CN102473927A - 燃料电池用金属分离板及具有其的燃料电池堆栈 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池用金属分离板及具有该金属分离板的燃料电池堆栈，本发明的燃料电池用金属分离板，其包括：金属本体部，其具有通道部和开口部，上述通道部包括形成于中心部且从第一面向第二面突出而形成的反应气体通道以及在突出于上述第二面的上述反应气体通道之间形成的冷却水通道，上述开口部以与上述通道部成一体的方式设在上述通道部的四侧面边部，并在相向的两侧面分别形成有贯通上述第一面和第二面；以及高分子材质的歧管-垫片组件，在上述开口部，为了反应气体和冷却水的供给及排出而形成有以分割的空间具备的歧管部，在上述金属本体部的边部及需要密封的部位，与上述歧管部形成一体地形成有垫片，并且，提供包括以一体方式形成于上述歧管-垫片组件的反应气体流入/排出孔，从而使得经由反应气体通道及冷却水通道流动的反应气体及冷却水的流动更加顺畅，能够确保金属分离板的刚性，并提高金属分离板的耐久性。

Description

燃料电池用金属分离板及具有其的燃料电池堆栈
技术领域
本发明涉及一种燃料电池用金属分离板及具有该金属分离板的燃料电池堆栈。更详细地涉及一种利用包括反应气体通道及冷却水通道，并利用包括与垫片形成一体化的高分子歧管部的歧管-垫片组件来维持气密性的技术。
背景技术
通常，燃料电池是指利用氢气与氧气的氧化、还原反应来将化学能转化为电能的发电装置。在负极，氢气被氧化而分离成氢离子及电子，氢离子通过电解质移动至正极。此时，电子通过电路移动至正极。在正极发生由氢离子、电子及氧气进行反应而成为水的还原反应。
首先，观察现有技术的燃料电池用金属分离板，形成呈矩形形态的金属本体部，在其中心部形成反应气体通道及冷却水通道，并形成有包围其周边的垫片。
其次，在上述通道部的两侧分离板形成氧气(空气)流入歧管、冷却水流入歧管以及氢气流入歧管，并在氧气(空气)流入歧管与通道部之间形成有反应气体流入孔。
此时，垫片形成为能维持上述各歧管与反应气体流入孔周边的气密性的结构。在这里，如上所述的结构聚集的部分被称作燃料电池用金属分离板的流入部，与其相向的另一侧则被称作排出部。
因此，在与上述流入部对称的位置，形成反应气体排出孔、氧气(空气)排出歧管、冷却水排出歧管及氢气排出歧管。
在上述结构的燃料电池中，尤其就固体高分子燃料电池(PolymerElectrolyte Membrane Fuel Cell，PEMFC)而言，向高分子电解质膜(polymer electrolyte membrane)供给反应气体并进行排出的金属分离板的气体流入/排出结构将成为决定燃料电池的性能的重要因素之一。并且，反应气体流入/排出孔能够提高金属分离板的耐久性，能够作为提高燃料电池性能所需的关键要素来起作用。
就以往的燃料电池堆栈而言，在膜-电极接合体(MEA)的双面分别有燃料气体及还原气体的反应气体流动，由金属分离板连接单位电池来使燃料电池堆栈叠加，并且，分离燃料气体、还原气体和冷却水，以免相混合。而且，垫片起到密封反应气体及冷却水，以防泄漏的作用。此时，与石墨类分离板不同，就通过薄板成型的方法制成的金属分离板而言，为了确保反应气体和冷却水之间的气密性，从反应气体歧管到反应气体通道内部的反应气体流入结构不可避免变得复杂。
尤其是，现有的燃料电池都是通过冲压加工来形成金属分离板。此时，使用冲压方法形成反应气体通道及冷却水通道的情况下，将会导致反应气体通道的宽度变小；直接在金属分离板形成反应气体流入/排出孔的情况下，由于细微加工失败的可能性大，因而导致发生反应气体的流动不够顺畅的问题。并且，直接在分离板形成反应气体流入/排出孔的情况下，由于薄板的刚性减弱，因而存在只是稍微一扭也容易致使气体流入结构变形的问题。
而且，需要在金属分离板的歧管部形成用于分割成反应气体歧管和冷却水歧管的薄型分割框架，而这种分割框架与其他分离板部分相比，其相对结构薄而脆弱，因此反应气体的流入结构变形的危险很大。
发生这种变形时，反应气体和冷却水的顺畅流动将受到阻碍。因此，对周边装置，尤其对燃料电池用鼓风机或泵施加大负荷，导致***效率降低。
为了解决如上所述的问题，本发明提出了在发生变形的部分涂敷用于防止变形的额外的垫片的技术。但借助垫片进行的支撑无法彻底排除燃料电池堆栈的载重所导致的压缩变形，并且在额外的垫片脱离而横截反应气体流入部的情况下，将会出现反应气体流入时阻力更加变大的问题。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的在于，提供一种既能使金属分离板的大小最小化也能确保冷却性能及反应气体流路的燃料电池用金属分离板及具有该金属分离板的燃料电池堆栈。
同时，本发明的再一个目的在于，提供一种提供以一体方式形成了构成冷却水流入/排出歧管部及反应气体流入/排出歧管部的歧管部和确保通道部的气密性的垫片的歧管-垫片组件结构，而具有简单结构的同时易于制造的燃料电池用金属分离板及具有该金属分离板的燃料电池堆栈。
同时，本发明的另一个目的在于，提供一种在歧管-垫片组件上以一体方式形成反应气体流入/排出孔，从而能够在结合燃料电池堆栈时，通过结合压来防止在金属分离板发生变形的燃料电池用金属分离板及具有该金属分离板的燃料电池堆栈。
技术解决方案
本发明的燃料电池用金属分离板，其特征在于，包括：金属本体部，其具有形成于中心部且从第一面向第二面突出而形成的反应气体通道、在突出于上述第二面的上述反应气体通道之间形成的冷却水通道以及在上述反应气体通道及上述冷却水通道的两侧分别以一个开口部形态形成的流入开口部及排出开口部，以及分割部，其包围上述流入开口部及上述排出开口部的各边部，并且将上述流入开口部及上述排出开口部分别分割为第一反应气体歧管区域、冷却水歧管区域和第二反应气体歧管区域：还包括垫片，垫片分别形成于上述金属分离板的上述第一面及上述第二面的边部上部。
在这里，本发明的特征在于，上述流入开口部形成为只使上述金属本体部的上述相向的两侧面中的一侧边部残留的形态，从而提供反应气体和冷却水所流入的通路；上述排出开口部形成为只使上述金属本体部的上述相向的两侧面中的另一侧边部残留的形态，从而提供使经由上述反应气体通道及上述冷却水通道流出的上述反应气体和上述冷却水排出的通路。
本发明的特征在于，上述垫片以一体方式包括形成于上述流入开口部及上述反应气体通道之间的反应气体流入孔和形成于上述反应气体通道及上述排出开口部之间的反应气体排出孔，上述反应气体流入孔及上述反应气体排出孔，具有以“S”字形连接上述垫片的第一面和上述垫片的第二面的气体流入/排出结构。
而且，本发明的一实施例的燃料电池堆栈，其特征在于，通过多个由上述的金属分离板及膜-电极接合体(MEA)形成的接合结构层压而成。
并且，本发明的再一实施例的燃料电池堆栈，其特征在于，包括：层压结构物，其通过两个上述的金属分离板以各自的第一面相向的形态接合而成；以及膜-电极接合体，其形成于上述层压结构物的上部。
有利的效果
本发明的金属分离板及具有该金属分离板的燃料电池堆栈形成以一体方式具有反应气体及冷却水流入/排出歧管部的金属本体部，从而能够在不增加分离板的厚度、面积和体积的情况下带来提高燃料电池的性能、增大生产效率的效果。
并且，本发明的金属分离板及具有该金属分离板的燃料电池堆栈在采用金属材质的分离板的情况下，通过垫片来分割成流入歧管部和排出歧管部，并将气体流入/排出孔以一体方式形成在垫片，从而能够增加流入/排出效率。并且，相比于直接在金属分离板形成流入/排出孔的情况，具有能缩短制造时间，降低制造单价的效果。
并且，由于本发明的垫片以一体方式具有反应气体流入/排出孔，因此相比于在金属分离板形成流入/排出孔的情况，抗空间变形的能力更为出色，能够降低反应气体的流动阻力，来减少压力下降率。
并且，本发明的金属分离板及具有该金属分离板的燃料电池堆栈还具有垫片的歧管部分割部，从而具有能够更加可靠地防止金属分离板及垫片的变形，让分离板之间的层压变得更加容易的效果。
附图说明
图1是表示本发明的燃料电池用金属分离板的俯视图。
图2是表示本发明的燃料电池用金属分离板的金属本体部的俯视图。
图3是表示在上述图2的金属本体部适用本发明的燃料电池用金属分离板的歧管-垫片组件的俯视图。
图4是放大表示本发明的燃料电池用金属分离板的流入部分的俯视图。
图5是表示上述图4的A1-A2方向的截面的剖视图。
图6是表示上述图4的B 1-B2方向的截面的剖视图。
图7是表示上述图4的C1-C2方向的截面的剖视图。
具体实施方式
以下，对本发明的燃料电池用金属分离板及具有该金属分离板的燃料电池堆栈进行详细的说明。
图1是表示本发明的燃料电池用金属分离板的俯视图。
参照图1，以金属本体部100为基准，在两侧具有第一反应气体流入歧管120、冷却水流入歧管124、第二反应气体流入歧管128、第一反应气体排出歧管160、冷却水排出歧管164及第二反应气体排出歧管168，并在金属本体部100的中心部具有反应气体通道140及冷却水通道145。
其中，反应气体通道140形成为从金属本体部的第一面向第二面突出的形态，冷却水通道145是指反应气体通道140的突出的部分之间的区域。并且，将包括反应气体通道140及冷却水通道145的金属本体部100的中心部分称作通道部。
接着，第一反应气体流入歧管120、冷却水流入歧管124以及第二反应气体流入歧管128通过一体化的高分子模具结构来定义，在本发明中，这种模具结构被称作流入歧管部，对第一反应气体排出歧管160、冷却水排出歧管164以及第二反应气体排出歧管168进行定义的模具结构被称作排出歧管部。
而且，形成有使得通道部的四侧面确保气密性的垫片，在本发明中，如图所示，多个上述歧管部与垫片形成为一体。因此，在本发明中，将这种歧管部及垫片的结合结构定义为歧管-垫片组件130。
此时，上述流入歧管部包括：第一分割部122，其对第一反应气体流入歧管区域及冷却水流入歧管区域进行分割，以及第二分割部126，其对冷却水流入歧管区域及第二反应气体流入歧管区域进行分割；上述排出歧管部包括：第三分割部162，其对第一反应气体排出歧管区域及冷却水排出歧管区域进行分割；第四分割部166，其对冷却水排出歧管区域及第二反应气体排出歧管区域进行分割。并且，在上述各歧管部与通道部之间的歧管-垫片组件130具有以一体方式包括反应气体流入孔135及反应气体排出孔150的结构。
以往，上述分割部及反应气体流入/排出孔形成于金属本体部，因此引发了金属分离板整体强度以及气密性降低的问题，然而在本发明中提供使引发上述问题的分割部及反应气体流入/排出孔与歧管-垫片组件形成一体化的结构，从而能够提高金属分离板的基本特性，进而也能提高燃料电池的效率。
形成为上述结构的本发明的燃料电池用金属分离板通过多个层压结合来形成燃料电池堆栈，此时，在各金属分离板之间的区域***用于产电的膜-电极接合体(MEA)。在这里，本发明的歧管-垫片组件能够提高各金属分离板之间或者金属分离板与膜-电极接合体之间的气密性，并能够通过一体化的歧管部来稳定地执行反应气体的供给及排出。
在这里，以第一反应气体流入歧管120及第二反应气体流入歧管128为基准进行说明时，第一反应气体流入歧管120及第二反应气体流入歧管128起到向金属本体部100的反应气体通道140供给氢气或氧气(空气)等反应气体的作用。此时，如果第一反应气体为氧气(空气)，第二反应气体则为氢气，也可与这种情况相反。
将流入上述歧管的反应气体引导至反应气体通道140，并使其沿着金属本体部100的表面流动，从而与电极(未图示)进行反应。此时，在本发明的燃料电池堆栈中，在上述金属本体部100与电极(未图示)之间还形成气体扩散层(Gas Diffusion Layer，GDL)，促使反应气体的流动更加容易。
接着，观察形成本发明的金属材质的金属本体部100的方法，为了减少燃料电池的堆栈体积，优选地形成为薄板。同时，在金属本体部100中，反应气体通道140通过借助压力机的冲压工序来形成。此时，反应气体通道140呈从第一面向第二面突出的形态，而且呈在第一面上的凹形槽部成为在第二面上的突出部的形态。
在这里，以凹形槽部为例说明上述图2中所示的反应气体通道140。因此，图示的部分成为第一面，将其称作反应气体面，反应气体通道140的突出部所形成的第二面称作冷却水面。
并且，以冷却水面(第二面)为基准时，突出的反应气体通道140之间的区域成为冷却水通道145。此时，使得通过冷却水歧管124流入金属本体部100的冷却水沿着冷却水通道145流动的同时对燃料电池的反应热进行冷却。
如上所述，本发明的一实施例的燃料电池用金属分离板，通过冲压工序，在金属本体部100形成反应气体通道140及冷却水通道145。并且，为了使反应气体及冷却水顺畅地流入反应气体通道140及冷却水通道145或从反应气体通道140及冷却水通道145排出，优选为在金属本体部100的两侧精密地形成微小的反应气体流入/排出孔。但是，如图所示，在反应气体通道140及冷却水通道145形成为多个通道的情况下，在金属本体部100形成具有台阶部的微小的反应气体流入/排出孔是十分难以实现的工序。即，在以往的情况下，应当形成为利用垫片来一一对反应气体流入/排出孔的周边进行气密的结构，然而这种过程十分难以进行，而且，在进行微小化的情况下，因危险负担而导致气密结构失败，反应气体的流入/排出不够顺畅，金属本体部100发生变形的危险。
因此，在本发明中，使用将反应气体流入/排出孔135、150以一体方式形成在歧管-垫片组件130的结构。如上所述，以一体方式形成于歧管-垫片组件130的反应气体流入/排出孔135、150相比在金属本体部直接形成孔的情况，更加容易加工，并能体现出与在石墨分离板气体流入结构中稳定使用的结构相同的气体流入结构。
同时可知，在本发明中，第一反应气体流入歧管120、冷却水流入歧管124、第二反应气体流入歧管128、第一反应气体排出歧管160、冷却水排出歧管164及第二反应气体排出歧管168的分割借助歧管-垫片组件130来实现。即，以往各歧管的分割的空间借助形成于金属本体部的预定的分割框架结构来形成，与之相反，在本发明中所使用的结构是，在加工金属本体部100时，将歧管部形成为一个合并的开口部形态之后，借助歧管-垫片组件130来分割成各区域。此时，本发明具有与以往的形成于金属本体部的分割框架结构不同的方式，因此能够解决因可能在分割框架结构中产生的杂质而导致冷却水及反应气体的流动遭到妨碍，燃料电池的效率降低的问题。即，在使用本发明的包括歧管-垫片组件130的金属分离板的情况下，能够从根本上防止以往的问题。
并且，如图所示，通过形成第一分割部122、第二分割部126、第三分割部162及第四分割部166来弥补可能因薄型的金属分离板而发生的刚性降低的问题，并且，在层压分离板时能够容易进行排列。因此，如果使用本发明的燃料电池用金属分离板，具有能够使燃料电池堆栈制造效率极大化的优点。
同时，仅观察包括一体型的歧管部及歧管分割部的上述歧管-垫片组件结构的情况下，鉴于能够通过加强上述刚性来获得的上升效果，也可以选择性地使用在金属本体部内形成反应气体流入/排出孔的结构。
图2是表示本发明的燃料电池用金属分离板的金属本体部的俯视图。
参照图2，作为本发明的金属本体部，包括形成于中心部且从第一面向第二面突出而形成的反应气体通道240及在突出于第二面的反应气体通道240之间形成的冷却水通道245。在这里，将包括反应气体通道240及冷却水通道245的区域称作通道部的情况下，以在上述通道部的四侧面边部与上述通道部形成一体型的方式，在相向的两侧面分别形成有贯通第一面及第二面的开口部220A、260A，从而完成矩形形态的金属本体部200。
在这里，流入开口部220A形成为在金属本体部200的两侧面中仅残留一侧边部的矩形的开口部形态，并作为使反应气体及冷却水流入的通路而被提供。
并且，排出开口部260A形成为在上述金属本体部200的两侧面中仅残留另一侧边部的矩形的开口部形态，并作为使从流入开口部220A经由反应气体通道240及冷却水通道245流动的反应气体及冷却水排出的通路而被提供。
由于如上所述的结构的金属本体部200不包括结构上的抗空间变形能力差的以往的歧管分割框架部，因而具有能够从根本上预先防止产生不合格品的问题的效果。
同时，由于反应气体流入孔或反应气体排出孔不直接形成于金属本体部200，因而能够简化制造金属本体部的工序，而且能够解决因形成孔而导致本体的强度降低的问题。
图3是表示在上述图2的金属本体部适用本发明的燃料电池用金属分离板的歧管-垫片组件的俯视图。
参照图3，本发明的歧管-垫片组件230形成为结合有歧管部及垫片的形态。首先，垫片以高分子模具结构形成于通道部的四侧面边部以及除此之外的需要密封的部位，在这里，表示以四边形形态形成于包括反应气体通道240及冷却水通道245的通道部的外廓的部分，并且相同地形成于金属本体部200的第一面及第二面。
接着，歧管部形成为以一体方式包括第一分割部222及第二分割部226的高分子模具结构的流入歧管部及以一体方式包括第三分割部262及第四分割部266的高分子模具结构的排出歧管部，上述第一分割部222对第一反应气体流入歧管220及冷却水流入歧管224进行分割，第二分割部226对冷却水流入歧管224及第二反应气体流入歧管228进行分割，第三分割部262对第一反应气体排出歧管260及冷却水排出歧管264进行分割，第四分割部266对冷却水排出歧管264及第二反应气体排出歧管268进行分割。此时，如图6及图7所示，歧管部形成为嵌入金属本体部的形态。
如上所述，本发明的歧管部借助高分子模具结构来自行具备分割空间，而不是借助金属本体部来分割空间，由此能够事先防止金属分离板设计变更带来的不必要的不良。
并且，本发明的歧管-垫片组件230，如同上述图3中所示的实施例形态，能够通过将预先定制的固态的模具结构物附着于金属本体部200的方式来形成。并且，能够通过利用注塑法来直接涂敷于金属本体部200而进行制造。此时，如果利用注塑法来进行制造，则无需另行附着方法及附着工序，由此能够缩短制造燃料电池堆栈时所需的时间。
同时，能够在金属本体部200的要形成歧管-垫片组件230的预定区域预先形成额外的固定部(未图示)。当通过冲压工序在金属本体部200形成反应气体通道时，一同形成歧管-垫片组件230固定部，来防止所安装的歧管-垫片组件230的脱离。在这种情况下，由于本发明的歧管-垫片组件230的结构相比以往的垫片结构相对简单，而且容易调节其线宽，由此具有能够进一步确保排列在固定部上的余地(margin)的优点。
接着，本发明的歧管-垫片组件230具有以一体方式包括形成于如上述图3所示的流入开口部220A及反应气体通道240之间的反应气体流入孔235以及形成于反应气体通道240和如上述图3所述的排出开口部260之间的反应气体排出孔的结构。
此时，优选地，反应气体流入孔235及反应气体排出孔250形成为以“S”字形连接歧管-垫片组件230的第一面和垫片的第二面的结构形成。此时，第一面是指，指向与金属本体部200的反应气体面相同的方向的表面；第二面是指，指向与冷却水面相同的方向的表面。在这种结构中，以反应气体所流入的部分为基准进行说明时，成为如下结构：流入形成于冷却水面(图3所示的面的背面，因此不显示)的槽的反应气体经由反应气体流入孔235，沿着形成于反应气体面的槽，自然流入形成于金属本体部200的反应气体通道240。
与此相关的反应气体流入孔235及反应气体排出孔250的具体结构将在下面的图6和图7中进行说明。
图4是放大表示本发明的燃料电池用金属分离板的流入部分的俯视图。
参照图4，与上述结构一样，具有金属本体部300、第一反应气体流入歧管320、第一分割部322、冷却水流入歧管324、第二分割部326、第二反应气体流入歧管328、凹形的反应气体通道340、冷却水通道345。在这里，具有以一体方式形成在歧管部和通道部之间的歧管-垫片组件330部分的反应气体流入孔355。
为了更具体地观察这种结构，按A1-A2、B 1-B2、C1-C2方向进行切断之后对各个截面进行观察，具体如下。
图5是表示上述图4的A1-A2方向的截面的剖视图。
参照图5可知，出现歧管-垫片组件330包围金属本体部300的内侧边部的形态。在这里出现的歧管-垫片组件330、第一分割部322和第二分割部326均表示歧管部，这些将成为对第二反应气体流入歧管328、第一反应气体流入歧管330及冷却水流入歧管324进行定义的高分子模具形态。
并且，如上所述，就本发明而言，不存在额外的框架部，因此完全没有产生不合格品的危险，并能够通过各自的分割部来得到所需强度，容易进行分离板间的排列。
图6是表示上述图4的B 1-B2方向的截面的剖视图。
参照图6，图6是按上述图4的B 1-B2方向进行切断之后，将金属本体部300翻过来后示出的形态。即，是以金属本体部300的冷却水面(第二面)为基准示出的。因此，形成呈向上部突出的形态的反应气体通道340，其旁边的褶皱成为冷却水通道345。
在这里，以反应气体流入孔355为基准观察时可知，具有由第一反应气体流入歧管320向反应气体通道方向连接的“S”字形反应气体流路。在这里，“S”字形呈倒字形，在歧管-垫片组件330的第二面表面的一部分形成槽，并形成贯通歧管-垫片组件330的中心部的反应气体流入孔355，以与上述槽连接；，在歧管-垫片组件330的第一面表面形成槽，以与上述反应气体流入孔355连接。在这种结构下，反应气体能够自然流入通道部。
此时，优选地，金属本体部300和歧管-垫片组件330的衔接部分的长度D1确保充分的长度，以确保气密性以及稳定的接合。但如果长度过长，可能会出现反应气体流入孔355部分受损或无法有效利用金属本体部300面积的问题。因此，考虑到上述事项，优选为设计歧管-垫片组件330。
图7是表示上述图4的C1-C2方向的截面的剖视图。
与上述图6一样，图7也是将金属本体部300翻过来使其冷却水面(第二面)朝向上部而示出的图。由于是以第一分割部322为基准进行的切割，因此仅示出了第一分割部322的一部分。此时，将第一反应气体流入歧管320的边部与歧管-垫片组件330的衔接部分的长度称为“D2”，将未衔接部分的长度称为“D3”情况下，D3的长度减小时，相对地D2的长度增大。此时，气密性将有所提高，但分离板本体的利用效率将降低。
而且，D2的长度减小时，相对地D3的长度增大。此时，可能会出现气密性降低，且歧管部的空间缩小的情况，因此考虑到其效率性，优选为设计歧管-垫片组件330。
在这里，上述图6及图7均以反应气体流入部分为基准进行了说明，但这同样适用于反应气体排出部分，其适用可能性不受第一反应气体及第二反应气体的影响。
另外，形成燃料电池堆栈时，可能会出现越靠近堆栈的中心部，歧管的形态变得越窄的情况。在这种复合结构下，过去需要一一变更金属本体部结构，但在本发明中，只需变更构成歧管部的高分子模具结构即可，因此能够有效提高燃料电池堆栈制造工序。
如上所述，本发明的金属分离板及具备该金属分离板的燃料电池堆栈形成有适用了以一体方式形成反应气体及冷却水流入/排出歧管部及垫片的歧管-垫片组件的金属本体部，从而能够在不变更分离板的厚度、面积和体积的情况下有效提高燃料电池的性能。即，适用的是借助歧管-垫片组件，保持燃料电池用金属分离板的气密性的同时，适用分割成反应气体及冷却水流入/排出歧管的新型结构，通过歧管部的分割部来确保燃料电池堆栈的刚性并进一步扩大其应用范围。
并且，能够制造出如下的燃料电池用金属分离板，该燃料电池用金属分离板将反应气体流入/排出孔以一体方式形成在歧管-垫片组件，从而能够提高反应气体流入/排出效率，相比于以一体方式具有反应气体流入/排出孔的以往的金属分离板，能够制造出抗空间变形的能力出色，能够降低反应气体的流动阻力，来减少压力下降量的燃料电池用金属分离板。并且，相比于以往在金属分离板上直接形成流入/排出孔的情况，能够缩短制造时间，降低制造单价。
同时，如上所述，将膜-电极接合体(MEA)接合在一张本发明的燃料电池用金属分离板或使上述金属分离板的反应气体面以相向方式接合之后层压膜-电极接合体，从而能够制造出具有高效率、多样形态的歧管的燃料电池堆栈。
在这里，膜-电极接合体是燃料电池的各个零部件中的一个结构，起到利用反应气体来引起电化学反应的作用。此时，还可以包括作为用于使反应气体均匀地分散至膜-电极接合体(MEA)表面的多孔介质的气体扩散层(GDL)，本发明的燃料电池用金属分离板用于支撑膜-电极接合体(MEA)和气体扩散层(GDL)，起到输送反应气体和冷却水以及收集和传递所生成的电的作用。
在本发明中，能够将数十个或数百个包括膜-电极接合体(MEA)和气体扩散层(GDL)的燃料电池用金属分离板叠加起来，制造出燃料电池堆栈。燃料电池的发电容量与膜-电极接合体(MEA)的反应面积以及堆栈的层压量呈正比。此时，本发明的高分子材质的歧管-垫片组件在燃料电池发电时能够让氢气、氧气和冷却水在膜-电极接合体(MEA)和气体扩散层(GDL)、分离板的各个面顺畅流动，并确保气密性，以防止各个反应气体和冷却水相混合，确保输送至金属分离板的反应气体顺畅地流入/排出。因此，在燃料电池***工作时，能够使其效率最大化。

Claims (8)

1.一种燃料电池用金属分离板，其特征在于，包括：
金属本体部，其具有通道部和开口部，所述通道部包括形成于中心部且从第一面向第二面突出而形成的反应气体通道以及在突出于上述第二面的上述反应气体通道之间形成的冷却水通道，所述开口部以与上述通道部成一体的方式设在上述通道部的四侧面边部，并在相向的两侧面分别形成有贯通上述第一面和第二面；以及
高分子材质的歧管-垫片组件，在上述开口部，为了反应气体和冷却水的供给及排出而形成有以分割的空间具备的歧管部，在上述金属本体部的边部及需要密封的部位，与上述歧管部形成一体地形成有垫片。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用金属分离板，其特征在于，
上述开口部包括：
流入开口部，其形成为只使上述金属本体部的上述相向的两侧面中的一侧边部残留的形态，从而提供反应气体和冷却水所流入的通路；以及
排出开口部，其形成为只使上述金属本体部的上述相向的两侧面中的另一侧边部残留的形态，使经由上述反应气体通道及上述冷却水通道流出的上述反应气体和上述冷却水排出。
3.根据权利要求1所述的燃料电池用金属分离板，其特征在于，上述歧管部形成为嵌入上述开口部的边部的形态。
4.根据权利要求1所述的燃料电池用金属分离板，其特征在于，上述歧管部包括用于分割上述开口部的分割部。
5.根据权利要求1所述的燃料电池用金属分离板，其特征在于，包括反应气体流入/排出孔，所述反应气体流入/排出孔形成于上述通道部和上述开口部之间，并以一体方式形成于上述歧管-垫片组件上。
6.根据权利要求5所述的燃料电池用金属分离板，其特征在于，上述反应气体流入/排出孔包括以“S”字形贯通上述歧管部的第一面和第二面的气体流入/排出结构。
7.一种燃料电池堆栈，其特征在于，通过多个由如权利要求1所述的金属分离板及膜-电极接合体形成的接合结构层压而成。
8.一种燃料电池堆栈，其特征在于，包括：
层压结构物，其通过两个如权利要求1所述的金属分离板以各自的第一面相向的形态接合而成；以及
膜-电极接合体，其形成于上述层压结构物的上部。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112719089A (zh) * 2019-10-28 2021-04-30 株式会社有汉精密 用于成形氢气汽车的燃料电池金属分离板的压力机用芯模

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101090626B1 (ko) 2010-06-16 2011-12-08 현대하이스코 주식회사 일체형 연료전지의 스택 전압 검출 장치
KR101238975B1 (ko) 2011-04-19 2013-03-04 현대하이스코 주식회사 매니폴더를 감싸는 금속 분리판용 가스켓 및 이를 제조하는 방법
KR101337961B1 (ko) 2012-05-07 2013-12-09 현대자동차주식회사 연료전지 스택용 매니폴드 블록
KR101449193B1 (ko) 2012-12-24 2014-10-08 현대자동차주식회사 다공체-가스켓 일체형 구조체를 갖는 연료전지
JP6602152B2 (ja) * 2015-10-20 2019-11-06 本田技研工業株式会社 燃料電池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005108526A (ja) * 2003-09-29 2005-04-21 Uchiyama Mfg Corp 燃料電池用ガスケット、燃料電池用部品、及び燃料電池
JP2005216869A (ja) * 2005-03-18 2005-08-11 Honda Motor Co Ltd 燃料電池またはセパレータ
US20060040159A1 (en) * 2004-08-20 2006-02-23 Honda Motor Co., Ltd., Fuel cell stack
CN1819313A (zh) * 2004-12-16 2006-08-16 斯奈克玛公司 燃料电池的双极板

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4575117B2 (ja) * 2004-11-24 2010-11-04 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
KR100778634B1 (ko) 2007-01-22 2007-11-28 현대하이스코 주식회사 연료 전지, 연료 전지용 분리판 및 이를 구비하는 연료전지 스택
EP2087543B1 (en) * 2006-10-16 2013-04-24 Hyundai Hysco Metal separator for fuel cell and fuel cell stack having the same
KR100802683B1 (ko) 2006-12-12 2008-02-12 현대자동차주식회사 연료전지용 금속분리판

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005108526A (ja) * 2003-09-29 2005-04-21 Uchiyama Mfg Corp 燃料電池用ガスケット、燃料電池用部品、及び燃料電池
US20060040159A1 (en) * 2004-08-20 2006-02-23 Honda Motor Co., Ltd., Fuel cell stack
CN1819313A (zh) * 2004-12-16 2006-08-16 斯奈克玛公司 燃料电池的双极板
JP2005216869A (ja) * 2005-03-18 2005-08-11 Honda Motor Co Ltd 燃料電池またはセパレータ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112719089A (zh) * 2019-10-28 2021-04-30 株式会社有汉精密 用于成形氢气汽车的燃料电池金属分离板的压力机用芯模
CN112719089B (zh) * 2019-10-28 2023-02-17 株式会社有汉精密 用于成形氢气汽车的燃料电池金属分离板的压力机用芯模

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Publication number Publication date
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