穿孔流量分配器板的制作方法

专利名称：穿孔流量分配器板的制作方法
穿孔流量分配器板在许多技术应用中，都存在在化学和工程装置内有效地传输和分配液体 和气体混合物的需要。通常，热交换器和化学反应器的性能关键依赖于流经 其的流体的分布。要特别关注的特例。在最基本的构造中，燃料电池包括支撑在薄的质子交换 膜的两个相对表面上的一对电极，其中所得的膜电极组件插在一对集电器板 之间。燃料和氧化剂被从外界持续供给电池，并且燃料和氧化剂被允许分别 在阳极和阴极反应，燃料通常为纯氢或稀释酒精，氧化剂可以为氧或空气。 膜电极组件通常包括合适的催化表面，以加速还原和氧化反应。在阳极释放 的电子成为电源，而且在电极的氧化还原电压下经由外部电流导体而向阴极 移动，以与过量的质子和氧化剂反应形成水。直接甲醇燃料电池的各化学反应如下CH3OH + H20 — 6tT + C02 + 6e- (阳极反应) 3/202 + 6HT + 6e- — 3H20 (阴极反应)对许多实际使用来说必须将多个单独的电池串联堆叠在一起。在由此所 得的设置中，在本领域中已知为"燃料电池堆体"，每一对相邻电池的相对 荷电的电极被一个或多个导电板所隔开。在所有该应用中，术语"双极板"、 "双极单元，，和"双极组件"可互换使用，以指明前述设置在燃料电池堆体 中的相邻电池之间的一个或多个导电板。用在燃料电池堆体中的双极板理论上旨在起到几个作用1)收集并传 导电流；2)为反应物和产物提供有效的流量场，即引导从外部源通过设置 在燃料电池堆体内的合适的通道输送到双极板的反应物，并使其与相邻的电 极接触，并允许在优选的流动区域以最小压降有效地从其去除反应产物；3) 机械支撑整个燃料电池堆体设置；4)允许有效率地传热；5)主要在涉及温 度变化的操作过程中，有助于堆体的弹性(resiliency);以及6)提供体积小 重量轻的结构。求。以下讨论涉及各种包括多个在结构上修改过的金属片的组合，金属片位 于燃料电池堆体中的相邻电池之间。
US 4855193公布了一种燃料电池，其中导电屏(screen)置于分隔器片 和与电极表面接触的防潮-友片之间。
US 6007933描述了结合其上限定有蛇形流动通道的分隔器板的有孔金 属片的使用。
燃料的系统，据此，有孔的第一板置于阳极和其上设置有凸起的第二板之间， 其中所述第二板面向阴极并与其由于所述凸起而电接触。限定在所述第 一和 第二板之间的增压空间(plenum)用于接收燃料，燃料通过前述孔到达阳极 表面。
US 6872482描述了一种燃料电池堆体，包括金属片形式的片簧，能够当 置于负载下及移除所述负载时经受弹性形变。片簧插在一对金属板之间，金 属板限定根据所述公布所公开的电池的分隔器。
本发明的一个目的是提供一种改进的流量分配器，其尤其适于用作电化
要求改进且受控的流量场、以及改进的弹性和导电性的直流曱醇燃料电池堆 体和热交换器中。
本发明的另一个目的是提供流量分配器和基于其的双极单元，易于且廉 价地生产并有效满足上述的功能和结构要求的组合。
本发明的另一个目的是提供燃料电池或燃料电池堆体，其包括创新的流 量分配器和基于其的双极单元。
在第一方面，本发明提供流量分配器板，其特别适用于电化学电池和热 交换器中，其中所述板包括穿有多个孔径的导电区，其中所述有孔区的一个 表面设置有在其上分布并从其延伸的导电的弹性可移置的挡板。
流量分配器板的其上设置有弹性可移置挡板的面称作"粗糙面"，而与 其相对的面称作"非粗糙面"。应当注意的是，挡板可以根据预订图案随机 或有序地分布在流量分配器板的粗糙面上。
最优选的是，前述弹性可移置挡板形式为金属片(tab),其中每个所述 金属片与流量分配器板的有孔区中的一个孔径相关联，所述片和与其相关联 的所述孔径具有共同的边界。本发明的流量分配器板的该优选实施例可以方便地通过将金属板的平面弯曲成多个单独的段来形成，以获得多个孔径，其 中所述段从所述板的 一个表面延伸而以分布在所述面上的金属片的形式提 供多个挡板。构成本发明的重要结构特征的前述孔径和挡板的优选形状、结构和目的 在下文中更加详细描述。应当注意的是，当置于燃料电池内时，本发明的流量分配器板实现额外 的功能，即收集和传导电流。因此，以下术语"电流收集器流量分配器板" 用于表示旨在用于电化学电池中的本发明的特殊实施例。当旨在用于电化学 电池特别是燃料电池堆体中时，电流收集器流量分配器板的有孔区最好被外 围区围绕，该外围区由其中结合有开口的密封表面所限定。简单地说，本发 明的电流收集器流量分配器板置于燃料电池内，从而每个所述板的非粗糙面 与设置在所述电池的膜电极組件上的气体扩散层平行并紧密接触，而所述电 流收集器流量分配器板的相对的粗糙面贴附于金属分隔器片上或与金属分 隔器片紧密接触以在其间形成空间。操作中，由外部供给燃料电池中的反应 物被输送到限定在金属分隔器片和贴附于其上的电流收集器流量分配器板 的粗糙面之间的空间。所述空间内流体(即气或液相的燃料或氧化剂、和/ 或例如水或二氧化碳的产物、以及诸如氮和水的非反应材料)的流被设置在 其中的挡板所引导，通过直接接触或更优选通过插在其间的扩散层，分配所 述流，从而使燃料和氧化剂分别与相邻的阳极和阴极有效接触，并且从其移 除产物。可以理解的是，从电流收集器流量分配器板的表面延伸的挡板至少 部分压靠贴附的金属分隔器片，从而就其导电和弹性特性而言，挡板有助于 燃料电池堆体的电流收集、流体流动管理和可压缩性。图l是优选的流量分配器板l的俯视图，示出其非粗糙面并示出其主要 结构特征。以下，流量分配器板将会被称作术语"电流收集器流量分配器板"， 从而使得更易于理解和领会其在电化学电池内由此实现的功能。然而，应当 注意的是，以下描述可以易于用来制备才艮据更普通的情况的流量分配器板， 即用在电化学电池以外的各种应用中。电流收集器流量分配器板1被设置成正方形或矩形金属片的形式，具有在0.05到5 mm之间的范围内的厚度。矩形金属片的中心区2穿有多个孔径 3,并且同心地位于所述片内。典型地，中心区2的面积构成电流收集器流 量分配器板1的总面积的大约百分之50到90，更优选大约百分之75到85。本发明提供的电流收集器流量分配器板l可适于用在电化学电池中并更 优选在燃料电池中，并且因此将所述电流收集器流量分配器板1的中心有孔 区2设计成几何形状和尺寸符合位于所述燃料电池内的膜电极组件的活性区
(active area )。典型地，电流收集器流量分配器板1的中心有孔区2的面积 的范围根据电池将产生的电流而可以从几平方厘米到大约几千平方厘米。在 实践中，特别大的电流收集器流量分配器板的中心区可以细分，以形成每个 都穿有孔径并具有在其一个面上分布着挡板的多个隔离区，所述隔离区优选 具有范围在5 x 5到50 x 50 cm的尺度。
根据

图1所示的实施例，电流收集器流量分配器板1的中心区2及围绕 其的外围区4构成由薄金属片制成的整体结构，其中的金属最优选选自由铁、 铜、铝、不锈钢、钛、铌、镍、钴、铬、锆、鴒、钼、镁、锰、钽及其合金 和混合物构成的组。可选地，板1可由导电或不导电的聚合物、陶资、碳、 石墨及其复合物制成。如果需要，板1可被涂覆以改善抗腐蚀性、改善表面 性能(即表面电导率)和流体疏性(即疏水性)。合适的涂覆材料包括贵金 属(例如金、铂)、金属氧化物、导电陶瓷、导电聚合物、碳和石墨或其复 合物，或者任何上述金属或金属组合。
根据本发明的电流收集器流量分配器板的中心区穿有多个孔径，从而孔 径的组合面积构成所述中心区的面积的大约15°/。到70%，更优选大约25% 到50%。应当注意的是这里使用的术语"孔径"包括由任何闭合的任意的曲 线或多边形所限定的缝或孔。孔径的几何形状优选选自由圆形、三角形、正 方形、矩形、平行四边形、梯形或其他n边形(其中n是5到12之间的整 数)、椭圓形和星形、以及上述形状的段和其组合所组成的组。
在一个优选实施例中， 一个或多个孔径具有中心对称的几何形状。根据 特别优选的实施例， 一个或多个孔径的几何形状由以下有时称作底(base) 的段(segment)所限定，^:的端点由多边形线或曲线例如弧线连接。优选 地，前述形状是通过将中心对称图形诸如圆形、椭圓形和多边形二等分而获 得的图形。这种特别类型的孔径的优势将随着后续描述而变得明显。简单地 说，由其端点由多边形线或曲线连接的段所限制的电流收集器流量分配器板 的中心区内的单独的扇区(sector )，可以沿所述段弯曲到所述板的平面以外， 从而形成孔径，同时在电流收集器流量分配器板的一个表面上以金属片的形 式提供弹性可移置的挡板。例如，前述孔径可以是等腰梯形的形状，成对位于电流收集器流量分配器板的中心区内，从而属于同一对的梯形的底边彼此 平行并分离。孔径的尺度优选为平均直径在0.2 mm到12 mm的范围内而缝状孔径可 以具有长于12 mm的长度。最优选为优化孔径的尺寸以改善面内和穿过平 面的电导率以及电流收集器流量分配器金属板的中心区和膜电极组件之间 的流体传输，该膜电极组件旨在在燃料电池内与其接触，而不降低板的机械 强度，这将在以下更加详细解释。孔径可以在电流收集器流量分配器板的中心区内随机安置，也可以以预 定形式在其中有序设置，诸如由所述孔径的行(row)所限定的阵列。然而， 优选为孔径在电流收集器流量分配器板的中心区内按仔细考虑的布局来分 布，以控制流体的流量分配和电流的收集，这将在以下更加详细讨^r。围绕有孔的中心区的矩形板的外围区4由表面5提供，表面5用于密封 和支撑燃料电池堆体内的电流收集器流量分配器板，这将在以下更加详细讨 论。在如图所示的优选实施例中，外围区4包括两对开口，分别由(6a、 7a) 和(6b、 7b)标明，其中同一对的开口位于所述外围区的相对侧，从而使其 被中心区2分隔。根据如图所示的实施例，设置在电流收集器流量分配器板 的外围区内的所有四个开口具有矩形形状，属于同 一对的开口具有相同的尺 度。然而，这些结构特征不是必须的，开口 (6a、 7a)和(6b、 7b)可以具 有不同的几何形状和尺寸。随着描述的进行将会变得明显的是，在燃料电池 堆体内纵向延伸的用于将外部供给的反应物输送到电极活性区并将产物从 其移除的通道，是将所述燃料电池堆体的适当部件贴附在一起而由这样的开 口并置而形成的，所述构件在它们的边缘中包括对应的开孔。优选地，开口 (6a、 7a)和(6b、 7b )的组合面积构成电流收集器流量分配器板1的总面 积的大约2%到20%。然而，应当注意的是，根据本发明的可选实施例，外 围区4可以只包括一对开口 ，从而用使用所得的一对纵向通道来供给和移除 阳极材料。在这种情况中，其他外部供给反应物(空气)可以直接从大气输 送到多个阴极活性区的每一个中。如上所述，本发明特别优选的电流收集器流量分配器板通过从其中心区 平面弯曲出多个单独的扇区形成，以获得几何形状和尺寸相应于所述扇区的 多个孔径，^吏得所述扇区从所述板的一个面延伸而以分布在所述面上的属 片的形式提供多个挡板。现在对于图2a到2b来说明一种可能的制备工序。所得的电流收集器流量分配器板以及分布于其上的弹性可移置挡板的独特
的结构特;^正在图3a、 3b、 4a和4b中示出。
图2a和2b示出了可以适用于根据本发明的电流收集器流量分配器板的 有孔中心区的制备的两种优选图形。该制备涉及，通过本领域中已知的技术 包括例如激光切割或湿法蚀刻，加工例如厚度为大约0.05到0.50 mm的薄 的不锈钢片(SS302-FH )的金属板的中心区，以生产宽度范围为0.05到2 mm 的曲线3a或多边形线3b形式的全深度切口 (fUll-depth incision),从而使所 述曲线或多边形线与连接所述线的端点的假想的段一起来限定可以易于沿 所述段弯曲到金属板的平面外的扇区。该扇区可以具有任何需要的几何形 状，当然这取决于具体的曲线或多边形线3a和3b。才艮据一个实施例，通过 二等分中心对称的图形获得的扇区具有轴对称的几何形状。这样，如图2a 所示，当金属板中制成的全深度切口具有曲线3a的形式时，所述曲线是对 应于圆周的一部分的弧线，限定在所述弧线和连接所述弧线端点的假想的直 径10之间的所得的扇区9具有半圆形状。在图2b中，限定在多边形线3b 和连接所述线端点的假想的段11之间的扇区9是等腰梯形。可以看出扇区9 优选成对限定在电流收集器流量分配器板的中心区内，从而使属于同一对的 梯形扇区9的底边11 ^f皮此平^亍并分离。
在金属板的中心区上生产所需图形的切口之后，该板置于合适的工作表 面上，成形以引入弯曲的挡板，从而使固体材料线(solidmaterialline)上的 弯曲层和多个扇区9均沿一个方向弯曲到金属板的平面外，即相对于所述平 面向上或向下，随后在所述金属板的中心区穿孔形成多个孔径，而每个几何 形状和尺寸对应于所述扇区9的多个弹性可移置的金属叶或片从所述金属板 的一个面延伸。这样，根据本发明的特别优选实施例，分布在电流收集器流 量分配器金属板的一个面上并从其延伸的挡板以弹性可移置金属片的形式 设置，其已经弯曲到所述板外。
图3a和3b分别提供根据以上参照图2a到2b描述的工序获得的电流收 集器流量分配器板的粗糙面的俯视图。粗糙面以分布于其上并从其延伸的弹 性可移置金属片12的形式设置有多个挡板，其中每个所述金属片与中心穿 孔区的孔径之一 3关联，并且其中所述片12和所述关联的孔径3具有共同 的边界，而限定在包含孔径3的平面和片12之间的二面角a典型地在5到 175度范围内，更优选在10到60或120到170度范围内。根据图3a和3b所示的实施例，挡板以及与其关联的孔径的几何形状和尺寸相对应，尽管此 种对应明显不是必须的。
图4a和4b分别提供显示从金属板1的平面延伸的弹性可移置金属片12 的透视图和侧截面视图。在图中所示的具体实施例中，按照图2b所示的工 序，金属片12通过将其具有等腰梯形的几何形状单独的扇区弯曲到金属板1 的表面外而形成。如以上关于图2b所述的，所述扇区优选为成对排列在电 流收集器流量分配器板的中心区内。因此，在所述扇区已经弯曲到板的平面 外以后，所得的对应于所述扇区的金属片12也会成对分布在电流收集器流 量分配器板的中心区表面上，从而属于同 一对的梯形片的长底边彼此平行并 分离，并在每一对的两个梯形片之间限定窄的通道13(在图4b中尺度为q)。
梯形的高(a )、长底边(b )和短底边(c )都优选在0.2到12 mm的范 围内。属于同一对的梯形片的底边之间的距离(d)典型地是大约1到25 mm。 如上所述，限定在金属板1的平面和片12之间的二面角e典型地在5到175 度范围内，更优选在20到60度或者120到170度范围内。由所述片12的 自由端(未连接到金属板1的端)最高点和金属板1的表面之间的距离限定 的片12的高(h)优选在0.15到5mm的范围内。
如以上关于图2a-2b、 3a-3b、 4a和4b所描述的从电流收集器流量分配 器板l的一个面延伸的多个弹性可移置金属片12(该些金属片弯曲到所述板 外)构成本发明的重要特征。所述金属片在电流收集器流量分配器板的表面 上的分布，结合其结构和物理特性，尤其是它们的几何形状、空间取向、机 械强度和弹性特性，被设计以确保反应物朝向电极的和在流体入口和出口之 间的有效流动、改进的整个燃料电池堆体的可压缩性以及电池之间的优化的 电导率。
弹性可移置金属片12用于补偿任何制造公差，以及引起其中放置该板 的燃料电池的原始尺度变化的组装和搡作条件。此外，在化学反应器或燃料 电池的情况中，片12抑制(backhold)由电流收集器流量分配器板加到气体 扩散层并通过其加到催化活性区和膜的所需的压力；在热交换器或凝结器 (coalescer)的情况中，片12抑制由电流收集器流量分配器板力。到其他板或 导流体之间的所需的压力。弹性可移置片12的弹簧常数[k]定义为特定施加 的力引起的形变并由閃=挠曲(deflection)[微米]/力[kg]表达，弹簧常数[k] 受制造该片的材料和其可选的后处理(即硬化)、片的形状和尺度及其形成方法的影响。弹性可移置片12设计成允许在特定的力作用下的所需挠曲。 这样，弹性可移置片12具有未连接到电流收集器流量分配器板的自由端，
以允许所需挠曲。片12的挠曲通过片的高(h)的减小来测量，其中较高的
挠性联系着在相同力作用下的较大的挠曲。优选地，在目前使用的燃料电池
的情况中，在2到50kg/cn^更特别是5到25kg/cr^范围内的压力会引起在 0.005到1 mm更特别是0.02到0.2 mm范围内的挠曲；在热交换器和凝结器 的情况中，挠曲会更接近前述范围的下限。
金属片12在电流收集器流量分配器板中心区内的分布及其相对所述板 的倾斜角，尤其依赖于片对于反应物和产物的期望的流动图形的相对位置。 因此，例如，片在存在单相流动的阳极入口附近的密度可以大于片在存在双 相流体流动并且气泡需要较低致密的流动增压(flowplenum)的阳极出口附 近的密度。因此，根据一个实施例，在电流收集器流量分配器的粗糙面上挡 板的分布以及可选的其尺寸和形状是与位置相关的。
如果需要，可以在金属片上施加一些孔洞，从而影响片的强度和弹性， 同时为流体向电极流动的控制和设计贡献另 一 自由度。
应当理解，上述制备方法仅为说明目的提供，该方法涉及在金属板的中 心区内形成多个全深度切口并随后弯曲多个扇区，每个扇区由切口和连接所 述切口端点的段限定。为了在金属板1的一个面上提供多个金属片12而在 所述金属板1中心区的穿孔可以使用本领域技术人员熟知的以下金属加工技 术中的一个或多个来有效完成切割(cutting )、钻(drilling )、沖切 (punch-cutting )、冲(punching )、々虫亥1] ( etching )、；敫光士刀割(laser cutting )、 成开j ( forming )、滚轧成形(roll forming )、压花(embossing )、造型(shaping )、 磁造型(magnetic shaping )、橡胶体造型(rubber body shaping )、液压造型(fluid pressure shaping )、嵌入(embedding )、模压(die pressing )和锻造(forging )。
出于说明目的在图5a到5c中给出可以适合用于在根据本发明的电流收 集器流量分配器板的中心区穿孔的其他各种图形实例。可以看出这些图形用 于形成具有中心对称几何形状的孔径，诸如不同直径的圆、椭圆、星，并结 合仅具有轴对称的孔径，诸如半圆和等腰梯形(未示出)。后者可以用上述 工序来生产，即，以弧形形成全深度切口并随后将由所述弧和连接其端点的 段限定的扇区弯曲到电流收集器流量分配器板的平面以外。应当理解的是， 使用图5a和5c所示的图形可以提供电流收集器流量分配器板，该电流收集器流量分配器板的粗糙面上分布并从其延伸的金属片的数量小于其有孔的 中心区中孔径的数量。还应当注意的是，金属片可以是光滑或者粗糙的，具 有一些可以对片的刚性或挠性有贡献的面外延伸物，影响流体流动并增大切
口对片面积(tab-area)的比率。
如上所述，本发明的电流收集器流量分配器板可以适合置于燃料电池 内，从而所述板的非粗糙面与设置在所述电池的膜电极组件上的气体扩散层 平行并紧密接触，而所述电流收集器流量分配器板的相对的粗糙面面向导电 的分隔器片以在其间形成空间，其中所述空间包含设置于所述电流收集器的 粗糙表面上的挡板，所述空间旨在用于容纳外部供给的反应物并借助所述挡 板将其分配，以允许与相邻电极表面区域的有效接触。随着描述的进行将会 变得明显的是，为了增大电流收集器流量分配器板和贴附于其的金属分隔器 片之间的距离，在其间设置适当的隔离元件，从而为反应物提供有效的流动 空间。隔离元件可以以独立的适当"^殳计的片形式设置，或者，可选地形成金 属分隔器或电流收集器流量分配器板的整体部分。还应当理解的是，当组装 形成双极单元时，电流收集器流量分配器板和插在其间的分隔器分别适于设 置成通过所述板外围的开口 ，允许将燃料和氧化剂引入到阳极和阴极空间、 以及从其移除反应产物。
这样，根据一个优选实施例，本发明提供双极组件，其包括第一电流收 集器流量分配器板和第二电流收集器流量分配器板，其中每个所述板具有穿 有多个孔径的导电区，其中所述区的一个面设置有分布于其上并从其延伸的 弹性可移置的导电挡板，并且其中所述穿孔区被由其中具有至少一对开口的 密封表面限定的外围区所围绕，其中同 一对的开口位于所述外围区的相对 侧，从而被所述穿孔区分隔，其中所述板彼此平行放置并分离，其上分布有 挡板的面彼此面对；以及
导电分隔器插在所述电流收集器流量分配器板对之间，所述分隔器的几 何形状和尺寸与所述电流收集器流量分配器板的形状和尺寸相同，所述分隔 器在其边缘具有至少一对开口，所述开口就位置、几何形状和尺寸而言与位 于所述电流收集器流量分配器板的外围区中的开口基本对准；
其中所述电流收集器流量分配器板和插在其间的分隔器贴附在一起并 且优选在周围密封以限定两个独立的内部空间，其中第 一空间由第 一电流收 集器流量分配器板的粗糙面和分隔器界定，而第二空间由所述第二电流收集器流量分配器板的粗糙面和分隔器界定，并且其中位于所述电流收集器流量 分配器板对的外围区中的开口和所述分隔器边缘中的开口邻接设置，以形成 至少一对垂直通过所述双极组件而延伸的连续通道，从而同一对的通道位于 所述双极组件的相对侧，其中每对垂直延伸的通道都能够与所述第 一空间或 所述第二空间的流体相通。以下附图示出将电流收集器流量分配器板、分隔器片和各种隔离元件组 装到一起的各种模式。应当注意，两个电流收集器流量分配器板不一定完全 相同，而可以在例如尺寸、几何形状和其上挡4^的分布方面相互不同。在图6a所示的实施例中，双极板包括一对如上所述的矩形电流收集器 流量分配器板。因此，第一电流收集器流量分配器金属板1A和第二电流收 集器流量分配器金属板1B都具有穿有多个孔径的中心区2，其中所述中心 区的一个面设置有分布于其上并从其延伸的挡斧反12 ( 1A的粗糙面和1B的 非粗糙面在图中未示出)。每个电流收集器流量分配器板的中心区被外围区 围绕，外围区由密封表面'4限定，密封表面4中具有第一对矩形开口 6a、 7a 和第二对矩形开口 6b、 7b，其中同一对的开口位于所述外围区的相对侧从而 被所述中心区分隔。开口 6a和7a分别用作阳极反应物的入口和出口 ，而开 口 6b、 7b对阴极用作类似功能。双极组件进一步包括分隔器21，其最优选为由例如厚度为大约0.05到3 mm的不锈钢(SS316)制成的金属片。可选地，分隔器可以由导电或不导 电材料(例如选自由kyna,、 Teflon⑧、聚丙烯、maylay 、聚乙烯构成的组) 制成，其中在后一种情况中可以附加改进电导率的方法。所述分隔器的几何 形状和尺寸与电流收集器流量分配器金属板1A、 1B的形状和尺寸基本相同。 分隔器21在其边缘包括第一对开口 (标为22a、 23a)和第二对开口 (22b、 23b)，所述开口的位置、几何形状和尺寸分别与位于电流收集器流量分配器 金属板外围区中的开口 (6a、 7a)和(6b、 7b)相同。除了电流收集器流量分配器金属板对1A、 1B和分隔器片21以外，双 极板组件进一步包括一对金属隔离器24A和24B，其每一个的几何形状和尺 寸都与电流收集器流量分配器金属板1A、 1B和分隔器21的形状和尺寸基 本相同。这样，根据图6a所示的实施例，导电隔离器24A和2斗B以基本为 矩形的形状提供。典型地，厚度在0.05到5 mm范围内的金属例如SS316被 用于制造该隔离器。每个隔离器24A、 24B的形式都是平面框架25A、 25B,从而连续开口 区26A、 26B分别被所述框架所界定。在隔离器24A中，开口区26A的几何形状、位置和尺寸与通过将电流 收集器流量分配器金属板1A的中心区2、位于所述金属板的外围区的第一 对开口 6a、 7a以及分隔所述中心区和所述开口的部分组合在一起而获得的 区域相同。隔离器24A的框架25A穿有一对孔洞27b、 28b,孔洞27b、 28b 的位置、几何形状和尺寸与位于所述第一金属板1A的外围区中的第二对开 口 6b、 7b—致。在第二隔离器24B中，开口区域26B的几何形状、位置和尺寸与通过 将电流收集器流量分配器金属板1B的中心区2、位于所述金属板的外围区 的第二对开口 6b、 7b以及设置在中心区和所述开口之间的部分组合在一起 而所得的区域相同。隔离器24B的框架25B穿有一对孔洞27a、 28a,孔洞 27a、 28a的位置、几何形状和尺寸与位于所述第一金属板1B的外围区中的 第一对开口 6a、 7a—致。图6b示出如何将前述金属板和片1A、 24A、 21、 24B、 1B组装在一起 以提供双极单元。电流收集器流量分配器金属板IA、隔离器24A、分隔器 21、隔离器24B和电流收集器流量分配器金属板1B顺序平行设置，从而使分配器金属板1A、 1B的其上分布有挡板的表面分别面向所述隔离器24A、 24B，其中分隔器21插在所述隔离器之间。结果，在双极单元内形成两个独 立的内部空间，其中第一空间由第一电流收集器流量分配器金属板1A的粗 糙面和分隔器21界定，而第二空间由电流收集器流量分配器金属板1B的粗 糙面和所述分隔器21界定。可以理解，在将前述元件以上述方式固定在一 起时还形成在双极单元内垂直延伸的两对通道，而这是通过并置位于所述金 属板1A、 1B的外围区中的开口 (6a、 6b、 7a、 7b )、位于所述分隔器21的 边缘中的开口22a、 22b、 23a、 23b以及位于隔离器24A和24B中的孔27a、 27b和28a、 28b。同一对的通道位于该双极组件的相对侧，其中一对通道连 接到第 一 空间而另 一对通道连接到第二空间。双极组件在其周围需要避免燃料电池堆体操作过程中流体泄露之处密 封。可以使用各种密封技术，包括，例如配合压制(fit-pressing )、折叠(folding and overlapping )、铆接(riveting )、焊接(welding)(电弧焊、鴒极电弧惰性气体保护焊/金属焊丝惰性气体保护焊、激光焊、摩擦焊、压缩焊、真空焊、磁焊等)、锡焊(soldering )、钎焊(brazing )、融合(fosion)，使用平坦或成 形截面的垫片(即o环)、粘合剂、粘胶、干或非干的密封剂，预制或原位(in-situ)或异位(ex-situ)施加。密封工序目的是避免内部和外部泄露，而 优选改进双极侧(阳极和阴极电流收集器)之间的电接触。例如，在图6b 所示的实施例中，将会密封的区域是隔离元件24A和24B的两个面。有效 密封区域自然地取决于用于密封的技术。例如，激光焊要求仅在非常有限的 宽度有效(即小于1 mm),而液体密封则可施加到隔离器的整个表面。可以理解，图6a和6b所示的双极单元的生产涉及五个单独的金属片(两 个电流收集器流量分配器板、 一个金属分隔器和两个隔离器)的加工及其后 续组装。这给出了用于制备隔离器而使用任何需要的厚度的金属片的优点。 然而，在旨在使用厚度都相同的电流收集器流量分配器板、分隔器和两个隔 离器的情况下，可以发现图6c所示的制备工序尤其有用。图6c是细分成标 记为42、 43、 44、 45和46的五个相同尺度的矩形扇区的矩形金属片41的 俯视图。矩形金属片41典型地由不锈钢制成，其厚度在0.05到5.0 mm的 范围内。通过前述技术加工金属片41以在每个部分42-46上限定所需图形。 这样，部分42和46被加工以提供本发明的电流收集器流量分配器板，部分 43和45 ^皮加工以给出相应于图6a的元件24A、 24B的隔离片，而中间部分 44被加工以提供相应于图6a的标号21的分隔器片。矩形金属片41在分隔前述部分的边界线47被进一步加工，例如通过在 所述边界线中形成成列的小孔，从而所述部分可以易于沿所述线折叠，以形 成图6b中所述的双极板单元。图7a提供包括作为其整体部分的隔离元件的金属分隔器的俯视图。分 隔器71形式为矩形金属板，厚度在0.2到5.0mm范围内。该板的外围范围 穿有两对开口 (72a、 73a和72b、 73b)从而属于同一对的开口位于该板的 相对侧。该板在其两个相对面的每个上分别设置有被所述板的区75围绕的 凹陷的中心区74a和74b，区75相对于所述凹陷区被抬高，其中限定在分隔 器板的第一面的第一凹陷的中心区74a被抬高的区75a围绕并与第一对开口(72a、 73a)连续而通过所述抬高的区75a的一部分与第二对开口 (72b、 73b)分隔，而限定在分隔器板的第二面的(因此图7a中未示出)第二凹陷 的中心区74b被抬高的区75b围绕并与第二对开口 (72b、 73b)连续并通过所述抬高的区75b的一部分与第一对开口 (72a、 73a)分隔。从提供分隔器 71的截面视图的图7c中可以看出，构成中心凹陷区的金属表面的厚度为总 厚度的大约百分之5到40。如上所述，在操作中，分隔器71将会插在两个根据本发明的电流收集 器流量分配器板之间，从而位于外围的开口将会用于将外部供给的反应物输 送到限定在所述分隔器和附于其的电流收集器流量分配器板之间的空间中， 并从其中移除产物。因此，在图7b所示的本发明特别优选的实施例中，靠 近入口和出口开口对(72a、 73a)的凹陷的中心区74a的边界区域设置有多 个流动引导和/或转向元件76，其中所述元件的优选形式为在其间限定沟道 的分隔开的窄堤(在图7b所示的具体实施例中平行设置)，其能够将通过入 口开口 72a进入的流体引导成流到凹陷的中心区74a的面上。任选地，为了 增加反应物的流量分布的均一性，确保其足量将到达电极的整个活性区，如 标号77所示， 一个或多个前述窄i是76可以从边界区向凹陷的中心区74a的 各个区域延伸。可以从图7b中看出，可以在凹陷的中心区的两个面上以提 升的凸起或凹槽(raised boss or dimple) 78的形式提供其他可能的突起 (protrusion ),其可以适当设计以改进分隔器板的机械或电性质。如上所述，引入分隔器板的凹陷区中(即，窄堤和提升的凸起或凹槽) 的前述结构修改旨在改进限定在分隔器和固定到其相对面的两个电流收集 器流量分配器板之间的空间内的反应物的流动性，另外还用作局部支撑和/ 或传导元件，例如用于支撑位于电化学电池的相对侧的垫片。分隔器板71可以通过加工厚度在上述范围内的金属片而方便的制备， 该加工可以使用蚀刻技术，具体是光蚀刻工序，以根据依照上述结构要求的 预定设计而从其去除不需要的部分，这将在下面的实例中更加详细描述。图8提供双极板组件的分解视图，该双极板组件包括一对具有作为其整 体部分的隔离元件的电流收集器流量分配器板1和插在其间的分隔器片21。 电流收集器流量分配器板的结构特征(形状、尺度、其上分布有挡板的中心 区的特征以及外围开口的各自位置)与关于图1到5中示出的基本实施例所 描述的类似。然而，根据图8b的截面图中所示的实施例，在其中心区上分 布有挡板的电流收集器流量分配器板80a的粗糙面进一步包括作为整体隔离 装置的一个或多个提升区。提升区优选在电流收集器流量分配器板的粗糙面 中产生相应的凹陷之后通过本领域中熟知的方法形成。如图8a和8b所示，提升区81设置在板的粗糙面的边缘上，从而在周围围绕中心区2和两对开 口 (6a、 7a、 6b、 7b)，而由82标记的所述提升区的部分在所述粗糙表面上 延伸以使中心区2与第一对外围开口 (6a、 7a)连续并与第二对开口 ( 6b、 7b)分隔开。所述"R升区的高度和宽度分别在0.05到5mm和0.3到3的范 围内。靠近与所述中心区2连续的入口和出口开口对(6a、 7a)的中心区2 的边界区域设置有多个流动引导和/或转向元件85 (图8b中示出)，其优选 形式为在其间限定沟道的窄堤。应当注意的是，当设置以形成双极板时，该 两个电流收集器流量分配器板简单地平行放置而其粗糙面彼此相对并在其 间插入分隔器，得到密封的双极单元。图9a、 9b和9c进一步示出几个使用以上讨论的电流收集器流量分配器 板以形成双极板的优选模式。图9a、 9b和9c示出的可选实施例涉及细分成 相同尺度的三个矩形扇区的单个的矩形金属片86的使用，所述三个矩形扇 区由87、 88和89标记。通过前述4支术来加工金属片86以在部分87-89的 每一个上定义所需图形。这样，根据图9a，加工侧面部分87和89以提供图 8a所示的电流收集器流量分配器板，而加工中间部分88以提供对应图8a和 8b的标号21的分隔器片。矩形金属片86在分隔前述部分的边界线被进一步 加工，这例如通过在所述边界线中形成成列的小孔，从而所述部分可以容易 地沿所述线折叠，以形成双极板单元。可能容易理解，电流收集器流量分配 器部分87和89的其上设置有挡板和堤状区的粗糙表面需要设置在如图9a 所示的金属片86的相对面上。根据图9c所示的可选实施例，加工矩形金属 片86以使其两个相邻部分(标为87和89 )提供电流收集器流量场板而第三 部分88被用作分隔器。金属片86可以容易地沿所述部分的边界线折叠，从 而孑吏部分88 "夹"在部分87和89之间。图10是包括本发明的新电流收集器流量分配器板的电化学电池堆体的 一部分的分解透视图。图中示出端板(end plate)组件91和92内的单个电 池堆体，其中典型的用于固定该堆体的拉紧螺栓标为94。图中所示的具体实 施例中的电池堆体特别适合直接液体(direct liquid)(即曱醇)的具体应用， 其中氧化剂流体也通过由堆叠上述开口 6a和7a而构成的管而被驱动。通常， 燃料电池堆体包括端板组件和串联的多个单元电池。出于简化的目的，图中 示出一个单元电池，设置在端板组件91和92之间。单元电池包含由离子导 电聚合物电解质膜提供的膜电极组件93 (MEA)，其典型地由具有支撑在其相对面上的阳极催化层和阴极催化层的离子交换树脂(诸如全氟磺酸聚合物)制成，并且气体扩散层施加到各所述电极层上。膜电极组件(MEA)93 可以购买到。这样，对于直接曱醇燃料电池(DMFC)来说，适合使用基于 Nafion 117 (由E. I. DuPont DeNemours & Co,制造的D-GABAA )的3层 MEA，在其一个面上的碳催化层上设置有Pt,而在相对面上的碳上设置有 Pt和Ru。在阳极和阴极表面的碳颗粒的表面上，可以精细划分的颗粒的形 式施加其他的金属催化剂。气体扩散层优选以由碳或石墨纸、碳或石墨非编 织片或布制成的片的形式提供。商业可用的实例包括SGL制造的GDL 31 BA 或者GDL31 BC。根据本发明的一个实施例，金属分隔器片21插在第一电流收集器流量 分配器板1A和第二电流收集器流量分配器板1B之间，每个所述第一和第 二板都具有穿有多个孔径的导电中心区，所述中心区的几何形状和尺寸与和 其接触的所述气体扩散层的形状和尺寸基本相同。如上所述，所述第一和第 二电流收集器流量分配器板各自的一个面在其中心区设置有分布于其上并 从其延伸的导电的弹性可移置挡板，其中其上具有挡板的所述第一和第二电 流收集器流量分配器板的所述面固定到所述金属分隔器片21的两个相对表 面，从而形成界定在所述第一电流收集器流量分配器板1A和所述分隔器之 间的第一空间、以及界定在所述第二电流收集器流量分配器板1B和所述分 隔器之间的第二空间，所述第一和第二空间分别连接到设置在所述燃料电池 堆体内以输送燃料和氧化剂的通道。在图10中，包括两个电流收集器流量 分配器板和插在其间的分隔器的双极组件由BPP标明。才艮据本发明的一个实施例，细线网(fme wiremesh)置于电流收集器流 量分配器板1A (和/或1B )及相邻的气体扩散层之间。就这一点来说，线直 径(wire diameter)为0.009英寸，每线性英寸18网孔并且开放面积为大约 70%的不锈钢线网特别有用。应当注意的是，前述线网的开放面积足够大， 而线的直径足够小，以使所述网可以基本嵌入与其接触的碳片，从而改进气 体扩散层的机械强度和导电性。在图IO所示的具体设计中，大和小的开口分别用作供给(feed)阴极和 阳极流体的头(header)。空气从上侧(32b)被引入阴极头，允许冷凝的副 产物诸如水沿过量空气的方向朝下出口 (32a)流下。在其他头上，曱醇的 水溶液(浓度为1到35% (v/v))被回收，从底部进入(33a)，填充堆体内可达到的开放空间，最后从上头(33b)向优选形式为管(未示出)的收集 容器流出，其中堆体内可达到的开放空间包括设置在金属分隔器和阳极电流收集器流量分配器板之间的间隙以及曱醇侧扩散层的大部分微孔(pore ),随 后处理所述溶液以从其去除二氧化碳，并随后回收到供给箱(feedtank)(未 示出)中。离开堆体的空气也^L处理、冷却、凝结、冲洗(wash)、洗涤(scrub) 等，以回收尽量多的水和其他可凝结(condensable)材料到甲醇供给箱，并 为了在主要用于系统的热量和质量平衡的条件下将贫氧空气去除到大气中。 应当指出，在零到单位数的milibar值范围内(取决于流体流量)的两个入 口 ( inlet feed )处的很低压力就足够促使流体从入口头，经过设置在双极组 件内(在分隔器板和电流收集器流量分配器板之间)的增压空间(plenum), 流向出口头。从所述增压空间，流体通过电流收集器流量分配器板的穿孔区 流向扩散层，被挡板引导，并从其流到催化层和膜。进一步连接相同头的端 板入口和出口可以通过一个或任意个标准连接器诸如螺紋式(threaded )、压 缩式(compressed )、焊接式(welded )、胶合式(glued)连接器来完成，或 者不用任何连接器而直接连接到导管(tubing)或直接在端板内连向其选定 目标(addressed target )。当用在热交换器或凝结器中时，由本发明提供的流量分配器板改进流体 湍流(turbulence)而不增大与高速流动有联系的压降，否则可能需要该高速 流动以在热交换器和/或凝结器中实现所需流动图形。另外，本发明的弹性流 量分配器板将需要的可控的力施加到相邻板，从而有益于放置其的热交换器 和/或凝结器的机械性质。在附图中图1是根据本发明的电流收集器流量分配器板非粗糙面的俯视图。图2a和2b示出用于本发明的电流收集器流量分配器板的穿孔区的设计 和制备中的可能图形。图3a和3b分别提供本发明的电流收集器流量分配器板的粗糙面的两个 不同实施例的侧面抬高试图和俯视图。图4a和4b分别提供根据本发明的从电流收集器流量分配器板延伸的单 个挡板的透视图和侧向截面视图。图5a到5c示出本发明的电流收集器流量分配器板的穿孔区的可能图形。图6a到6c示出根据本发明的优选五层双极板的结构。图7a、 7b和7c分别提供适合与本发明的电流收集器流量分配器板结合使用的分隔器片的俯视图和截面视图。图8a和8b分别示出根据本发明一个优选实施例的三层双极板的分解视图和截面视图。图9a、 9b分别提供根据本发明一个优选实施例的三层双极组件的俯视 图和截面^L图，图9c示出了制备三层双极组件的一种可选方法。图10是根据本发明设置堆叠的板以形成燃料电池堆体的透视图，其示 出与所述电池有联系的反应物/产物流动方向。实例实例1包括五个金属板/片的双极板组件的制备a) 电流收集器流量分配器板的制备厚度为0.15 mm的两个不锈钢片(SS302-FH，可购买)被湿法蚀刻以形 成如图1所示的两对外围矩形入口和出口流动开口 ，以及根据图2b所示图 形的板的中心区中的全深度切口。中心区的尺度是长度-90mm,宽度-63 mm，其中全深度切口的数量为924。孔径的形成是通过应用弯折工具 (bending tool),使得梯形片按设计的角度(20-60度)弯曲，计算地以力压 (force-press) GDM到14 kg/cm2并为该些片设置离基片金属的0.45到0.85 mm的尖端3巨离。b) 分隔器板的制备使用厚度为0.15mm的不锈钢片(SS316)。外围流体入口和出口开口基 于图6a所示的设计被激光切割。板的总体尺度是长135 mm宽74 mm, 38 x 12和20 x 10 mm的外部流体供给开口距离板的长边的外侧边为6 mm， 并且都排列成距离板的短边为18 mm。c) 隔离片的制备厚度为0.50mm的金属(SS316)按照图6a中设计的形状被切割。制造 两个隔离片， 一个用于双极板的阳极侧而一个用于阴极侧。隔离片的总体尺 度以及流体头的尺寸与上述的相等。第 一和第二隔离片的中心开放区域分别 与第一和第二对流体供给头连续，并与另一对分隔开，这可以很容易地从图 6a看出(分别为24A和24B)。d) 密封垫片的制备为了避免泄露，在每个金属片接触之间引入垫片框架。垫片框架由Myla,制成且厚度为0.05 mm。框架通过特别设计的冲切机(punch-cutter) 而被切割，冲切机置于原料顶上，原料在压力机(press)中的塑料片顶上， 从而允许被压在压力机的两个底板(bed-plate)之间，直到被切割成预先设 计的形状。垫片的总体尺度和流体开口的尺寸与上述隔离片 一致。e) 双极板组件根据以下顺序，以上所有层被一层一层地组装以制造仔细对准的双极板1. 电流收集器流量分配器板A2. 密封垫片3. 隔离器A4. 密封垫片5. 分隔器6. 密封垫片7. 隔离器B8. 密封垫片9. 电流收集器流量分配器板B 实例2包括三个金属板/片的双极板组件的制备a) 分隔器板(如图7所示的"池状"分隔器)的制备1.5 mm厚的316SS板(参看实例l(b)的总体特征)的两个面都被湿法 蚀刻以形成池状凹陷中心区和两对外围流体入口和出口开口。在每个面上， 如图7所示(标号76),在一对开口和中心区之间的边界区中的"微堤"也 是通过湿法蚀刻加工而制成。凹陷区的尺度是在板的两侧L-90 mm; W -63 mm; D - 0.50 mm,而外部供给开口具有实例1描述的相同的各自位置 和尺度。在板的两个面上各制成9到18个"微堤"，每个"微堤"为大约l 到1.3mm宽，4mm长。形成在每对相邻"微堤"之间的沟道的宽度为大约 0.7到1 mm。b) 电流收集器流量分配器片的制备是根据与以上实例1的(a)部分所 描述的相同的工序，而垫片是按照该同一实例的(d)部分中的描述制造的。C)双4及纟反组件根据以下顺序，实例2的所有层被一层一层地组装以制造一个双极板1. 电流收集器流量分配器片A2. 密封垫片3. 池状分隔器4. 密封垫片5. 电流收集器流量分配器片B 实例3包括三个焊接金属板/片的双极板组件的制备 a)双极^反组件如以上实例2所述的由池状分隔器和两个电流收集器流量分配器片构成 的一套三个金属层被焊接在一起，从而制造双极板。焊接消除了对于垫片和 /或密封的任何需求，并进一步减小电池板内的内部电阻。焊接在旨在放置垫片的地方中进行。在调节足够的熔深(penetration) 以确保良好的密封而不切透板之后，焊接过程通过激光YAG机进行。当电 流收集器流量分配器压到两个板之间时，焊接通过电流收集器流量分配器进 行。双极板的组装顺序是1. 电流收集器流量分配器片A2. 池状分隔器3. 电流收集器流量分配器片B4. 将两个电流收集器流量分配器片焊接到池状分隔器上， 一侧一片，确 保板的外围密封以及活性区和每侧的非相关(nonrelevant)外部流体流动开 口之间连接的密封(即将空气开口与阳极流量分配器隔离，并将曱醇开口与 阴极活性区流量分配器隔离)。实例4包括从一个片折叠的三个金属板的双极板组件的制备 a)双极纟反组件以下描述三金属层的双极板，其中两个电流收集器流量分配器板和分隔 器都由单个的金属片制成。因此，此情况中的电流收集器流量分配器板和分 隔器由相同的不锈钢类型制成，并具有相同的厚度。电流收集器流量分配器的非光滑面，即其上具有挡板的面，被构造在相对侧，以使得能够正确地折叠(参看图9a)。通过成形(forming)对于电流 收集器流量分配器部分添加堤，以提供所需凹陷区域。大约2.5 mm宽且大 约0.40到0.80 mm高的该些堤形成在片上，面向挡板的相同侧。分隔器是 平坦的，且该三片与沿着折叠线冲压的一系列的槽(0.5 mm宽)连接，以 便于折叠操作。使用该形式使电流收集器流量分配器片能够折叠为其粗糙侧 面向分隔器。该折叠的三层随后被焊接并在子壳体(sub-case)中甚至湿法 密封(loctaite 510)或干法密封(Acheson, Elec加dag EB-005 )以制造双 极板。在此情况中，板的重量低，流量分配器的限定的台阶厚度(step thickness )形成在薄片金属上而不是如实例2中的1.5 mm板上。成形和切割 是通过对模(die )的两部分之间的片金属步进冲压(progressive stamping) 来进行的，预先形成为一套工具。 双极板的组装顺序是1. 向中间层即分隔器折叠两个电流收集器流量分配器部分。2. 如以上实例3所描述的将折叠的片焊接在一起，或可选地通过在分隔 器的两个相对面上刷涂(brushing) /喷涂(spraying)粘合剂/密封剂，使用 掩模(maskingtemplate),并对其固定该两个电流收集器流量分配器板。尺度和其他结构细节与以上实例1所描述的相似。 实例5燃料电池堆体组件和操作 a)膜电极组件的制备通过冲切工具(punch-cutter-tool)将三层MEA (已知为催化涂覆膜或 "CCM，，，可从DuPontTM购买(基于Nafion 117的材料代码D-GABAA)) 切割到需要的尺度和结构。同样根据所需形状和尺寸通过冲切工具来切割由碳纸(SGL的型号31bc 和31da， 90x 63 mm，分别对于阳极和阴极侧)制成的气体扩散层。随后通过热压两片预切的气体扩散介质(GDM)而制备五层MEA,预 切的片对准以装配到两个密封框架(以上描述的"e")中间， 一个设置在压 力^/L的两个底板中间的预切的三层MEA的每一侧(140°C,在800psi下5分钟)。三层MEA、气体扩散介质和框架的预切割是通过使用沖压机(punch)来进行的，根据图制备(madeto drawing),其中外部设计满足板设计，且催 化区居中以与流量分配器重叠。对于膜来说，使用切割工具以允许膜从活性 区延伸，与框架密封一起在组件中的每个电池的阳极和阴极侧之间形成膜屏 蔽(membrane-barrier )。在某些情况中，允许GDM 乂人活性区通过连接器向 外部流体流动供给孔(头)延伸，以帮助支撑堆体部分，并保持其形状以及 保持连接器对所需流体开放而对其他流体保持密封。b) 燃料电池堆体的制备4吏用以上MEA和与以上实例不同的双才及板来组装多个电池堆体。制造 标引(indexing)工具以利于操作，通过该工具将不同部分按照如下顺序一 个叠于另一个的顶部第一端板、(和设置于其上的垫片)、MEA、可选地设 置双极板和相同数量的MEA、另一垫片、最后是第二端板。整个堆体被拉 紧双头螺栓(tightening stud bolt) (4聚乙烯套筒涂覆(sleeve-coated)钢， M6,通过塑料套筒和接触隔离盘而与端板组件隔离)压缩，直到实现限定 的间隔(即每个MEA 0.450-0.750 mm，取决于GDM和垫片框架厚度)。c) 燃料电池堆体纟喿作燃料电池堆体操作如下。8(TC的曱醇水溶液(1M)使用可调节流动蠕 动泵(peristaltic pump)通过堆体阳极而被循环，并且环境气体从顶侧通过 端板组件流入堆体中，端板组件将空气导入阴极。流体流动被设置成按照操 作电流并计算大约2-8次阳极和阴极侧的化学计量流，当在14安培操作时， 曱醇溶液大约4-12cc/min，和每个电池0.5-1.5 lpm。堆体维持在80°C ，在两 个端板组件都使用控温的热垫(heatpad),以补偿对大气的热损耗。作为可 变负载，使用重载可变电阻以及电负载，并且电流和电压，以及其他操作条 件被计算机控制板记录和控制。
权利要求
1、一种流量分配器板，包括穿有多个孔径的导电区，其中所述穿孔区的一个面设置有分布于其上并从其延伸的导电的弹性可移置挡板。
2、 如权利要求1所述的流量分配器板，其中所述挡板为金属片形式，每一个所述金属片与所述流量分配器板的穿孔区中的一个所述孔径关联，其 中所述片和与其关联的所述孔径具有共同的边界。
3、 如权利要求2所述的流量分配器板，通过将多个单独的扇区弯曲到 金属板的平面以外形成，以获得多个孔径，其中使得所述扇区从所述板的一 个面延伸以提供形式为分布在所述面上的弹性可移置金属片的多个挡板。
4、 如权利要求1到3中任一项所述的流量分配器板，其中一个或多个 所述弹性可移置挡板具有未连接到所述板的自由端，从而施加到所述板上的 在2到50kg/cm、范围内的压力引起范围为0.005至!J lmm的挠曲，所述挠曲 通过所述自由端和所述板的面之间的距离的减小来测量。
5、 如权利要求2所述的流量分配器板，其中所述金属片和与其关联的 所述孔径具有由段所限定的几何形状，段的端点由多边形线或曲线连接，其 中所述金属片和与其关联的所述孔径的几何形状可以相同或不同。
6、 如权利要求5所述的流量分配器板，其中所述挡板和与其关联的所 述孔径的几何形状是通过将选自由圓、椭圓和多边形构成的组的中心对称图 形划分而获得的独立的形状。
7、 如权利要求1到6中任一项所述的流量分配器板，其中孔径的数量 大于挡板的数量。
8、 如权利要求7所述的流量分配器板，包括具有由中心对称形状所限 定的几何形状的一个或多个孔径。
9、 如权利要求1到8中任一项所述的流量分配器板，其中所述板的穿 孔区是被由其中引入至少 一对开口的密封表面所限定的外围区围绕的中心 区，其中相同对的开口位于所述外围区的相对侧。
10、 如权利要求9所述的流量分配器板，其中所述板的在其中心区分布 有所述挡板的所述粗糙面还包括在其上的一个或多个提升区，所述提升区能 够用作集成的隔离器装置。
11、 如权利要求10所述的流量分配器板，包括在其中在外围引入的至少两对开口 ，其中所述提升区在所述板的粗糙面中的相应凹陷的产生之后形 成，所述提升区设置在所述板的粗糙面的边缘，从而在周围围绕所述中心区 和所述两对开口 ，而部分的所述#是升区在所述粗糙表面上延伸以<吏所述中心 区与所述第 一对外围开口连续并与所述第二对开口分隔开。
12、 如权利要求11所述的流量分配器板，其中所述中心区的边界区靠 近与所述中心区连续的所述开口对，所述边界区在其上设置有多个流动引导 和/或4t向元^牛。
13、 如权利要求9所述的流量分配器板，其中第一开口附近的所述挡板 的密度与第二开口附近的所述挡板的密度不同，其中所述第 一和第二开口属 于同一对开口。
14、 一种用在电化学电池中的单极组件，其包括如权利要求1到13中 任一项所述的流量分配器板以及对其固定的分隔器片。
15、 一种用在电化学电池中的单极组件，其包括如权利要求1到13中 任一项所述的第一流量分配器板和第二流量分配器板，其中所述板彼此平行 并分离放置，其上面分布有所述挡板的表面彼此面对，并在所述流量分配器 板对之间插入导电的分隔器。
16、 如权利要求15所述的单极组件，还包括一个或多个金属隔离器片， 置于所述导电分隔器和每个所述流量分配器4反之间。
17、 如权利要求15所述的单才及组件，其中所述导电分隔器包括作为其 一体部分的隔离元件。
18、 如权利要求17所述的单极组件，其中所述分隔器形式为穿有至少 两对外围开口的金属板，从而属于同 一对的入口和出口流体开口位于所述板 的相对侧，其中所述板在其两个相对面的每一个上都设置有凹陷的中心区， 所述中心区被所述金属板的抬高区所围绕，其中限定在所述分隔器板的第一 面上的第 一凹陷的中心区与所述第 一对开口连续并通过部分的所述抬高区 而与所述第二对开口分隔开，而限定在所述分隔器板的第二面上的第二凹陷 的中心区与所述第二对开口连续并通过部分的所述抬高区而与所述第 一对 开口分隔开。
19、 如权利要求18所述的单极组件，其中所述凹陷中心区的边界区靠 近与所述凹陷的中心区连续的所述入口和出口流体开口对，且"i殳置有多个流 动引导和/或转向元件，其中一个或多个所述元件选择性地延伸到所述凹陷的中心区中。
20、 如权利要求19所述的单极组件，其中所述分隔器和所述流量分配器板由折叠的单个金属片制成以形成所述单极组件。
21、 一种导电分隔器板，包括作为其一体部分的隔离元件，所述分隔器 形式为穿有至少两对外围开口的金属板，从而属于同一对的开口位于所述板 的相对侧，其中所述板在其两个相对面上设置有凹陷的中心区，所述中心区 被所述金属板的抬高区所围绕，其中限定在所述分隔器板的第 一面上的第一 凹陷的中心区与所述第一对开口连续并通过部分的所述抬高区而与所述第 二对开口分隔开，而限定在所述分隔器板的第二面上的第二凹陷的中心区与 所述第二对开口连续并通过部分的所述抬高区而与所述第一对开口分隔开。
22、 一种电化学电池，包括权利要求1所述的流量分配器板。
23、 一种燃料电池堆体，包括权利要求1所述的流量分配器板。
24、 如权利要求23所述的燃料电池堆体，包括端板组件和多个置于其 间的燃料电池，其中每个电池包括由离子导电聚合物电解质膜提供的膜电极 组件，所述离子导电聚合物电解质膜具有支撑在其相对面的阳极催化层和阴 极催化层，以及施加到每个所述电极层的气体扩散层，其中所述燃料电池堆 体包括一个或多个分隔相邻电池的双极组件，其中至少 一个所述双才及组件包 括分隔器片，所述分隔器片插在第一流量分配器板和第二流量分配器板之 间，所述第一和第二流量分配器板各自具有穿有多个孔径的导电中心区，所 述中心区的几何形状和尺寸和与其接触的气体扩散层的形状和尺寸基本相 同，其中所述第一和第二流量分配器板中每一个的一个面在其中心区设置有 分布于其上并从其延伸的导电的弹性可移置挡板，其中其上具有挡板的所述 第一和第二流量分配器板的粗糙面固定到所述分隔器片的所述两个相对表 面，以形成界定在所述第 一流量分配器板和所述分隔器之间的第 一空间以及 界定在所述第二流量分配器板和所述分隔器之间的第二空间，所述第一和第 二空间连接到设置在所述燃料电池堆体内的通道以分别输送燃料和氧化剂。
全文摘要
本发明涉及一种流量分配器板，其包括穿有多个孔径(3)的导电区，其中所述穿孔区的一个面设置有分布于其上并从其延伸的导电的弹性可移置挡板(12)。还提供双极单元，其包括该流量分配器板，特别用在燃料电池中。
文档编号H01M8/02GK101405903SQ200780010352
公开日2009年4月8日 申请日期2007年2月4日 优先权日2006年2月5日
发明者兰·贝纳亚赫, 拉米·诺克, 梅纳切姆·吉文, 沙哈·莫泽斯, 阿里尔·罗森伯格 申请人:金属技术有限公司