Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита

 

Изобретение относится к биполярной разделительной пластине для использования в топливных элементах. Техническим результатом изобретения является уменьшение габаритов батареи. Согласно изобретению разделительная пластина для батареи топливных элементов с мембраной из полимерного электролита состоит из, по меньшей мере, двух одинаково протяженных элементов из листового металла, форма которых обеспечивает распределение газообразных реагентов на электродах единичных топливных элементов батареи топливных элементов. Одинаково протяженные элементы из листового металла сложены вместе и образуют пространство для потока охладителя между ними. 2 c. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

Настоящее изобретение относится к биполярной разделительной пластине для использования в топливных элементах с мембраной из полимерного электролита (МПЭ). В частности, изобретение относится к охлаждаемой жидкостью биполярной разделительной пластине из листового металла для использования в топливных элементах с мембраной из полимерного электролита. Хотя концепция настоящего изобретения может быть применена к биполярным разделительным пластинам для разных конструкций топливных элементов, оно особенно пригодно для использования в батареях топливных элементов, в которых топливо и окислитель подаются в каждый единичный топливный элемент, входящий в состав батареи топливных элементов, по внутренним трубопроводам.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

В настоящее время существуют и/или находятся на стадии разработки системы топливных элементов, предназначенные для ряда применений, включая энергетику, автомобилестроение и другие области, в которых требуется исключить загрязнение окружающей среды. К ним относятся топливные элементы с расплавленным карбонатом, твердым оксидом, фосфорной кислотой, а также топливные элементы с мембраной из полимерного электролита.

Одним из условий успешной работы каждого из этих топливных элементов является контроль их температуры и удаление из топливного элемента продуктов, образующихся в результате электрохимических реакций.

Топливные элементы с мембраной из полимерного электролита обладают особыми преимуществами, потому что они способны обеспечивать потенциально высокую электрическую мощность, обладая при этом малым весом и объемом. Топливные элементы с мембраной из полимерного электролита хорошо известны. Каждый такой топливный элемент содержит "мембранно-электродный узел", представляющий собой тонкий, проводящий протоны полимерный электролит в виде мембраны, имеющей анодную электродную пленку, образованную на одной его поверхности, и катодную электродную пленку, образованную на его противоположной поверхности. Обычно такие электролиты в виде мембраны представляют собой ионообменные смолы, типично содержащие перфторполимер сульфокислоты, такой как "NAFION", выпускаемый компанией E.I.DuPont DeNemours & Со. Анодная и катодная пленка обычно содержат мелкие частицы углерода, очень мелкие каталитические частицы, лежащие на внутренних и внешних поверхностях углеродных частиц, и проводящий протоны материал, перемешанный с каталитическими и углеродными частицами или каталитическими частицами, диспергированными в политетрафторэтиленовом (ПТФЭ) связующем.

Мембранно-электродный узел каждого топливного элемента расположен между парой электропроводящих элементов, которые служат в качестве токоприемников для анода/катода и часто содержат сетку канавок на своих поверхностях для распределения газообразных реагентов топливных элементов на поверхностях соответствующего анода и катода.

Промышленно воспроизводимые батареи топливных элементов могут содержать до 600 отдельных топливных элементов (или единичных топливных элементов), каждый из которых имеет плоскую поверхность величиной до нескольких квадратных футов. В батарее топливных элементов последовательно соединено множество топливных элементов, причем анодный электрод одного единичного топливного элемента отделен от катодного электрода смежного единичного топливного элемента непроницаемой электропроводящей биполярной разделительной пластиной, которая обеспечивает распределение газообразного реагента на обеих его поверхностях и проводит электрический ток между анодом одного элемента и катодом другого элемента в данной батарее, и которая в большинстве случаев содержит в себе внутренние каналы, образованные внутренними теплообменными поверхностями, через которые протекает охладитель для отвода тепла от батареи. Такая биполярная разделительная пластина известна, например, из патента США № 5776624. В таких батареях топливных элементов топливо вводится между одной поверхностью разделительной пластины и анодной стороной электролита, а окислитель вводится между другой поверхностью разделительной пластины и катодной стороной второго электролита.

Батарея из 600 топливных элементов может иметь высоту до нескольких футов, что создает серьезные проблемы в смысле сохранения целостности элементов во время нагрева и работы батареи. В результате температурных градиентов между сборкой элементов, а также рабочих условий элементов, разных тепловых расширений и требуемой прочности материалов разных компонентов, существуют жесткие допуски и очень сложные инженерные проблемы. При этом очень важно контролировать температуру элементов, и если не обеспечивается минимальный температурный градиент, то невозможно поддерживать равномерную плотность тока, что приводит к ухудшению свойств элемента.

Кроме температурных факторов, целостность батареи топливных элементов также зависит от ее физических параметров. Чем больше батарея топливных элементов, тем труднее сохранять ее целостность и функционирование. Поэтому, помимо контроля температуры для получения заданной электрической мощности, которая зависит от количества единичных топливных элементов, содержащихся в батарее, желательно, чтобы габариты батареи топливных элементов, в частности, ее высота, были как можно меньше для заданной электрической мощности.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В основу настоящего технического решения положена задача создания батареи топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, имеющей компактную конструкцию, которая позволила бы увеличить число единичных топливных элементов на дюйм (2,54 см) высоты батареи для заданной электрической мощности по сравнению с известными батареями топливных элементов с мембраной из полимерного электролита.

Еще одна задача изобретения создать компактную водоохлаждаемую биполярную разделительную пластину для использования в батареях топливных элементов с мембраной из полимерного электролита.

Эти и другие задачи изобретения решаются в батарее топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, содержащей множество единичных топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, каждый из которых содержит мембранно-электродный узел, представляющий собой тонкий, проводящий протоны полимерный электролит в виде мембраны с анодной электродной пленкой на одной его поверхности и катодной электродной пленкой на его противоположной поверхности, анодный токоприемник на стороне анодной электродной пленки мембранно-электродного узла и катодный токоприемник на стороне катодной электродной пленки мембранно-электродного узла. Между стороной анодной электродной пленки мембранно-электродного узла одного единичного топливного элемента и стороной катодной электродной пленки мембранно-электродного узла смежного единичного топливного элемента расположена разделительная пластина, имеющая направляющие средства для распределения газообразных топлива и окислителя на анодном и катодном электродах, соответственно. Разделительная пластина выполнена из, по меньшей мере, двух одинаково протяженных элементов из листового металла, имеющих направляющие средства практически одинаковой формы, причем одинаково протяженные элементы из листового металла сложены друг с другом и образуют между собой пространство для потока охладителя.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения направляющие средства представляют собой множество гофров, выполненных в двух элементах из листового металла. В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения направляющие средства представляют собой множество углублений, выполненных в двух элементах из листового металла. Хотя два одинаково протяженных элемента из листового металла и сложены друг с другом, между ними поддерживается небольшое расстояние, образующее пространство для потока охладителя. Расстояние между сложенными друг с другом, одинаково протяженными элементами из листового металла, поддерживается с помощью разделительных средств, таких как множество выступов или выпуклостей, расположенных на поверхности по меньшей мере одного из одинаково протяженных элементов из листового металла, обращенной к другому из одинаково протяженных элементов из листового металла, или других средств для поддержания разделения одинаково протяженных элементов из листового металла, хотя при этом все же обеспечивается хорошая электропроводность между одинаково протяженными элементами из листового металла.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его воплощения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых

фиг.1 изображает общий вид в разобранном виде части батареи топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, включающей разделительные пластины согласно одному предпочтительному варианту изобретения,

фиг.2 изображает вид сверху разделительной пластины в соответствии с одним вариантом выполнения топливного элемента с мембраной из полимерного электролита;

фиг.3 изображает вид части разделительной пластины в сечении в направлении стрелок III-III на фиг.2,

фиг.4 изображает вид сверху обращенной к электроду стороны элемента из листового металла разделительной пластины в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения,

фиг.5 изображает вид сверху охлаждаемой жидкостью стороны элемента из листового металла разделительной пластины в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 изображена в разобранном виде часть батареи 10 топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, выполненная согласно одному варианту воплощения изобретения. Батарея 10 содержит множество единичных топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, каждый из которых содержит мембранно-электродный узел (МЭУ) 20, состоящий из тонкого, проводящего протоны полимерного электролита в виде мембраны, имеющего анодную электродную пленку (анод), сформированную на одной его поверхности, и катодную электродную пленку (катод), сформированную на его противоположной поверхности, причем мембранно-электродный узел 20 расположен между электропроводящими элементами 26, 27, которые служат в качестве токоприемников и газодиффузионных слоев для катода и анода. Разделительная пластина 40 разделяет смежные единичные топливные элементы с мембраной из полимерного электролита и расположена между анодной стороной одного топливного элемента с мембраной из полимерного электролита и катодной стороной смежного единичного топливного элемента с мембраной из полимерного электролита. Разделительная пластина 40 снабжена направляющими средствами для распределения газообразных топлива и окислителя по аноду и катоду, соответственно. Такие направляющие средства могут быть любой подходящей формы, однако согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения они представляют собой множество гофров 60, как показано на фиг.2, образующих каналы для распределения газообразных реагентов на электродах. Согласно другому варианту осуществления изобретения направляющие средства представляют собой множество углублений 61, также показанных на фиг.2. Как видно на фиг.2, разделительная пластина 40 может содержать несколько направляющих средств, например комбинацию гофров и углублений.

Согласно наиболее предпочтительному варианту воплощения изобретения, батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита представляет собой батарею, полностью обеспеченную внутренними трубопроводами, по которым газообразные реагенты подаются на электроды, а продукты реакции отводятся из зон реакции в батарее топливных элементов через внутренние трубопроводы, образованные выровненными отверстиями, находящимися внутри по меньшей мере разделительной пластины и мембран из полимерного электролита. Топливные элементы с внутренними трубопроводами известны из патентов США 4963442, 5077148, 5227256 и 5342706, упоминаемых здесь для сведения. Однако для специалистов будет очевидно, что для использования с разделительной пластиной этого изобретения пригодны и другие конфигурации топливных элементов, включая батареи топливных элементов с наружными трубопроводами.

Как показано на фиг.1, единичный топливный элемент батареи топливных элементов с мембраной из полимерного электролита согласно одному варианту воплощения изобретения содержит разделительные пластины 40, мембранно-электродный узел 20, содержащий тонкий, проводящий протоны полимерный электролит в виде мембраны, на одной поверхности которого сформирована анодная электродная пленка, а на противоположной поверхности сформирована катодная электродная пленка, анодный токоприемник 26 и катодный токоприемник 27. Разделительные пластины 40, мембранно-электродный узел 20 и токоприемники 26, 27 проходят до кромочной области элемента, и на обоих поверхностях разделительных пластин 40 между мембранно-электродным узлом 20 и/или токоприемниками 26, 27 образованы уплотнения вокруг всей периферии элемента в периферийных уплотнительных областях 43. Периферийные уплотнительные структуры 43 проходят вверх и вниз от общей плоскости разделительной пластины 40 для обеспечения контакта с периферией токоприемников 26, 27 и/или мембранно-электродного узла 20. Через каждый элемент из числа разделительных пластин 40, мембранно-электродного узла 20 и токоприемников 26, 27 проходят соответствующие отверстия 24 топливных трубопроводов, по одному для подачи и отвода топлива, и отверстия 25 трубопроводов окислителя, по одному для подачи и отвода окислителя. Несмотря на то, что отверстия трубопроводов, показанные на фиг.1, имеют предпочтительно треугольную форму, которая позволяет легко формировать прямолинейные уплотнительные области трубопроводов в тонких листах, тем не менее трубопроводные отверстия могут быть круглой, прямоугольной или любой другой требуемой формы. Трубопроводные отверстия на фиг.1 выполнены как единые отверстия, но в них можно также, при желании, использовать перегородки, чтобы направить поток газа через камеры реагентов в элементах. Уплотнительные области 45 топливного трубопровода и уплотнительные области 46 трубопровода окислителя проходят как вверх, так и вниз от общей плоскости разделительной пластины 40, чтобы обеспечить контакт с токоприемниками 26, 27 и/или мембранно-электродным узлом 20 для образования уплотнений между мембранно-электродным узлом и смежными токоприемниками 26, 27.

Отверстия 25 трубопроводов окислителя уплотнены уплотнениями 46, которые обеспечивают поток окислителя только в катодную камеру и из нее у верхней поверхности разделительной пластины 40 через отверстия 48 для подачи окислителя и отверстия 48' для отвода окислителя и предотвращают поток газа в анодную камеру и из нее, а отверстия 24 топливного трубопровода уплотнены уплотнениями 45, что обеспечивает поток топлива только в анодную камеру и из нее у нижней поверхности разделительной пластины 40 через отверстия 47 для подвода топлива и отверстия 47 для отвода топлива и предотвращают поток газа в катодную камеру и из нее. Хотя уплотнения 45, 46 трубопроводов показаны в виде прямолинейных штампованных структур из листового металла, они могут быть любой требуемой формы или конфигурации, способной предотвратить поток газа. Уплотнения 45, 46 трубопроводов образуют двойное уплотнение между отверстием 24 топливного трубопровода и отверстием 25 трубопровода окислителя.

Как уже отмечалось выше, основная проблема, которую необходимо решить при эксплуатации батареи топливных элементов, - это контролирование температур, обусловленных электрохимическими реакциями топливного и окислительного реагентов в единичных топливных элементах, образующих данную батарею. Эту задачу решает предложенная разделительная пластина 40, содержащая по меньшей мере, два одинаково протяженных элемента 30, 31 из листового металла, показанных на фиг.1 и 3, имеющих направляющие средства по существу одинаковой формы, например, гофры 60а и 60b, причем упомянутые по меньшей мере два одинаково протяженных элемента 30 и 31 сложены друг с другом и образуют пространство 32 для потока охладителя между ними. Пространство 32 для потока охладителя образуется за счет того, что по меньшей мере два одинаково протяженных элемента 30, 31 удерживаются на расстоянии друг от друга. Такое расстояние обеспечивается в соответствии с одним особенно предпочтительным вариантом изобретения за счет наличия множества выступов или выпуклостей 33 на поверхности элемента из листового металла, обращенной к поверхности по меньшей мере одного из по меньшей мере двух элементов 30, 31. Специалистам будет понятно, что такие выступы или выпуклости 33 можно предусмотреть на поверхности, обращенной к элементу из листового металла, обоих одинаково протяженных, сложенных друг с другом элементов 30, 31. Кроме того, ясно, что в этих точках может быть целесообразным применить сварку или пайку для улучшения электропроводности. Также понятно, что в батарее топливных элементов согласно изобретению можно также использовать разделительную пластину 40, состоящую из более чем двух одинаково протяженных, сложенных друг с другом элементов из листового металла, с обеспечением пространства для потока охладителя между каждым из отдельных элементов из листового металла.

Для подвода охладителя в пространство 32 для потока охладителя разделительная пластина 40, мембранно-электродный узел 20 и токоприемники 26, 27 снабжены отверстиями 50, 50' для подвода и отвода охлаждающей жидкости. Уплотнительные области 51 трубопровода охлаждающей жидкости проходят на обе поверхности от общей плоскости разделительной пластины 40, чтобы обеспечить контакт для образования уплотнений между разделительной пластиной 40 и мембранно-электродным узлом 20 и/или токоприемниками 26, 27 и образовать трубопровод охлаждающей жидкости. Отверстия 50, 50' трубопровода охлаждающей жидкости имеют одинаковый диаметр в каждом из элементов, чтобы позволить плоской поверхности уплотнительных областей 51 трубопровода охлаждающей жидкости усилить контакт между мембранно-электродным узлом 20 и анодным токоприемником 26 на одной стороне и между мембранно-электродным узлом 20 и катодным токоприемником 27 на другой стороне и образовать уплотнение, окружающее трубопровод охлаждающей жидкости. Боковые стенки выступающих уплотнительных областей 51 трубопровода охлаждающей жидкости выполнены сплошными в разделительных пластинах 40 и поэтому исключают поступление охлаждающей жидкости в анодную или катодную камеру. Отверстия 53 для охлаждающей жидкости в боковых стенках выступающих уплотнительных областей 51 трубопровода охлаждающей жидкости обеспечивают сообщение между отверстиями 50, 50' трубопровода охлаждающей жидкости и пространством 32 для потока охладителя.

Другая задача изобретения заключается в создании батареи топливных элементов, имеющей более высокую плотность мощности, чем известные батареи топливных элементов. Складывание элементов из листового металла, составляющих биполярную разделительную пластину согласно изобретению, друг с другом позволяет создать батарею топливных элементов, состоящую из 15-30 единичных топливных элементов на дюйм батареи. Это значит, что предложенная батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита высотой один фут (0,3048 м) может содержать до 360 единичных топливных элементов. Если каждый единичный топливный элемент имеет площадь около одного квадратного фута (0,093м²), то обеспечивается плотность мощности величиной 86400 Вт на фут³ (0,028 м³) или 3050 Вт на литр (360 единичных топливных элементов × 400 А на фут² × 0,6 В/элемент).

Как отмечалось выше, разделительная пластина 40 содержит, по меньшей мере, два одинаково протяженных элемента 30, 31 из листового металла, которые сложены вместе и образуют пространство 32 для потока охладителя между ними. Расстояние между одинаково протяженными элементами 30, 31 должно обеспечивать минимально возможный дифференциал давления охлаждающей жидкости в пространстве 32. Согласно предпочтительному варианту изобретения расстояние между одинаково протяженными элементами 30, 31 из листового металла составляет около 0,002-0,010 дюймов (0,005-0,025 см). Одинаково протяженные элементы 30, 31 из листового металла предпочтительно выполнены из никеля, нержавеющей стали, высоколегированной стали, титана и/или металлов с антикоррозионным покрытием и имеют толщину от около 0,002 до около 0,004 дюйма (0,005-0,010 см). Учитывая тонкость элементов 30, 31 из листового металла, выступы или выпуклости 33, удерживающие элементы 30 из листового металла на расстоянии друг от друга, предпочтительно выполняют тисненными в элементах 30, 31. Однако специалистам будет понятно, что можно также использовать и другие средства для поддержания расстояния между элементами 30, 31 из листового металла, включая сварку сопротивлением, по меньшей мере, некоторых выступов или выпуклостей. Сварка сопротивлением по меньшей мере некоторых выступов, помимо того, что она позволяет сохранять дистанцию между элементами 30, 31, также обеспечивает низкое контактное сопротивление между элементами 30, 31, что в свою очередь препятствует возникновению высокого электрического сопротивления на разделительной пластине 40.

На фиг.4 показан вид сверху одного варианта обращенной к электроду поверхности элемента 70 из листового металла предложенной разделительной пластины. Центральная часть элемента 70 из листового металла является активной областью и содержит направляющее средство в форме гофров 60 для распределения газообразных реагентов на одном из электродов мембранно-электродного узла, причем направляющие средства типично формируют в элементе 70 методом штамповки. Области элемента 70 из листового металла, окружающие активную область и обеспечивающие уплотнение между элементами 70 из листового металла, образующими разделительную пластину согласно изобретению, и между разделительной пластиной и смежными элементами батареи, обычно плоские. Чтобы способствовать распределению газообразных реагентов на электродах, часть плоских областей, соответствующая в основном секции с углублениями разделительной пластины, показанной на фиг.2, снабжена средствами для направления газообразных реагентов, которые распределяют газообразные реагенты по активной области разделительной пластины. В отличие от углублений 61, показанных на фиг.2, которые обычно формируют методом штамповки элемента из листового металла, направляющие средства, показанные на фиг.4, которые также имеют форму углублений 61а, образованы на плоской части элемента 70 из листового металла известным методом трафаретной печати. Специалистам также будет понятно, что в рамках объема данного изобретения можно использовать и другие формы направляющих средств, полученных методом трафаретной печати, например, направляющие средства в виде реек.

На фиг.5 представлен вид сверху обращенной к охлаждающей жидкости стороны элемента 70 из листового металла, которая содержит гофрированные и плоские секции на обращенной к электроду стороне элемента 70. Как показано на фиг.4 и 5, плоские части элемента 70 из листового металла содержат периферию элемента 70, а также окружают отверстия 24, 25 газовых трубопроводов и отверстия 50, 50' трубопровода охлаждающей жидкости. Как показано на фиг.3, уплотнение между элементами 30, 31 из листового металла обеспечивается прокладочным материалом 34, который проходит вокруг периферии разделительной пластины, а также вокруг канальных отверстий, образованных элементами 30, 31 из листового металла. Прокладочный материал 34 может быть любым уплотняющим материалом, пригодным для выполнения этой функции. Согласно одному предпочтительному варианту изобретения прокладка образована методом трафаретной печати непосредственно на плоских частях элемента 70 из листового металла.

Для распределения охлаждающей жидкости, поступающей в пространство 32 для охлаждающей жидкости через отверстие 50, плоские части элемента 70 из листового металла на обращенной к охлаждающей жидкости стороне снабжены средствами направления охлаждающей жидкости, которые также сформированы на ней методом трафаретной печати. Эти средства направления охлаждающей жидкости предпочтительно имеют форму углублений или реек 66. Помимо распределения охлаждающей жидкости, средства направления охлаждающей жидкости, а также прокладка 34 могут использоваться для сохранения дистанции между элементами из листового металла.

Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано со ссылкой на его некоторые предпочтительные варианты и в целях иллюстрации были описаны многие детали, специалистам будет понятно, что возможны и другие варианты изобретения и что некоторые описанные детали могут быть значительно изменены, не выходя за рамки основных принципов изобретения.

Формула изобретения

1. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, содержащая множество единичных топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, причем каждый единичный топливный элемент содержит мембранно-электродный узел, представляющий собой проводящий протоны полимерный электролит в виде мембраны с анодной электродной пленкой на одной поверхности и катодной электродной пленкой на противоположной поверхности, анодный токоприемник на стороне анодной электродной пленки мембранно-электродного узла и катодный токоприемник на стороне катодной электродной пленки мембранно-электродного узла, и разделительную пластину, расположенную между стороной анодной электродной пленки мембранно-электродного узла одного единичного топливного элемента и стороной катодной электродной пленки мембранно-электродного узла смежного единичного топливного элемента, имеющую направляющие средства для распределения газообразных топлива и окислителя на сторонах анодной и катодной электродных пленок соответственно, отличающаяся тем, что разделительная пластина выполнена из по меньшей мере двух одинаково протяженных элементов из листового металла, имеющих, по существу, согласующиеся формы, причем упомянутые по меньшей мере два одинаково протяженных элемента из листового металла разделены, по существу, одинаковым расстоянием по всей их поверхности и образуют между собой пространство для потока охладителя.

2. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.1, отличающаяся тем, что направляющие средства представляют собой множество гофров, сформированных в упомянутых по меньшей мере двух элементах из листового металла.

3. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.1, отличающаяся тем, что направляющие средства заключают в себе множество углублений, сформированных в упомянутых по меньшей мере двух элементах из листового металла.

4. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые по меньшей мере два одинаково протяженных, сложенных вместе элемента из листового металла удерживаются на расстоянии друг от друга с помощью множества выпуклостей, вытисненных на обращенной к элементу из листового металла поверхности по меньшей мере одного из по меньшей мере двух одинаково протяженных, сложенных вместе элементов из листового металла.

5. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.1, отличающаяся тем, что содержит от около 15 до 30 единичных топливных элементов с мембраной из полимерного электролита на дюйм (2,54 см) высоты батареи топливных элементов.

6. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.1, отличающаяся тем, что расстояние между упомянутыми по меньшей мере двумя элементами из листового металла составляет от около 0,002 до около 0,010 дюйма (0,005-0,025 см).

7. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые по меньшей мере два элемента из листового металла выполнены из материала, выбранного из группы, состоящей из никеля, нержавеющей стали, высоколегированной стали, титана и металлов с антикоррозионным покрытием.

8. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит множество внутренних трубопроводов для подвода газообразных топлива и окислителя к каждому из топливных элементов с мембраной из полимерного электролита и для отвода от них отработавших газов.

9. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.2, отличающаяся тем, что упомянутые по меньшей мере два одинаково протяженных, сложенных вместе элемента из листового металла удерживаются на расстоянии друг от друга с помощью множества выпуклостей, вытисненных на множестве вершин гофров на обращенной к элементу из листового металла поверхности по меньшей мере одного из упомянутых по меньшей мере двух одинаково протяженных, сложенных вместе элементов из листового металла.

10. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые по меньшей мере два одинаково протяженных, сложенных вместе элемента из листового металла удерживаются на расстоянии друг от друга с помощью прокладочного материала, расположенного вокруг периферии одинаково протяженных, сложенных вместе элементов из листового металла между упомянутыми одинаково протяженными, сложенными вместе элементами из листового металла.

11. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.1, отличающаяся тем, что разделительная пластина содержит расположенную в центре активную область, а одинаково протяженные элементы из листового металла, содержащие данную разделительную пластину, являются, по существу, плоскими вокруг расположенной в центре активной области.

12. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.11, отличающаяся тем, что плоские части одинаково протяженных элементов из листового металла содержат направляющие средства для распределения газообразных топлива и окислителя в расположенной в центре активной области в сторону анодной электродной пленки и в сторону катодной электродной пленки соответственно, причем направляющие средства содержат, по меньшей мере одно, рейки или углубления, сформированные методом трафаретной печати на плоских частях.

13. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.11, отличающаяся тем, что плоские части одинаково протяженных элементов из листового металла содержат направляющие средства для охлаждающей жидкости на обращенных друг к другу поверхностях одинаково протяженных элементов из листового металла.

14. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.13, отличающаяся тем, что направляющие средства для охлаждающей жидкости представляют собой одно, рейки или углубления, сформированные методом трафаретной печати на плоских частях.

15. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, содержащая множество единичных топливных элементов с мембраной из полимерного электролита, причем каждый единичный топливный элемент содержит мембранно-электродный узел с анодной электродной пленкой на одной поверхности и катодной электродной пленкой на противоположной поверхности, анодный токоприемник на стороне анодной электродной пленки мембранно-электродного узла и катодный токоприемник на стороне катодной электродной пленки мембранно-электродного узла, и разделительную пластину, расположенную между стороной анодной электродной пленки мембранно-электродного узла одного единичного топливного элемента и стороной катодной электродной пленки мембранно-электродного узла смежного единичного топливного элемента, имеющую направляющие средства для распределения газообразных топлива и окислителя на сторонах анодной и катодной электродных пленок и образующую анодную камеру между обращенной к анодной электродной пленке поверхностью разделительной пластины и анодной электродной пленкой и катодную камеру между обращенной к противоположной катодной электродной пленке поверхностью разделительной пластины и катодной электродной пленкой смежного единичного топливного элемента, причем анодная камера сообщается по потоку газа с подводом и выпуском газообразного топлива, а катодная камера сообщается по потоку газа с подводом и выпуском газообразного окислителя, отличающаяся тем, что разделительная пластина выполнена из по меньшей мере двух одинаково протяженных элементов из листового металла, имеющих направляющие средства, по существу, одинаковой формы, причем упомянутые одинаково протяженные элементы из листового металла сложены вместе и образуют между собой пространство для потока охладителя, разделительные пластины имеют плоскую периферийную уплотнительную структуру, проходящую до контакта с одним из мембранно-электродных узлов и токоприемников на каждой поверхности разделительных пластин полностью вокруг анодной камеры и катодной камеры соответственно, образуя периферийное уплотнение в рабочих условиях элемента, каждый элемент из числа мембранно-электродных узлов и разделительных пластин имеет множество выровненных отверстий, причем отверстия в разделительных пластинах окружены на обращенной к анодной электродной пленке поверхности и на обращенной к катодной электродной пленке поверхности плоской уплотнительной структурой трубопроводов, проходящей до контакта с одним из мембранно-электродных узлов и токоприемников на сторонах разделительных пластин, обращенных к анодной электродной пленке и обращенных к катодной электродной пленке, образующей уплотнение трубопроводов в рабочих условиях элемента с образованием множества трубопроводов для газообразных топлива и окислителя, проходящих через батарею элементов, топливные трубы, проходящие через плоскую уплотнительную структуру трубопроводов, обеспечивают сообщение по потоку газообразного топлива между трубопроводами газообразного топлива и анодными камерами на обращенной к анодной электродной пленке стороне разделительных пластин, обеспечивая тем самым полностью внутренний подвод и отвод топлива по трубопроводам для каждого единичного топливного элемента в батарее топливных элементов, и трубы окислителя, проходящие через плоскую уплотнительную структуру трубопроводов обеспечивают сообщение по потоку газообразного окислителя между трубопроводами газообразного окислителя и катодными камерами на обращенной к катодной электродной пленке стороне разделительных пластин, обеспечивая тем самым полностью внутренний подвод и отвод окислителя по трубопроводам для каждого единичного топливного элемента в батарее топливных элементов.

16. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.15, отличающаяся тем, что разделительные пластины и мембранно-электродные узлы образуют множество выровненных отверстий для охлаждающей жидкости, причем отверстия в разделительных пластинах окружены на поверхности, обращенной к анодной электродной пленке, и стороне, обращенной к катодной электродной пленке, плоской уплотнительной структурой трубопроводов охлаждающей жидкости, проходящей до контакта с одним из мембранно-электродных узлов и токоприемников на сторонах разделительных пластин, обращенных к анодной электродной пленке и обращенных к катодной электродной пленке, образуя уплотнение трубопровода охлаждающей жидкости в рабочих условиях элемента с образованием множества трубопроводов охлаждающей жидкости, проходящих через батарею элементов.

17. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.15, отличающаяся тем, что упомянутые по меньшей мере два одинаково протяженных, сложенных вместе элемента из листового металла удерживаются на расстоянии друг от друга с помощью множества выпуклостей, вытисненных на обращенной к элементу из листового металла поверхности по меньшей мере одного из по меньшей мере двух одинаково протяженных, сложенных вместе элементов из листового металла.

18. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.15, отличающаяся тем, что расстояние между упомянутыми по меньшей мере двумя элементами из листового металла составляет от около 0,002 до около 0,010 дюйма (0,005-0,025 см).

19. Батарея топливных элементов с мембраной из полимерного электролита по п.15, отличающаяся тем, что упомянутые по меньшей мере два элемента из листового металла выполнены из материала, выбранного из группы, состоящей из никеля, нержавеющей стали, высоколегированной стали, титана и металлов с антикоррозионным покрытием.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5