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本發(fā)明針對(duì)電化學(xué)電池，更具體地，針對(duì)在電化學(xué)電池中使用的流場的設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

電化學(xué)電池，通常被分類為燃料電池或者電解槽，是用于由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，或者利用電流的流動(dòng)誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的裝置。燃料電池將燃料（例如氫氣、天然氣、甲醇、汽油等）和氧化劑（空氣或氧氣）的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電以及熱量和水的廢產(chǎn)物?；镜娜剂想姵匕◣ж?fù)電荷的陽極、帶正電荷的陰極以及稱為電解質(zhì)的離子導(dǎo)電材料。

不同的燃料電池技術(shù)使用不同的電解質(zhì)材料。例如，質(zhì)子交換膜（PEM）燃料電池使用聚合物離子導(dǎo)電膜作為電解質(zhì)。在氫PEM燃料電池中，氫原子在陽極電化學(xué)地分裂成電子和質(zhì)子（氫離子）。然后，電子流動(dòng)穿過電路至陰極并且產(chǎn)生電，而質(zhì)子穿過電解質(zhì)膜擴(kuò)散至陰極。在陰極，氫質(zhì)子與電子和（供應(yīng)至陰極的）氧結(jié)合以產(chǎn)生水和熱量。

電解槽代表操作相反的燃料電池。當(dāng)施加外部的電勢(shì)時(shí)，通過將水分解成氫氣和氧氣，基礎(chǔ)的電解槽起到作為氫氣發(fā)生器的作用。氫燃料電池或電解槽的基礎(chǔ)技術(shù)可應(yīng)用于電化學(xué)氫處理，例如，電化學(xué)氫壓縮、提純或膨脹。電化學(xué)氫處理已作為傳統(tǒng)上用于氫管理的機(jī)械系統(tǒng)的可行的替代選擇出現(xiàn)。氫作為能量載體的成功的商業(yè)化以及“氫經(jīng)濟(jì)”的長期的可持續(xù)性很大程度地依賴于燃料電池、電解槽和其他氫處理/管理系統(tǒng)的效率以及成本效益。

在操作中，單個(gè)的燃料電池一般可產(chǎn)生約1伏特。為了獲得期望的電功率總量，各個(gè)燃料電池被結(jié)合以形成燃料電池堆，其中燃料電池循序地堆疊在一起。每個(gè)燃料電池可包括陰極、電解質(zhì)膜以及陽極。陰極/膜/陽極組件構(gòu)成一般由雙極板支撐在兩側(cè)上的“膜電極組件”或者“MEA”。反應(yīng)氣體（氫氣和空氣或氧氣）通過形成在板中的、被稱為流場的通道或凹槽而被供應(yīng)至MEA的電極。除了提供機(jī)械支撐，當(dāng)電連接在堆里的各個(gè)燃料電池時(shí)，雙極板（也被稱為流場板或分隔板）物理地分隔在堆里的各個(gè)燃料電池。一般的燃料電池堆包括歧管和進(jìn)氣口，用于將燃料和氧化劑分別引導(dǎo)至陽極流場和陰極流場。燃料電池堆也包括排氣歧管和出氣口，用于排出過量的氣體和冷卻劑水。

圖1是示出現(xiàn)有技術(shù)PEM燃料電池10的各種部件的爆炸示意圖。如圖所示，雙極板2位于“膜電極組件”（MEA）的側(cè)面，“膜電極組件”（MEA）包括陽極7A、陰極7C和電解質(zhì)膜8。供應(yīng)至陽極7A的氫原子電化學(xué)地分裂成電子和質(zhì)子（氫離子）。電子流動(dòng)穿過電路至陰極7C并且在該過程中產(chǎn)生電，而質(zhì)子移動(dòng)穿過電解質(zhì)膜8至陰極7C。在陰極，質(zhì)子與電子和（供應(yīng)至陰極的）氧結(jié)合以產(chǎn)生水和熱量。

此外，現(xiàn)有技術(shù)PEM燃料電池10包括導(dǎo)電的氣體擴(kuò)散層（GDL）5，該導(dǎo)電的氣體擴(kuò)散層5在電池內(nèi)MEA的各側(cè)上。氣體擴(kuò)散層5用作使電池內(nèi)的氣體和液體能夠運(yùn)輸?shù)臄U(kuò)散媒介，提供雙極板2和電解質(zhì)膜8之間的電傳導(dǎo)，幫助從電池中排除熱量和工藝用水，并且在某些情況下，向電解質(zhì)膜8提供機(jī)械支撐。氣體擴(kuò)散層5可包括織物的或非織物的碳布，電極7A和電極7C覆蓋在該碳布面向電解質(zhì)膜的側(cè)面。在某些情況下，電催化劑材料可覆蓋在鄰近的GDL 5或者電解質(zhì)膜8上。

通常，基于碳纖維的氣體擴(kuò)散層無法滿足高壓差電池的性能需求，尤其是因?yàn)檫@些材料的受限的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。因此，一些高壓電化學(xué)電池使用“熔塊型”致密燒結(jié)的金屬、過濾網(wǎng)組合或者結(jié)合或作為用于傳統(tǒng)的GDL的替代的網(wǎng)形金屬，以向MEA提供結(jié)構(gòu)支撐，該MEA與形成在雙極板2中的傳統(tǒng)的槽脊（land）-通道流場4結(jié)合。層狀結(jié)構(gòu)（即，過濾網(wǎng)和網(wǎng)形金屬）提供適用于高壓差操作的相對(duì)厚的結(jié)構(gòu)。然而，它們引入了其他的性能缺陷，例如，高接觸電阻、高流動(dòng)阻力、大單元間距等。為了克服這些層狀結(jié)構(gòu)的物理限制，三維多孔金屬結(jié)構(gòu)可用作用于在高壓差電化學(xué)電池中的傳統(tǒng)的槽脊-通道流場4和GDL 5的替代。

在使用多孔金屬流場的電化學(xué)電池中，在電解質(zhì)膜的各側(cè)的反應(yīng)氣體流動(dòng)穿過多孔金屬流場以到達(dá)電解質(zhì)膜。穿過多孔金屬流場的持續(xù)流動(dòng)確保，當(dāng)消耗了多數(shù)的燃料或氧化劑時(shí)，耗盡的氧化劑從燃料電池中持續(xù)地被沖洗掉。如同傳統(tǒng)的槽脊-通道流場，令人期望的是，這些多孔金屬結(jié)構(gòu)促使反應(yīng)氣體均勻的分布至電極，以便獲得單獨(dú)的燃料電池的高性能。此外，不期望在反應(yīng)氣體流體中造成過度的壓降，否則會(huì)消耗由燃料電池堆產(chǎn)生的某些電能并且降低燃料電池堆的總效率。正因如此，改進(jìn)多孔金屬流場的設(shè)計(jì)以提供反應(yīng)氣體的改進(jìn)分布，但不給電池增加額外的部件，存在持續(xù)的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)與電化學(xué)電池一起使用的流場的設(shè)計(jì)。本發(fā)明尤其針對(duì)在電化學(xué)電池中使用、用于改進(jìn)反應(yīng)氣體的分布的多孔金屬流場的設(shè)計(jì)。這些裝置可在在高壓差下操作的電化學(xué)電池中使用，該電化學(xué)電池包括但不限于燃料電池、電解槽以及氫氣壓縮機(jī)。

本發(fā)明的一方面是針對(duì)用于在電化學(xué)電池中使用的流場。流場可包括多孔金屬結(jié)構(gòu)，該多孔金屬結(jié)構(gòu)包括進(jìn)氣口和出氣口。流場可進(jìn)一步包括形成在該結(jié)構(gòu)中的多個(gè)第一通道。多個(gè)第一通道各自從與進(jìn)氣口流體連通的第一近端延伸，并且在該結(jié)構(gòu)內(nèi)的第一遠(yuǎn)端終止。流場也可包括形成在該結(jié)構(gòu)中的多個(gè)第二通道。多個(gè)第二通道各自從與出氣口流體連通的第二遠(yuǎn)端延伸，并且在該結(jié)構(gòu)內(nèi)的第二近端終止。

本發(fā)明的另一方面針對(duì)電化學(xué)電池。電化學(xué)電池可包括第一雙極板、第二雙極板以及膜電極組件，該膜電極組件包括陰極、陽極以及設(shè)置在陰極和陽極之間的聚合物膜。電化學(xué)電池也可包括設(shè)置在第一雙極板和第二雙極板中的一個(gè)與膜電極組件之間的至少一個(gè)流場。該至少一個(gè)流場可由具有進(jìn)氣口和出氣口的多孔金屬結(jié)構(gòu)形成。該結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步地包括與進(jìn)氣口流體連通的多個(gè)進(jìn)氣通道，以及置于多個(gè)進(jìn)氣通道的每一個(gè)之間并與出氣口流體連通的多個(gè)出氣通道。

可以理解，前述的大概說明和下述的詳細(xì)說明均僅是示例性的和解釋性的，并不是作為請(qǐng)求保護(hù)的本發(fā)明的限制。

附圖說明

附圖并入說明書并且構(gòu)成本說明書的一部分，示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且連同說明書用于解釋本發(fā)明的原理。

圖1示出顯示質(zhì)子交換膜（PEM）燃料電池的各種部件的爆炸示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性的實(shí)施例的電化學(xué)電池的一部分的示意圖；以及

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的示例性的實(shí)施例的陰極流場的前視圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)將詳細(xì)地參考本發(fā)明的示例性的實(shí)施例，其示例在附圖中示出。在任何可能的情況下，作為例子的附圖標(biāo)記可在全部附圖使用，以參照同樣或者類似的部分。盡管所描述的有關(guān)使用氫氣、氧氣以及水的電化學(xué)電池，可以理解，本發(fā)明的裝置和方法可以和各種類型的電化學(xué)電池一起使用，該電化學(xué)電池包括那些在高壓差下操作的電化學(xué)電池。

圖2示出示例性的電化學(xué)電池200的爆炸示意圖。電化學(xué)電池200可包括兩個(gè)雙極板210、220。這兩個(gè)雙極板210、220可作為支撐板和導(dǎo)體。雙極板210、220也可包括進(jìn)入通道，該進(jìn)入通道用于循環(huán)冷卻液體（即，水、乙二醇或水乙二醇混合物），以從電池200排除熱量。雙極板210、220可由鋁、鋼、不銹鋼、鈦、銅、鎳-鉻合金、石墨或者任何其他的導(dǎo)電材料制成。

除了雙極板210、220，電化學(xué)電池200可包括膜電極組件（“MEA”）。MEA 230可包括陽極231、陰極232以及質(zhì)子交換膜（“PEM”）233。PEM 233可設(shè)置在陽極231和陰極232之間，使陽極231和陰極232相互電絕緣?？深A(yù)期地，PEM 233可包括純聚合物膜或者復(fù)合膜，其中其他材料例如二氧化硅、雜多酸、層狀的金屬磷酸鹽、磷酸鹽以及磷酸鋯鹽可嵌入在聚合物基體中。PEM 233可以是能夠透過質(zhì)子而不傳導(dǎo)電子的。陽極231和陰極232可包括含有催化劑層（未示出）的多孔碳電極。催化劑材料可以是（例如）可增加反應(yīng)速率的鉑。

如圖2所示，陰極流場240和陽極流場250位于MEA 230的側(cè)面。陰極流場240和陽極流場250可在雙極板210、220和MEA 230之間提供電傳導(dǎo)，同時(shí)也為電化學(xué)電池200內(nèi)的氣體和液體的運(yùn)輸提供媒介。此外，陰極流場240和陽極流場250可向MEA 230提供機(jī)械支撐。

陰極流場240和陽極流場250可包括三維多孔金屬結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，陰極流場240和陽極流場250可通過壓實(shí)高度多孔金屬材料形成，例如金屬開口結(jié)構(gòu)（例如，金屬泡沫、燒結(jié)金屬熔塊、金屬網(wǎng)柵、金屬網(wǎng)或任何其他的多孔金屬）。多孔金屬材料可包括金屬（例如不銹鋼、鈦、鋁、鎳、鐵等），或者例如鎳鉻合金等的金屬合金。在一些說明性的實(shí)施例中，金屬材料的孔徑尺寸的范圍可為從約20μm至約1000μm。例如，金屬材料的孔徑尺寸范圍可為從約20μm至約1000μm，例如從約50μm至約1000μm，從約20μm至約900μm等，從約30μm至約800μm，從約40μm至約700μm，從約50μm至約600μm，從約60μm至約500μm，從約70μm至約500μm，從約100μm至約450μm，從約200μm至約450μm，以及從約350μm至約450μm。在說明性的實(shí)施例中，金屬材料的平均孔徑尺寸為約400μm、約500μm或者約800μm。在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，金屬材料的空隙體積的范圍為從約70%至約99%。例如，金屬材料的空隙體積的范圍可為從約70%至約98%，例如從75%至約98%，從約75%至約95%，從約75%至約90%，從約75%至約85%，從約70%至約80%，從約73%至約77%，從約80%至約90%，從約83%至約87%，從約90%至約99%，以及從約93%至約97%。在說明性的實(shí)施例中，金屬材料的空隙體積可以是約75%、約85%或約95%。

電化學(xué)電池200在MEA 230的各側(cè)可額外地包括導(dǎo)電的氣體擴(kuò)散層（GDL）?？深A(yù)期地，多孔金屬結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)GDL一般要求的功能，因此引入從電化學(xué)電池組件去除GDL的可能性。在供替換的實(shí)施例中，由具有不同的平均孔徑尺寸的兩個(gè)不同的層（例如，較大的孔徑構(gòu)成流場以及較小的孔徑替代GDL）構(gòu)成的多孔金屬結(jié)構(gòu)可設(shè)置為與MEA 230接觸。因此，除非另外特別說明，如本文使用的“流場”通指流場和GDL。使用帶有傳統(tǒng)的GDL或帶有傳統(tǒng)的通道型流場的所公開的多孔金屬流場在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

圖3中示出示例性的流場（例如陰極流場240）的前視圖。盡管下面的描述是關(guān)于陰極流場240，其同樣地也可適用于陽極流場250。如圖所示，陰極流場240可包括縱向延伸的表面442，該表面442限定第一邊緣444和第二邊緣446。進(jìn)氣口448可設(shè)置在第一邊緣444，并且出氣口450可設(shè)置在第二邊緣446。可以理解，進(jìn)氣口448和出氣口450可位于在陰極流場240上的任何其他位置或者結(jié)構(gòu)。進(jìn)氣口448和出氣口450可包括部分地或全部地延伸穿過陰極流場240的厚度的孔。進(jìn)氣口448可經(jīng)配置以接收反應(yīng)氣體（例如，燃料、氧氣或空氣），并且出氣口450可經(jīng)配置以從陰極流場240排除耗盡的氣體。

如圖所示，陰極流場240可包括多個(gè)進(jìn)氣（或第一）通道460和多個(gè)出氣（或第二）通道470。進(jìn)氣通道460和出氣通道470可以是沖壓的或者形成在陰極流場240中。多個(gè)進(jìn)氣通道460和多個(gè)出氣通道470對(duì)流體流動(dòng)可以大體上無障礙，以允許反應(yīng)氣體的改進(jìn)的分布。雖然圖3中描述了四個(gè)進(jìn)氣通道和四個(gè)出氣通道，但可以理解，可提供更多或更少數(shù)量的進(jìn)氣通道和/或出氣通道。

多個(gè)進(jìn)氣通道460可形成在陰極流場240的結(jié)構(gòu)內(nèi)或在陰極流場240的表面442上，并且從第一邊緣444（例如，陰極流場240的近端）延伸至第二邊緣446（例如，陰極流場240的遠(yuǎn)端）。多個(gè)出氣通道470也可形成在陰極流場240的表面442內(nèi)，并且從第二邊緣446（例如，陰極流場240的遠(yuǎn)端）延伸至第一邊緣444（例如，陰極流場240的近端）。例如，表面442可以是陰極流場240面向MEA 230的表面?？梢岳斫猓ǖ揽尚纬稍谂c陰極流場240有關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)或表面上。在示例性的實(shí)施例中，多個(gè)進(jìn)氣通道460可與多個(gè)出氣通道470平行，多個(gè)出氣通道470各自設(shè)置在相鄰的進(jìn)氣通道460之間。進(jìn)氣通道460和出氣通道470的其他設(shè)置是可預(yù)期的。

多個(gè)進(jìn)氣通道260各自可具有第一近端460a，該第一近端460a設(shè)置在第一邊緣444、相鄰第一邊緣444或靠近第一邊緣444。第一近端460a可與進(jìn)氣口448流體連通以接收反應(yīng)氣體。在示例性的實(shí)施例中，進(jìn)氣通道460的第一近端460a可以是與彼此和進(jìn)氣口448流體連通的“開口端”，以便形成在多個(gè)進(jìn)氣通道460之間的流體通路。利用該設(shè)置，來自于進(jìn)氣口448的反應(yīng)氣體的流動(dòng)可均勻地分布穿過多個(gè)進(jìn)氣通道460。

多個(gè)進(jìn)氣通道460各自在陰極流場240內(nèi)可在第一遠(yuǎn)端460b終止。在一些實(shí)施例中，第一遠(yuǎn)端460b可設(shè)置在第一邊緣444和多個(gè)出氣通道470的遠(yuǎn)端之間。第一遠(yuǎn)端460b可以是不與出氣口450直接流體連接的“終端（dead-end）”或“閉合端”。利用該設(shè)置，可促使分布在每個(gè)進(jìn)氣通道460中的反應(yīng)氣體穿過多孔金屬結(jié)構(gòu)，擴(kuò)散至相鄰的出氣通道470。在一些實(shí)施例中，多個(gè)微型通道480可形成在陰極流場240中的分隔相鄰的進(jìn)氣通道460和出氣通道470的部分中。微型通道480可沿著分隔部分的整個(gè)長度或僅一部分形成。微型通道480可流體地連接進(jìn)氣通道460和出氣通道470。微型通道480可經(jīng)配置以將反應(yīng)氣體的流動(dòng)從進(jìn)氣通道460引導(dǎo)至相鄰的出氣通道470。微型通道480可以這樣的形式構(gòu)造尺寸和間隔，以向大多數(shù)的催化劑位置提供氧可用性，否則所述催化劑位置將另外由分隔進(jìn)氣通道460和出氣通道470的陰極流場240多孔結(jié)構(gòu)的部分遮蔽。

多個(gè)進(jìn)氣通道460可沿著流動(dòng)的方向（例如，長度尺寸）大體上延伸穿過陰極流場240。在一些實(shí)施例中，進(jìn)氣通道460可具有范圍在90mm至150mm的長度。此外，多個(gè)進(jìn)氣通道460橫跨陰極流場240的尺寸（例如，寬度尺寸）可均勻地分布，該尺寸橫向于流動(dòng)的方向。多個(gè)進(jìn)氣通道460可具有任何適當(dāng)?shù)膶挾?、橫截面面積、深度、形狀和/或配置，以（例如）沿著多個(gè)進(jìn)氣通道460各自的長度分布在進(jìn)氣口448接收的反應(yīng)氣體。在一些實(shí)施例中，進(jìn)氣通道460可具有范圍在0.1mm至1.5mm的寬度?？深A(yù)期地，在某些實(shí)施例中，多個(gè)進(jìn)氣通道可具有不同的形狀和/或橫截面面積。

多個(gè)出氣通道470各自可包括第二遠(yuǎn)端470a，該第二遠(yuǎn)端470a設(shè)置在第二邊緣446、相鄰第二邊緣446或靠近第二邊緣446，并且與出氣口450連通。第二遠(yuǎn)端470a可與出氣口450流體連通，以從陰極流場240排出反應(yīng)氣體。在示例性的實(shí)施例中，多個(gè)出氣通道470的第二遠(yuǎn)端470a可以是與彼此以及出氣口450流體連通的“開口端”，以便形成流體通路以從多個(gè)出氣通道470均勻地排除氣體。

多個(gè)出氣通道470各自可從第二遠(yuǎn)端470a向第一邊緣444延伸，并且在陰極流場240內(nèi)在第二近端470b終止。在一些實(shí)施例中，第二近端470b可設(shè)置在第二邊緣446和多個(gè)進(jìn)氣通道460的第一近端460a之間。第二近端470b可以是不與進(jìn)氣口448直接流體連通的“終端”或“閉合端”。利用該設(shè)置，至少在第二近端470b和第二遠(yuǎn)端470a之間，出氣通道470可從相鄰的進(jìn)氣通道460接收反應(yīng)氣體。

多個(gè)出氣通道470也可大體上延伸穿過陰極流場240（例如，長度尺寸）。在一些實(shí)施例中，出氣通道470可具有范圍在90mm至150mm的長度。此外，多個(gè)出氣通道470橫跨陰極流場240的尺寸（例如，寬度尺寸）可均勻地分布，該尺寸橫向于流動(dòng)的方向。多個(gè)出氣通道470可具有任何適當(dāng)?shù)膶挾?、橫截面面積、深度、形狀和/或配置，以（例如）引導(dǎo)反應(yīng)氣體，該反應(yīng)氣體從進(jìn)氣通道460穿過多孔金屬結(jié)構(gòu)，擴(kuò)散進(jìn)入出氣通道470，朝向出氣口450。在一些實(shí)施例中，出氣通道470可具有范圍在0.3mm至1.5mm的寬度?？深A(yù)期地，在某些實(shí)施例中，多個(gè)出氣通道470可具有不同的形狀和/或橫截面面積。此外，可預(yù)期地，與多個(gè)進(jìn)氣通道相比，多個(gè)出氣通道470可具有相同的或不同的形狀和/或橫截面面積。

在電化學(xué)電池200的操作期間，反應(yīng)氣體可穿過進(jìn)氣口448供應(yīng)至陰極流場240。反應(yīng)氣體可從進(jìn)氣口448穿過多孔金屬結(jié)構(gòu)，擴(kuò)散進(jìn)入多個(gè)進(jìn)氣通道460。尤其是，反應(yīng)氣體可流動(dòng)進(jìn)入多個(gè)進(jìn)氣通道460各自的第一近端460a，并且沿著在第一近端460a和第一遠(yuǎn)端460b之間的每個(gè)進(jìn)氣通道460的長度分布。

第一遠(yuǎn)端460b可以是終端或閉合端，該終端或閉合端可促使沿著多個(gè)進(jìn)氣通道460各自的長度分布的反應(yīng)氣體流動(dòng)穿過（例如，擴(kuò)散）金屬多孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)入相鄰的出氣通道470。這導(dǎo)致反應(yīng)氣體朝向催化劑的強(qiáng)制對(duì)流，以及反應(yīng)氣體相對(duì)較大的暴露于催化劑。在一些實(shí)施例中，無論擴(kuò)散與否，反應(yīng)氣體可從進(jìn)氣口460流動(dòng)穿過微型通道480至出氣通道470。

當(dāng)反應(yīng)氣體進(jìn)入相鄰的出氣通道470，反應(yīng)氣體可流動(dòng)遠(yuǎn)離第二近端470b，并且朝向第二遠(yuǎn)端470a，以沿著出氣通道470各自的長度分布。然后反應(yīng)氣體可從第二遠(yuǎn)端470a流動(dòng)穿過出氣口450，以從陰極流場240排除。

本發(fā)明可呈現(xiàn)許多益處。例如，所公開的陰極流場的進(jìn)氣通道和出氣通道提供了反應(yīng)氣體可流動(dòng)穿過的較大的橫截面面積，相對(duì)于其他的多孔金屬流場結(jié)構(gòu)，其可減少穿過多孔金屬流場的壓降。除了進(jìn)氣通道和出氣通道，所公開的陰極流場的微型通道也可提供增大的橫截面面積，穿過該橫截面面積，反應(yīng)氣體可在進(jìn)氣通道和出氣通道之間流動(dòng)，其可進(jìn)一步地減少穿過多孔金屬流場的壓降。這可減少使反應(yīng)氣體加壓所需要的能量總量（即，減少風(fēng)機(jī)功率），其反過來可改進(jìn)燃料堆的整體性能和效率（例如，改進(jìn)功率密度并且減少寄生負(fù)載）。此外，相對(duì)于無通道的其他的多孔流場結(jié)構(gòu)，所公開的陰極流場可減少反應(yīng)氣體需要在多孔金屬流場內(nèi)經(jīng)過的流動(dòng)長度。這可允許進(jìn)入的流動(dòng)保持富氧，直到該流動(dòng)被引導(dǎo)穿過多孔主體，從而改進(jìn)電池氧分布。通過這樣做，所公開的陰極流場可導(dǎo)致更好的催化劑利用率以及可能更高的電流密度。

在一些額外的和/或替代的實(shí)施例中，可預(yù)期地，多個(gè)進(jìn)氣通道460和多個(gè)出氣通道470可形成在雙極板210、220中，并且連同三維多孔金屬流場使用。這樣的設(shè)置可導(dǎo)致如上文所述的相似的功能，但將導(dǎo)致較厚的電池，可能降低燃料堆的整體功率密度。

從本文的說明書以及發(fā)明的實(shí)踐考慮，本發(fā)明的其他的實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。這意味著說明書和示例被視為僅是示例性的，本發(fā)明的真實(shí)的范圍和精神通過下述的權(quán)利要求書表明。