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1、10申请公布号CN102017258A43申请公布日20110413CN102017258ACN102017258A21申请号200880128887522申请日20080424H01M8/04200601H01M8/0220060171申请人UTC电力公司地址美国康涅狄格州72发明人RM达林P巴德里纳拉亚南74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人严志军谭祐祥54发明名称用于管理燃料电池中的湿气分配的芯吸层57摘要一种用于管理燃料电池中湿气含量的示例性装置，包括反应物分配板，其具有建立反应物流通道的多个部件，反应物流通道在该板的至少一侧开放。芯吸层靠着该板的一侧。芯吸层包括第一。
2、部分，其是不间断的，并覆盖其中至少一些通道。芯吸层的第二部分沿着其中至少一些部件的端部延伸，使得通道的与第二部分共同延伸的段朝着该侧开放。85PCT申请进入国家阶段日2010102286PCT申请的申请数据PCT/US2008/0613582008042487PCT申请的公布数据WO2009/131581EN2009102951INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书3页附图2页CN102017270A1/2页21一种用于管理燃料电池中的湿气含量的装置，所述装置包括反应物分配板，其具有建立反应物流通道的多个部件，所述反应物流通道在所述板的至少一侧是开放的；。
3、和芯吸层，其靠着所述板的所述一侧，所述芯吸层包括第一部分和第二部分，所述第一部分是不间断的并覆盖其中至少一些所述通道，且所述第二部分沿着其中至少一些所述部件的端部延伸，使得所述通道的与所述第二部分共同延伸的段朝着所述一侧是开放的。2根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述芯吸层的所述第一部分大体上与所述反应物分配板的冷凝区共同延伸。3根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述芯吸层的所述第二部分沿着所述反应物分配板的活性区而定位。4根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置包括冷却剂流通道，其具有靠近所述反应物流通道的入口，用来建立所述冷凝区。5根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述。
4、芯吸层的所述第二部分沿着所述反应物分配板的活性区而定位。6根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述芯吸层包括第三部分，其是不间断的并覆盖在所述反应物分配板的其中至少一些所述通道之上，所述第一部分和所述第三部分靠近所述第二部分的相反两端。7根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一部分靠近所述反应物分配板的冷凝区定位，所述第二部分靠近所述反应物分配板的活性区，并且所述第三部分靠近所述反应物分配板的所述通道的气体入口侧定位。8根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括气体扩散层，并且所述芯吸层位于所述气体扩散层和所述反应物分配板之间。9根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述芯吸层。
5、包括亲水的碳。10根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述芯吸层包括氧化锡处理的包含碳纤维的纸。11一种管理燃料电池组件中的湿气分配的方法，所述方法包括将芯吸层定位在反应物分配板和气体扩散层之间；用所述芯吸层的第一部分覆盖在所述反应物分配板中的至少一些气流通道的一部分上；和让所述气流通道的其它部分沿着所述芯吸层的第二部分是暴露且开放的。12根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括用所述芯吸层的第三部分覆盖在其中至少一些所述气流通道的另一部分上。13根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述芯吸层的所述第二部分位于所述第一部分和所述第三部分之间。14根据权利要求11所述的方法，其。
6、特征在于，所述方法包括将所述第一部分靠近所述反应物分配板的冷凝区定位。15根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法包括靠近所述气流通道的接受气体的一部分而引入冷却剂，以建立所述冷凝区。权利要求书CN102017258ACN102017270A2/2页316根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括沿着所述反应物分配板的活性区定位所述第二部分。权利要求书CN102017258ACN102017270A1/3页4用于管理燃料电池中的湿气分配的芯吸层背景技术0001已经知道多种燃料电池构造。许多燃料电池在催化剂层之间具有聚合物电解质膜PEM，在催化剂层那里会发生电化学反应以产生电。。
7、目前有不同类型的PEM燃料电池。一些具有与每个催化剂层相关的固态反应物分配流场板SOLIDREACTANTDISTRIBUTIONFLOWPLATE。现有的固态反应物分配板由例如金属或碳复合材料制造。0002与具有固态反应物分配板的PEM燃料电池相关的一个问题是，由于一个或多个燃料电池组分变干而导致对其造成损害的可能性。该问题在靠近燃料电池组组件的燃料入口和空气入口处尤其普遍。入口处的气流不完全饱和会使得那个区域中的燃料电池组分变干的可能性增加。0003目前需要用来减少燃料电池中变干的经济且有效的方法。本发明处理该需要。发明内容0004用于管理燃料电池中湿气含量的示例性装置包括反应物分配板，其。
8、具有建立反应物流通道的多个部件，反应物流通道在该板的至少一侧上是开放的。芯吸层WICKINGLAYER靠着该板的一侧。芯吸层包括第一部分，其是不间断的，并覆盖在可被称为“冷凝区”的区域中的其中至少一些通道上。芯吸层的第二部分沿着其中至少一些部件的端部延伸，使得与第二部分共同延伸的通道的段朝着该侧是开放的。开放的通道允许反应物气体传输到催化剂层。0005管理燃料电池组件中湿气分配的一示例性方法包括，将芯吸层定位在反应物分配板和气体扩散层之间。至少一些在反应物分配板中的气流通道的一部分被芯吸层的第一部分覆盖。气流通道的其它部分沿着芯吸层的第二部分是暴露并开放的。0006对本领域技术人员而言，从下面。
9、的详细描述中，所公开示例的各种特征和优点将是显而易见的。结合详细描述的附图可简要地描述如下。附图说明0007图1示意性地显示了根据此发明的一个实施例设计的燃料电池组件。0008图2示意性地显示了芯吸层构造的一个示例。0009图3示意性地显示了芯吸层构造的另一示例。0010图4示意性地显示了冷却剂通道构造的一个示例。具体实施方式0011所公开的示例包括可用于管理燃料电池中湿气含量的芯吸层。在所公开示例中，例如，芯吸层可用于在燃料电池工作时吸收液态水，并将该液态水朝着燃料电池的干燥部分传输或芯吸。0012图1示意性地显示了燃料电池组件示例24的选定部分，其包括在催化剂层32和34之间的聚合物电解质。
10、膜30。在一个示例中，催化剂层34是阴极层，而催化剂层32是说明书CN102017258ACN102017270A2/3页5阳极层。气体扩散层36在催化剂层32的与聚合物电解质膜30相反的另一侧。类似地，气体扩散层38与催化剂层34相邻。0013反应物分配板40和42与气体扩散层36和38相邻。在一个示例中，反应物分配板40和42包括固态板，其具有至少一个不是多孔的固态层。在一个示例中，其中至少一个反应物分配板包括金属。在另一示例中，其中至少一个反应物分配板包括碳复合材料。0014在图1的示例中，反应物分配板42包括多个通道44，其以已知的方式允许气体流动。反应物分配板42包括建立通道44的多。
11、个部件48。在此示例中，部件48包括肋，其具有基本上与反应物分配板42的一个侧面尺寸一致的长度，例如，如可从附图中理解到。0015芯吸层46定位在反应物分配板42和气体扩散层38之间。此示例中的芯吸层46是可导电的。一个芯吸层46示例包括亲水的碳。在另一示例中，芯吸层46包括氧化锡处理的TORAY例如碳纤维纸。0016芯吸层46构造的一个示例在图2中显示。在此示例中的芯吸层46具有第一部分50，其基本上共同延伸和延伸跨过反应物分配板42的整个宽度例如从附图中的一侧到另一侧。第一部分50覆盖反应物分配板42的冷凝区52。此示例中的第一部分50覆盖冷凝区52中的通道44。此示例中的第一部分50是选。
12、择用于芯吸层46的材料的连续不间断的片。0017芯吸层46的第二部分54包括分开的或间隔的段，其基本上与部件48的端部例如肋共同延伸而不覆盖任何的通道44。芯吸层46的第二部分54在图1中是可见的。第二部分54的段沿着部件48的端部定位，使得芯吸层46不覆盖或阻碍位于那个位置的空气通道44。这样的设置防止芯吸层46干涉至少沿着通道44的活性区56而到达催化剂层的气体。反应物分配板42的活性区56是沿着通道44长度的在那里发生电化学反应的区域，该电化学反应涉及到达催化剂层的气体。芯吸层46在活性区中以此方式设置，以允许反应物如所需要的那样到达催化剂层，用于有效的燃料电池操作。0018冷凝区52可。
13、以是活性区56的一部分。在这样的示例中，芯吸层46的第一部分50可部分地覆盖其中存在冷凝区的活性区56。可选地，芯吸层的第二部分54在整个活性区上延伸，包括在活性区56中的冷凝区部分。0019第二部分54与第一部分50的不同之处在于，第二部分54不是连续的，并且当沿着越过活性区分配板42宽度的方向看去时例如，当沿着与穿过通道44的气流方向相反的方向看去时是间断的。在冷凝区52中具有连续的第一段50和在活性区中具有间断的第二部分54，这增加了沿着芯吸层46的湿气分配量，同时避免了与到达催化剂层的气体发生干涉。0020芯吸层46的示例设置成用来从冷凝区52将湿气例如水带到分配板42的空气入口侧60。
14、。如已知的，提供至催化剂侧反应物分配板46的空气是干燥的。与入口处的空气相比，在包括冷凝区52的反应物分配板一侧离开通道44的空气一般包含更高的湿气浓度。入口处湿气的不足能够倾向于让至少反应物分配板42的相应部分变干。0021冷凝区被这样称呼是因为，它是离开气流中的湿气被冷凝并作为液态水从气流中移除的地方。芯吸层46设置成用来朝着反应物分配板42的空气入口侧60传输这样的说明书CN102017258ACN102017270A3/3页6水。第一部分50延伸越过基本上整个冷凝区，以增加或最大化地增加穿过芯吸层46朝着反应物分配板42的空气入口侧60而传输的水的量。0022如图4中所示，所示的示例包。
15、括冷却剂入口70和冷却剂流通道72，其设置成用来冷却离开的空气，以促进冷凝。在此示例中，冷却剂入口70被用来将通常低于65摄氏度的冷却剂引入到电池中。冷却剂流通道72与气流通道44是分开的。在图2和图3的视图中，冷却剂通道72位于气流通道44的下面。0023在此示例中，冷却剂流通道72始于冷凝区52中，然后在空气入口侧60下面引入冷却剂，以冷却干燥的进入空气。冷却剂通道然后在活性区56下面蜿蜒延伸，并在凝固区52和活性区56之间的界面73附近引出。冷却剂出口如74处所示。0024作为电池中的液压压力梯度的结果，而产生沿着芯吸层46的水的运动。一个示例包括设计成用来减小入口侧60与靠近冷凝区52。
16、的出口侧之间的压力差的构造，这是因为芯吸层46的芯吸作用不能克服太大的压力差而发生。一个示例包括单程气流的设置，其中，空气通道44采取经过活性区56的最短路径。通过以高的长宽比ASPECTRATIO设计电池来有效地减小通道44的路径长度，以便可减少气相和液相中的压降。在一个示例中，活性区56的所需面积是200CM2，通道是71MM长，且活性区是283MM宽。这样的示例减小了压降，并有助于充分的芯吸作用例如，水从冷凝区52朝着入口侧60传输。0025芯吸层46的另一示例如图3中所示。在此示例中，芯吸层46包括与图2的示例中类似的第一部分50和第二部分54。然而，在此示例中，芯吸层46的远离第一部。
17、分50的那一端包括第三部分80。在此示例中，第三部分80是覆盖在通道44之上的芯吸层材料的连续不间断的片。活性区56还包括未被覆盖的通道44，其允许通道44中的气体到达催化剂层。0026在图3的示例中，燃料流通道82设置成用来提供燃料流的方向，该方向与通道44中气流的方向相反。沿此方向引入燃料流可增加跨过膜的水的交换。在此示例中，燃料分配通道84定位在冷凝区52附近的空气入口侧60和出口侧附近的非活性区之上。图3示例中的芯吸层的第一部分50和第三部分80在相应的非活性区域中。0027在一些示例中，芯吸层46的周边被密封，以防止水泄露出需要湿气分配的区域。一个这样的示例包括，将芯吸层的周边结合在。
18、反应物分配板42上，以实现所需要的密封。0028芯吸层46的一个特征在于，芯吸层46利用液压压力以在电池中分配水，而不需要单独的增湿装置。0029与气体扩散层38中的孔相比，芯吸层46的示例可具有更小的孔。该芯吸层46中的孔比气体扩散层38中的孔更亲水。这有助于芯吸层46从气体扩散层38中吸走水。此设置的一个特征在于，它增加了进入电极中的氧扩散。0030上述的芯吸层46示例定位在电池示例阴极侧的反应物分配板42与气体扩散层38之间。典型的是，在阴极侧产生更多的水。芯吸层46示例也可用在电池的阳极侧上。0031前面的描述是示例性的，而非在本质上具有限制性。对本领域技术人员而言，对所公开示例进行不脱离本发明本质的变型和修改可以是显而易见的。本发明的合法保护范围仅可由所附权利要求来确定。说明书CN102017258ACN102017270A1/2页7图1图2说明书附图CN102017258ACN102017270A2/2页8图3图4说明书附图CN102017258A。