發明的一個優選實施例的一種具有叉指形流場通道的PEM燃料電池組件的剖面圖；圖3是根據本發明的一個優選實施例的一種具有叉指形反應劑流通道結構的場流板的正視圖；圖4是一種優選的燃料電池組件的示意圖，在該電池組件中，對置的集流板通道相互疊加地被表示；圖5是根據本發明的另一個實施例的一種具有膜水合增強區的燃料電池組件的示意圖；圖6是根據本發明的又一個實施例的一種具有膜水合增強區的燃料電池組件的示意圖；圖7是根據本發明的另一個實施例的一種燃料電池組件的示意圖，該電池組件與兩個叉指形流場通道結合起來，其中，對置的集流板通道相互疊加地被表示；圖8是表示根據本發明而製造的一種燃料電池組件的氣流速率和加溼程度的效果的圖表；圖9是表示根據本發明而製造的一種燃料電池組件的加溼程度的效果的圖表。
優選實施例的詳細說明現在參考圖1和圖2，一種聚合物電解質膜(PEM)燃料電池包括一個膜電極組件(MEA)10，氣體擴散支承物14，16，以及集流器/反應劑流場板20，22。膜電極組件10包括一個聚合物電解質膜12，它位於一對電極13，15之間。電極包括一催化劑，例如，鉑或者支承在碳上的鉑，以引導希望的電化學反應。該催化劑能貼在擴散支承物14，16上，而支承物隨後壓在膜12上。然而，優選的是，催化劑直接粘在膜上。膜電極組件10被置於多孔的、導電的氣體擴散支承物14和16之間。氣體擴散支承物的例子包括碳/石墨纖維紙和碳/石墨布板。燃料和氧化劑流場板20和22分別定位在電池組件的對置的陽極側和陰極側。在操作中，多個燃料電池組件一個靠一個地定位，以形成一個燃料電池堆(未示出)。
燃料流場板20具有從燃料進入口30延伸的燃料入口通道34，和從燃料排出口32延伸的燃料出口通道36。同樣，氧化劑流場板22具有從氧化劑進入口42延伸的氧化劑入口通道46，和從氧化劑排出口40延伸的氧化劑出口通道44。在每個板上形成的各入口和出口通道是非接續的，或者成死端，並且是叉指形的。利用死端的、叉指形的入口和出口通道，反應劑被強制流過相應的多孔電極14，16。例如，對於燃料電池陽極側的燃料流場板20，通過燃料進入口30進入並充滿進口通道34的氫氣在連續流過燃料出口通道36到燃料出口32之前被強制通過多孔擴散層14。普通的接續通道結構，例如，採用蛇形通道，主要依賴擴散來輸送流體，使其通過擴散層。相比之下，本發明的叉指形通道利用強制對流使反應劑通過擴散層，促使反應劑更接近催化劑層。強制對流導致反應劑更快地流過擴散層面對面擴散。結果是，各自催化劑位置的電化學反應速率增加。在陰極(氧化劑)一側的叉指形流動通道以相似的方式操作。作為電化學反應的結果，陰極的水副產物的產生速率增加。陰極產生的一部分附加水反向擴散通過膜朝向陽極。結果是，當採用叉指形的通道時，陽極上的水的利用率也增加。
簡要地參看圖3，圖3是流場板20的正視圖，表示一種根據本發明的優選實施例的獨特叉指形的流場圖形。普通的叉指形結構一般採用從一主流動通道分支的一組流動通道，例如，參見授予Wilson的美國專利5,641,586。相對之下，本發明採用非重疊流動通道34，36，每一個都從一反應劑流口30，32開始延伸。本發明的叉指形流動圖形結果是，流體流動分配更均勻，減少了通道殘留水分，並且降低了通道壓降。結果是，更均勻的電流密度得以穿過燃料電池。現在參看圖4，燃料和氧化劑流場板通道為便於討論相互疊加地被表示。在本發明的優選實施例中，燃料和氧化劑流場被取向，以實現逆流燃料和氧化劑流動流。換言之，燃料和氧化劑流以通常相反的方向流動而穿過燃料電池組件。在流過燃料電池的各反應劑流的流動方向，燃料和氧化劑兩者的水量增加。因此，依靠採用一個逆流流動裝置，具有最高水量的陽極層區與具有最低水量的陰極層區基本上一致，反之亦然。結果是，逆流反應劑流動流導致離子交換膜更均勻地水合。
燃料和氧化劑進入口分別用標號30和42表示。燃料和氧化劑排出口分別用標號32和40表示。為便於說明，對應的燃料和氧化劑通道的水平長度與垂直方向表示得相互略有偏差；儘管這樣一種布置是可能的，但它不是優選的。最好是，從與反應劑流動平面垂直方向看，燃料進口通道34和氧化劑出口通道44的水平長度，以及氧化劑入口通道46和燃料出口通道36的水平長度相互疊在一起。這裡，術語「superposed」用來表示對置的集流器板通道的這種重疊關係。重疊通道具有許多優點。例如，通道調準(alignment)導致對置的流場板表面的地帶(lands)的相應調準，或者非通道區域的相應調準。流場板之間的地帶-地帶調準最大化導致由於構成燃料電池堆的單個電池的壓縮，因此，對置的集流板之間的導電性最佳。換言之，調準對置的集流板地帶使與地帶-通道調準有關的穿過電池的電阻增加最小化。此外，通道調準增加穿過膜的水的物質傳送速率，特別是在水合好的氣流定位在與一種幹的，或者非水合的氣流相對的區域。在這種情況下，由於在膜的相對一側水合程度差別產生的梯度，而使穿過膜的水的傳送速率增加。通道調準特別有利於膜的邊緣區域的水合，在那裡，幹的氣體通常被引導進入電池。採用優選的逆流反應劑流動布置，在膜的一側，幹的反應劑氣體的進入隨著膜的另一側的水合好的反應劑氣體的排出而調準。在普通的燃料電池組件中，入口氣流被預加溼，以防止在氣體進入區域的膜上脫水。在本發明中，當膜完全是幹的時，可以提供加溼的反應劑流，以開始在各電極上發生所要求的電化學反應。然而，在達到適當的燃料電池操作水平時，適當的膜水合能被保持，只有幹的反應劑流動。
現在參看圖5，本發明的另一個實施例採用至少一種膜水合增強區。特別地，留下部分離子交換膜82，84未被催化，以增強燃料電池組件的自加溼，尤其是在膜趨於變幹的區域的自加溼。未催化的膜區域比催化的膜區域較少的疏水。結果是，未催化的區域是更適合吸引和保留液態水。據此，當一種含有液態水的反應劑流流過一個膜的未催化區時，水更可能聚集在膜的頂部，並隨後吸附進入膜。這樣的結果是既能局部的膜水合又增加了在膜的相對一側上流動的反應劑流的加溼。通過膜的水的側面吸附還導致膜的催化區的水合增加。
由於在這些水合增強區缺乏電化學反應，因而膜的水合進一步增強。正如前面所述，利用催化劑層，使燃料電池各電極的電化學反應在膜/擴散層界面開始。這些電化學反應產生的熱量趨於使膜局部變幹。然而，缺少一種催化劑，氣體反應劑流而不會產生這些放熱的電化學反應。膜溫度的降低減少了膜的局部脫水。
最好是，未催化區域82和84戰略上定位在催化區域80相對側最接近反應劑流的進口和出口區域。因為反應劑加溼一般在反應劑流動方向增加，最低的反應劑加溼程度一般出現在接近反應劑通道進口，和最高的反應劑加溼程度一般出現在接近反應劑通道出口。至少一部分加溼的出口通道長度以規定線路通過加溼區82，84，通過吸附反應劑流的水局部地水合該膜。攜帶幹反應劑氣體的進口通道以規定線路通過膜的相對一側的加溼區82，84。穿過膜的加溼梯度由相對的幹的和加溼的反應劑流引起，導致膜吸收的水轉移到各個幹的進口氣流。
加溼區可以利用一種離子交換膜來產生，該膜具有整體附加的保持未催化區的電極。或者，加溼區可以通過提供一個擴散層來產生，該擴散層具有催化和未催化區域。在某些情況下，可以要求進一步處理擴散層，以致於催化區域是疏水的，而未催化區域，與加溼區相對應，是親水的。這可以如此容易地實現用一種疏水材料，例如，Teflon有選擇地塗敷擴散層。或者，加溼區能包括一種離子交換膜，該離子交換膜直接置於相對的流場板之間，在那裡膜的一側或者兩側不是靠一個擴散層支承。在這個實施例中，優選的是使用一種整體增強PEM膜，例如，GORE PRIMEA，由馬裡蘭州，Elkton的W.L.Gore＆Associates公司製造。去除擴散層會減少氣流並使水局部「聚集」。這些水—膜接觸區可以直接加溼一種在膜的相對一側上流動的氣體，或者延伸密封的去離子水區，通過膜，經側面水吸附/水合。水合增強區86可以分布在整個燃料電池組件，以便膜的進一步水合。儘管說明了具體的加溼區數量和幾何形狀，但本發明並不受這樣地限制。例如，膜能將幾百個，或者甚至幾千個未催化區域(例如，微點)結合起來，具有微米級的尺寸，分布在整個電池組件，以增強膜的水合。
現在參看圖6，在本發明的又一個實施例中，在燃料和氧化劑引導進入電池的催化區之前，在液態去離子水區之上，引導幹燃料和氧化劑入口流，由此增強液體-氣體膜水合/反應劑的加溼。特別是，一股引導進入燃料電池組件的去離子水被引導在膜的未催化部分的一側上，而幹的反應劑氣體被引導在膜的相對的一側上。由裸露膜吸收，並經過它輸送的水擴散作為水蒸氣進入幹的入口氣流中。
現在參看圖7，本發明的又一個實施例採用一個雙叉指形的流場通道結構。陰極和陽極流場被疊加地表示，並略有一點偏移。垂直偏移只是為了方便說明，而並不是優選的。燃料電池組件具有至少一個未催化加溼區和至少一個催化反應區。在操作中，兩種反應劑通過電池組件連通起來。然而，為了簡化，下面的描述只參看一種反應劑。一種第一反應劑被引導經過入口50進入通道52。進口通道52延伸穿過加溼區，其唯一的功能是加溼該第一反應劑。最好是，該第一反應劑被加溼到飽和點。飽和的第一反應劑隨後被傳送，靠強制對流，從入口通道52，經過中間通道54，直到出口通道56。作為雙對流的結果，反應劑和水蒸氣都在輸送穿過聚合物電解質膜過程中更平均地分布。這一實施例可以進一步結合以前描述的實施例的特徵，例如，逆流反應劑流動，重疊通道等。
儘管本發明的優選實施例已經說明和描述，但很清楚，本發明並不局限於此。對於本領域的普通技術人員來說，在不背離本發明的權利要求的精神和範圍的情況下，可以作出各種改進、變化、改變、替換及使用等同物。
權利要求
1.一種自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，具有一個離子交換膜，該離子交換膜位於一對電極之間，以形成一種膜/電極組件(MEA)，MEA位於燃料和氧化劑擴散層之間，這種燃料電池組件包括一種燃料流場板，具有一個燃料流入口，一個燃料流出口，和在兩者之間使一種燃料流流動的裝置；和一種氧化劑流場板，具有一個氧化劑流入口，一個氧化劑流出口，和在兩者之間使一種氧化劑流流動的裝置，所述的氧化劑和燃料流具有逆流流動，至少一個所述的使一種燃料流流動的裝置和所述的使一種氧化劑流流動的裝置利用強制對流，使所述的流通過一個所述的擴散層。
2.如權利要求1所述的自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，其中，至少一個所述的使一種燃料流流動的裝置和所述的使一種氧化劑流流動的裝置包括叉指形的流場板通道。
3.如權利要求2所述的自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，其中，所述的叉指形流場板通道包括第一組非重疊進口通道，從普通反應劑流入口開始延伸，和第二組非重疊出口通道，從普通反應劑流排出口開始延伸。
4.如權利要求1所述的自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，其中，所述的使燃料流流動的裝置和所述的使氧化劑流流動的裝置跨過所述的離子交換膜至少部分重疊，以增強它們之間水的傳送。
5.如權利要求2所述的聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，其中，所述的使一種燃料流流動的裝置和所述的使一種氧化劑流流動的裝置兩者都包括叉指形的進口流場通道和出口流場通道，所述的氧化劑入口通道和燃料出口通道，以及所述的氧化劑出口通道和燃料進口通道，跨過所述的離子交換膜至少部分重疊，以增強通道-通道的水傳送穿過所述的膜。
6.如權利要求1所述的自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，其中，進一步包括至少一個膜水合增強區。
7.如權利要求6所述的自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，其中，所述的至少一個膜水合增強區包括一個所述膜的未催化區域，所述的未催化區域位於氣體擴散層之間。
8.如權利要求7所述的自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，其中，至少一個所述的氣體擴散層是疏水的。
9.如權利要求6所述的自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，其中，所述膜的至少一個表面是直接靠近流場板的表面。
10.如權利要求6所述的自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，其中，所述的至少一個膜水合增強區包括一組膜水合區，這些膜水合區分散在整個所述的燃料電池組件中。
11.如權利要求6所述的自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，其中，所述的至少一個膜水合增強區包括去離子水和氣體反應劑流，這些去離子水和氣體反應劑流被引導到所述離子交換膜的相對的側面上。
12.如權利要求11所述的自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，其中，所述的水和氣體反應劑流具有相對的流動方向。
13.如權利要求1所述的自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，其中，所述燃料包括氫氣。
14.一種自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，具有一個膜/電極組件(MEA)，MEA包括一個離子交換膜，該離子交換膜位於一對電極之間，MEA位於一對氣體擴散層之間，所述的燃料電池包括一個燃料流場板，具有一個燃料流入口，一個燃料流出口，和在兩者之間使燃料流流動的裝置；一個氧化劑流場板，具有一個氧化劑入口，一個氧化劑出口，和在兩者之間使氧化劑流流動的裝置；以及至少一個膜水合增強區。
15.如權利要求14所述的自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，其中，所述至少一個膜水合增強區包括一個所述膜的未催化區域。
16.如權利要求14所述的自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，其中，至少一個所述的流動裝置被引導通過所述的至少一個膜水合增強區。
17.如權利要求16所述的自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，其中，氧化劑和燃料反應劑流戰略上被引導通過所述至少一個膜水合增強區，以使所述反應劑流之間的水蒸氣傳送最大化。
18.如權利要求16所述的自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，其中，所述燃料和氧化劑流具有逆流流動方向通過所述的膜水合增強區。
19.如權利要求14所述的自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，其中，至少一個所述的使反應劑流動的裝置包括叉指形流場通道。
20.如權利要求14所述的自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件，其中，至少一個所述的使反應劑流動的裝置包括雙叉指形流場通道。
21.一種在一個聚合物電解質膜(PEM)燃料電池中保持膜水合的方法，所述的燃料電池具有一個膜電極組件(MEA)，位於氣體擴散層之間，氣體擴散層位於燃料和氧化劑流場板之間，該方法包括下面的步驟引導燃料和氧化劑反應劑分別通過燃料和氧化劑入口進入所述的燃料電池，至少一種所述的反應劑以幹的、非加溼的狀態引入；通過各個燃料和氧化劑流場通道使所述的燃料和氧化劑反應劑連通；和通過燃料和氧化劑出口排出所述的反應劑。
22.如權利要求21所述的方法，其中，進一步包括在排出步驟之前，引導至少一種所述的反應劑通過一個膜水合增強區的步驟。
23.如權利要求21所述的方法，其中，所述的反應劑在逆流方向被連通通過所述的燃料和氧化劑流場通道。
24.如權利要求22所述的方法，其中，所述的反應劑在逆流方向被連通通過所述的燃料和氧化劑流場通道。
25.如權利要求21所述的方法，其中，所述燃料和氧化劑流場通道是非接續的和叉指形的，以及連通的步驟進一步包括通過各燃料和氧化劑擴散層，將燃料和氧化劑反應劑從燃料和氧化劑入口通道長度分別連通到燃料和氧化劑出口通道長度。
26.如權利要求25所述的方法，進一步包括在排出步驟之前，引導至少一種所述的反應劑通過一個膜水合增強區的步驟。
27.如權利要求26所述的方法，其中，所述的反應劑在逆流方向被連通通過所述的燃料和氧化劑流場通道。
28.如權利要求21所述的方法，進一步包括在引導步驟之前，使所述的膜預水合的步驟。
29.如權利要求28所述的方法，其中，所述預水合步驟包括引導至少一種飽和反應劑進入所述燃料電池。
全文摘要
一種自加溼聚合物電解質膜(PEM)燃料電池組件,具有一個離子交換膜(12),位於氫氣和氧氣擴散層(14,16)之間,以形成一個膜電極組件(MEA)(10)。MEA(10)依次設在一對集流板(20,22)之間,該集流板(20,22)具有流場通道(34,36),使鄰近各擴散層的反應劑流動,以產生對應的陽極和陰極電化學反應。電池組件的各種實施例採用了一個或者多個下列特徵:叉指形的流場通道(34,36),逆流的反應劑流動,相對的通道調準,和未催化膜水合增強區(82,84)。
文檔編號H01M8/06GK1332891SQ99813844
公開日2002年1月23日 申請日期1999年9月17日 優先權日1998年9月18日
發明者羅伯特·肯尼思·溫, 傑伊·凱文·諾伊茨勒, 弗蘭諾·巴比爾, 弗拉迪米爾·古勒烏, 沃爾特·愛德華·皮爾斯 申請人:能量合夥公司