CN1493092A - 用于质子交换膜燃料电池组的压制双极板 - Google Patents

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Abstract

一种用于质子交换膜燃料电池的双极板之间，其具有形成在其一侧上的蛇形流场和形成在其另一侧上的交叉流场(20i)，使得单个板构件可用作相邻燃料电池的阳极电流收集器和阴极电流收集器。双极板组件还包括交错的密封结构以便将气相反应物引导流过燃料电池，使得密封厚度最大，同时相邻燃料电池之间的重复距离最小。

Description

用于质子交换膜燃料电池组的压制双极板
技术领域
本发明涉及PEM燃料电池，本发明尤其涉及在燃料电池组中分开相邻燃料电池的双极板。
背景技术
已经提出将燃料电池用作许多应用的电源。一种这样的燃料电池是质子交换膜或PEM燃料电池。PEM燃料电池在本领域公知并在其每个电池中包括所谓的“薄膜电极组件”或EMA，该组件包括薄的传导质子的聚会薄膜电解质，该电解质具有形成在其一个表面上的阳极和形成在其相对表面上的阴极。这种薄膜电解质在本领域公知并描述在例如美国专利No.5,272,017和3,134,697中以及Journal of Power Sources的第29卷(1990)第367～387页中。
通常，这种薄膜电解质由离子交换树脂制成并通常包括从E.I.DuPont de Nemeours & Co.得到的例如NAFION3的全氟磺酸聚合物。另一方面，阳极和阴极膜通常包括(1)细碎的碳颗粒、支承在碳颗粒的内外表面上的非常细碎的催化剂颗粒和与催化剂和碳颗粒混合的例如NAFION3的传导质子的材料，或者(2)分布在聚四氟乙烯(PTFE)粘合剂中的无碳的催化剂颗粒。一种这样的MEA和燃料电池描述在1993年12月21日受权并转让给本发明的受让人的美国专利No.5,272,017中。
MEA夹在多孔可透气的传导材料之间，该材料压靠MEA的阳极和阴极表面并用作(1)对于阳极和阴极的一次电流收集器，以及(2)MEA的机械支承。这种适当的一次电流收集器片包括如本领域所公知的碳或石墨纸或织物、精细金属筛网和类似物。此组件在这里称为MEA/一次电流收集器组件。
MEA/一次电流收集器组件在一对用作二次电流收集器的非多孔导电板或金属片之间受压，该二次电流收集器用于收集来自一次电流收集器的电流并在该电池组的相邻电池内部之间(在双极板的情况下)以及该电池组的电池外部的端部上(在单极板的情况下)传导电流。二次电流收集板包括在该阳极和阴极的表面上分配气相反应物(例如H2和O2/空气)的流场。这些流场通常包括多个与一次电流收集器接合的接合区并在其间限定多个流道，气相反应物通过该流道在该流道一端上的供应总管和该流道的另一端上的出口总管之间流动。
传统上，这些金属板具有限定该流道的特定几何形状的单个功能流场。通常公知的流场限定蛇形流道，该流道在经过多个发夹形转弯和之字形之后将供应和出口总管连接起来。因此蛇形流道限定虽然曲折但连续的流路。另一公知的流场限定交叉的流道，其中多个流道从该供应总管向该出口总管延伸，但中止于终端，该流道在多个从该出口总管向供应总管延伸但中止于终端的流道之间交叉。与蛇形流道相比，这些交叉的流道限定不连续流路，使得当气相反应物横过通过多孔的一次电流收集器的相邻流道之间的接合区时可以实现该供应总管和出口总管之间的流动。
传统上，双极板由组装一对金属板形成，使得功能流场形成在双极板之间的每侧上。间隔件经常间置在金属片之间以便限定一个内部容积，从而使得冷却剂流动通过双极板组件。一个这样的双极板组件描述在1998年7月7日受权并转让给本发明的受让人的美国专利No.5,776,624中。
发明内容
本发明针对一种具有单个金属片的压制双极板，该金属片在其相对侧上限定功能流场。该金属片结合孔口配置，该配置当与交错的密封结构结合时将气相燃料流引导到该板的一侧并将气相氧化剂流引导到该板的另一侧。
本发明包括由单个金属片形成的双极板，其在该板的一侧具有蛇形流场，并在该板的另一侧具有交叉流场。该成形的金属片保持总体一致的壁厚以便制成单片未冷却的双极板。一对双极板可与其间的间隔件一起层压以便制成带有内部冷却通道的双极板。
本发明流场几何形状使得在该板与多孔的一次电流收集器接触的大多数区域上产生压差，从而与传统双极板组件相比产生更高的性能。
本发明还结合交错的密封结构，该结构与通道孔口几何结构结合将气相反应物输送到每个电池，而不需要另外的部分或部件承载密封负荷。
附图说明
本发明将在以下结合附图给出的特定实施例的详细描述中得以更好的理解，附图中：
图1是PEM燃料电池组的示意分解立体图；
图2是燃料电池组中的MEA和双极板的示意分解立体图；
图3是图2所示双极板的上表面上具有蛇形流场的部分的立体图；
图4是图2所示双极板顶部的平面图；
图5是图2所示双极板的下表面上具有交叉流场的部分的立体图；
图6是图2所示双极板底部的平面图；
图7是表示反应物气流方向的燃料电池组的双极板和多孔的一次电流收集器的截面图；
图8是在燃料电池组中包括未冷却电池和冷却电池的一对燃料电池的分解立体图；
图9是图8所示燃料电池组的平面图；
图10是沿图9的线X-X截取并表示阳极孔口的截面图；
图11是沿图9的线XI-XI截取并表示阳极孔口的截面图；
图12是沿图9的线XII-XII截取并表示阴极孔口的截面图；
图13是沿图9的线XIII-XIII截取并表示阴极孔口的截面图；以及
图14是沿线XIV-XIV截取并表示冷却剂孔口的截面图；
具体实施方式
图1示意表示局部PEM燃料电池组，该电池组具有一对通过非多孔的导电双极板12分开的薄膜电极组件(MEA)8和10。每个MEA8、10具有阴极表面8c、10c和阳极表面8a、10a。MEA8和10和双极板12在非多孔的导电液体冷却的双极板14和16之间叠置在一起。每个双极板12、14和16包括流场18、20和22，该流场具有多个形成在该板的表面上以便将燃料和氧化剂气体(即H2&O2)分配到MEA8和10的反应表面上的流道。非导电的垫圈或密封件26、28、30和32在燃料电池组的多个板之间提供密封和电绝缘。多孔透气的导电片34、36、38和40压靠MEA8和10的电极表面并用作该电极的一次电流收集器。一次电流收集器34、36、38和40还特别在MEA在流场中未受到支承的位置上为MEA8和10提供支承。适合的一次电流收集器包括传导来自电极的电流并使得气体通过其中的碳/石墨纸/织物、精细贵重金属筛网、开室贵重金属泡沫和类似物。
双极板14和16在MEA8的阴极表面8c上压靠一次电流收集器34并在MEA10的阳极表面10a上压靠一次电流收集器40，同时双极板12在MEA8的阳极表面8a上压靠一次电流收集器36并在MEA10的阴极表面10c上压靠一次电流收集器38。例如氧或空气的氧化剂气体从存储罐46通过适当的供应管路42供应到燃料电池组的阴极侧上。类似地，例如氢的燃料从存储罐48通过适当的供应管路48供应到燃料电池组的阳极侧上。在优选实施例中，氧气罐46可去掉，并且从环境供应空气到阴极侧。同样，氢气罐48可去掉，并且氢气从通过甲醇或液态碳氢化合物(例如汽油)产生氢气的转化炉供应到阳极侧。用于MEA的H2和O2/空气侧的出口管路(未示出)同样设置用于从阳极流场中去除耗尽H2的阳极气体并从阴极流场中去除耗尽O2的阴极气体。如果需要，冷却剂管路50和52设置用于将流体冷却剂供应到双极板14和16并从中排出。
图2表示在燃料电池中以叠置关系布置的双极板12、一次电流收集器38、MEA10和一次电流收集器40的分解视图。双极板16位于第二一次收集器40之下(如图1所示)以便形成燃料电池。另一组一次电流收集器34和36、MEA8和双极板14位于双极板12(如图1所示)之上以便形成另一燃料电池。
双极板12是单板构件，其具有形成其中的流场20并尽可能制成很薄(例如大约0.002～0.02英寸厚)。优选的是，双极板12、14和16是最好由不锈钢制成的金属片，其可通过压制、光刻(即通过光刻掩模)或用于成形板材的任何其他传统工艺形成。本领域技术人员将理解到其他适合的材料和制造工艺可用来形成该双极板。
参考图2～7，形成双极板12使得流场20的几何形状在其第一侧面上形成功能蛇形流场20s并在其另一侧面上形成功能交叉流场20i。更特别是，形成双极板12以便提供反应物流体流场，该流场的特征在于多个接合区54s、54j，该接合区限定多个流道56s、56j，反应物气体从该流道从双极板12的入口板边沿58流到其出口板边沿60。双极板12上的流动方向通常是从入口板边沿58通过流场20到出口板边沿60。多个供应总管开口62靠近入口板边沿58的外边缘形成。多个入口孔口64形成在供应总管开口62和流场20之间的入口板边沿58内。类似地，多个出口总管开口66靠近出口板边沿60的外边缘形成。多个出口孔口68形成在出口总管开口66和流场20之间的出口板边沿60内。在描述总管开口62和66以及孔口64和68的同时，本领域技术人员将理解到每个这样的开口或孔口用来将例如燃料或氧化剂或冷却剂的特定流体输送通过该燃料电池组。当燃料电池完全组装时，接合区54s、54i压靠一次电流收集器38和40，该收集器继而压靠MEA10。在操作时，由MEA产生的电流从一次电流收集器38和40流过接合区54s、54i并因此通过该燃料电池组。反应物气体从供应总管开口62通过入口孔口64通过流道56供应到流道56s、56i并通过出口孔口68从出口总管开口66排出。
现在参考图3、4和7，蛇形流场20s将更加详细进行描述。蛇形流场20s包括提供进入流道56s的流体连通的入口输送端70，流道56s横过双极板12的宽度并中止于出口输送端72。流道56s由具有多个在双极板12上横向延伸的中间腿部76的第一蛇形路径74和具有多个在双极板12上横向延伸的中间腿部80的第二蛇形路径78限定。每个第一和第二蛇形路径74、80横过大约双极板12的一半的宽度并由跨接腿部82流体连接。如图4清楚所示，相邻的内部蛇形流道56s由共用入口输送端70供应并共用出口输送端72。因此，相邻流道的入口腿部在入口输送端70处相互连接，并且相邻流道的出口腿部在出口输送端72处相互连接。有效的是，每个流道与下一个相邻的流道呈镜像。在蛇形流道56s中流动的反应物气体可同样流动通过一次电流收集器36到达相邻的流道56s，如图7所示。
现在参考图5～7，现在将说明交叉流场20i。形成在双极板12的蛇形侧20s上的流道56s限定相对侧上的接合区54i，同样双极板12的蛇形侧20s上的接合区54s限定其相对侧上的流道56i。如图6清楚所示，交叉流场20i包括提供进入流道56i的流体连通的入口输送端84，交叉流道56i横过双极板12的宽度并中止于出口输送端86。如同蛇形流道56s，流道56i分成具有多个与入口输送端84流体连通的中间腿部90和多个与出口输送端86流体连通的中间腿部92并横过大约双极板12的第一半部的第一交叉流路88和具有多个与入口输送端84流体连通的中间腿部96和多个与出口输送端86流体连通的中间腿部98并横过大约双极板12的第二半部的第二交叉流路94。从入口输送端84在交叉流路88、94中流动的反应物气体必须通过一次电流收集器40越过接合区54i之上以便通过出口输送端86排出，如图7所示。
现在参考图8，其表示具有未冷却燃料电池102u和冷却燃料电池102c的PEM燃料电池组100的局部分解立体图。未冷却燃料电池102u包括以叠置关系布置的MEA/电流导体组件106、密封件108、双极板110和密封件112。冷却燃料电池102c包括以叠置关系布置的MEA/电流导体组件114、密封件116、双极板118、间隔件120、双极板122和密封件124。本领域技术人员将理解到在PEM燃料电池组100表示成具有一个未冷却燃料电池102u和一个冷却燃料电池102c的同时，电池组中冷却电池和未冷却电池的比例可以根据电池组的操作特性改变。本发明可以考虑如下任何比例(例如1、1/2、α、1/4等)。另外，本发明同样可以考虑使用反应物空气来冷却的空气冷却电池组(即具有比例Φ)。
双极板110、118、122具有限定所述在其上表面形成的蛇形流道和在其下表面形成的交叉流道的流场126。一系列矩形供应总管开口128(氧化剂)、130(燃料)和132(冷却剂)通过双极板110、118和120形成以便分别将来自管路42(氧化剂)、44(燃料)和50(冷却剂)的反应物(即氧化剂和燃料)和冷却剂输送通过该燃料电池。在此方面，双极板110、118和122以叠置方式布置使得开口128、130和132对齐以便通过该电池组形成轴向流体供应通道。双极板110、118和122同样具有形成其中的孔口134、136和138以便从供应总管开口128、130和132引导反应物和冷却剂到适当流场126中。
本发明使用交错密封结构，该结构形成从该总管开口通过该孔口到流场的流体流路。特别是，密封件108、112、116和124以及间隔件120的构形根据在其中的流动的流体限定这种流体连通。
现在参考图8到图14，将更详细地描述本发明的交错密封结构。在燃料流过冷却电池102c的情况下，反应物燃料气体从双极板118之下的供应总管开口130通过双极板118之上的阳极孔口136通过阶梯形密封结构输送到MEA114的阳极侧上。更特别是，间隔件120具有形成其中的开口140，其包括围绕形成在双极板118上的阳极孔口136的流体流路142。位于双极板118的与间隔件120相对侧上的密封件116包括围绕形成在双极板118上的阳极孔口136并中止于入口腿部146的流体流路144。对于形成在密封件112中的开口148内的未冷却燃料电池102u形成的类似的流体流路具有从中延伸的流体流路150，使得密封件112围绕形成在双极板110内的阳极孔口136。位于双极板110的相对侧上的密封件108具有从其内周边延伸以便围绕形成在双极板110内的阳极孔口136的流体流路152并中止于入口腿部154。
现在特别参考图10，说明到MEA114的阳极流体流路。燃料沿由双极板118、间隔件120和的双极板122限定的流体流路142，通过阳极孔口136以及沿由MEA114、密封件116和双极板118限定的流体流路144流过供应总管开口130。类似地，参考图11，说明到MEA106的阳极流体流路。燃料沿由双极板110、密封件112、116和双极板118限定的流体流路150，通过形成在双极板110内的阳极孔口136并接着沿由MEA106、密封件108和双极板110限定的流体流路152流过供应总管开口136。在每种情况下，阳极流体流路将燃料从燃料供应引导到MEA106和114的阳极表面上。
在氧化剂流过冷却电池102c的情况下，反应物氧化剂气体从双极板110之上的供应总管开口128通过双极板110之下的阴极孔口134通过阶梯形密封结构供应到MEA114的阴极侧。更特别是，密封件105、108具有形成其中的开口156，该开口包括围绕形成在双极板110中的阴极孔口134的流体流路158。位于双极板110的与密封件108相对侧上的密封件112包括同样围绕形成在双极板110中的阴极孔口134并中止于入口腿部154的流体流路160。对于冷却燃料电池102c形成的类似的流体流路由交错的密封结构限定。
现在特别参考图12，说明到MEA114的阴极流体流路。氧化剂沿由双极板104、密封件105、108和双极板110限定的流体流路158，通过阴极孔口134并接着沿由双极板110、密封件112和MEA114限定的流体流路160流过供应总管开口128。类似地，参考图13，氧化剂通过阴极孔口134的双极板104之上的供应总管开口128并沿由双极板104、密封件105和MEA106限定的流体流路162流过供应总管开口128。
在冷却剂流过冷却电池102c的情况下，冷却剂从双极板110和118之间的供应总管开口132通过双极板118之下的冷却剂孔口138通过阶梯形密封结构输送。更特别是，密封件112、116具有形成其中的开口164，该开口包括围绕形成在双极板118中的冷却剂孔口138的流体流路160。位于双极板118的相对侧上的间隔件120包括同样围绕形成在双极板118中的冷却剂孔口138并中止于内部冷却容积170的流体流路168。
现在参考图14，说明到冷却燃料电池102c的冷却剂流体流路。冷却剂沿由双极板110、密封件112、116和双极板118限定的流体流路166，通过冷却剂孔口138并接着沿由双极板118、间隔件120和双极板122限定的流体流路168流过供应总管开口128进入限定在形成在双极板118和双极板122上的流场之间的内部冷却剂容积170。
已经详细描述了进入燃料电池组100的供应或入口的流体。本领域技术人员将理解到本发明的交错密封结构结合了燃料电池组100的出口侧上的类似交错密封结构以便从该燃料电池组排出气相反应物和冷却剂。因此，通过使用所述的阶梯形密封配置，本发明能够有效地将气相反应物和冷却剂输送到燃料电池组100中并从中排出。
在本发明已经通过使用布置在MEA的任一侧上的密封件进行说明的同时，本领域的技术人员将理解到可在此配置中采用单个密封件进行代替而不偏离本发明的精神和范围。另外，在本发明通过使用该燃料电池阳极侧上的蛇形流场和燃料电池的阴极侧上的交叉流场进行说明的同时，本领域技术人员将理解到如特定应用所确定的那样交叉流场对于使用在燃料电池阳极侧上具有一定用途，同样蛇形流场对于使用在燃料电池阴极侧上具有一定用途。因此，在本发明以多种优选实施例进行披露的同时，本发明不打算局限其中，而通过此后提出的权利要求限定其范围。

Claims (20)

1.一种用于质子交换膜燃料电池的双极板组件，其包括：
双极板，该双极板具有多个在其中形成的接合区以便在所述双极板的一侧上限定蛇形流场并在所述双极板的第二侧上限定交叉流场，具有第一总管开口通过其中的板边沿，在所述第一总管开口和所述蛇形流场之间形成的第一孔口，通过其中形成的第二总管开口以及在所述第二总管开口和所述交叉流场之间形成的第二孔口；
第一密封件，该密封件布置在所述双极板的所述第一侧上并具有形成其中以便在所述第一总管和所述第一孔口之间限定第一流体流路的第一通道和形成其中以便在所述第二孔口和所述蛇形流场之间限定第二流体流路的第二通道；以及
第二密封件，该密封件布置在所述双极板的所述第二侧上并具有形成其中以便限定从所述第二总管到所述第二孔口的第三流体流路的第三通道和形成其中以便限定从所述第一孔口到所述交叉流场的第四流体流路的第四通道。
2.如权利要求1所述的双极板组件，其特征在于，所述第一密封件的第一通道围绕所述第一总管开口和所述第一孔口，并且所述第二密封件的第三通道围绕所述第二总管开口和所述第二孔口。
3.如权利要求2所述的双极板组件，其特征在于，所述第一密封件在所述第一通道和所述蛇形流场之间提供液密密封，并且所述第二密封件在所述第二总管和所述第二通道之间提供液密密封。
4.如权利要求1所述的双极板组件，其特征在于，所述双极板还包括多个形成在所述双极板的所述第一侧上的总体平行的蛇形流道和多个形成在所述双极板的所述第二侧上的总体平行的交叉流道。
5.如权利要求4所述的双极板组件，其特征在于，所述双极板具有形成其中以便在所述第二通道和一对相邻蛇形流道之间提供流体连通的蛇形入口通道。
6.如权利要求1所述的双极板组件，其特征在于，所述蛇形流场还包括多个限定第一蛇形流路的第一中间腿部和多个限定第二蛇形流路的第二中间腿部，所述第一和第二蛇形流路相对于流动方向布置成端部靠着端部的结构并通过第一跨接腿部流体连接。
7.如权利要求6所述的双极板组件，其特征在于，所述蛇形流场还包括多个靠近所述第一蛇形流路限定第三蛇形流路的第三中间腿部和多个靠近所述第二蛇形流路限定第四蛇形流路的第四中间腿部，所述第三和第四蛇形流路相对于流动方向布置成端部靠着端部的结构并通过第二跨接腿部流体连接。
8.如权利要求7所述的双极板组件，其特征在于，所述双极板具有形成其中以便在所述第二通道和所述第一和第三蛇形流路之间提供流体连通的蛇形入口腿部通道。
9.一种质子交换膜燃料电池，其包括：
双极板，该双极板具有多个在其中形成的接合区以便在所述双极板的一侧上限定蛇形流场并在所述双极板的第二侧上限定交叉流场，具有第一总管开口通过其中的板边沿，在所述第一总管开口和所述蛇形流场之间形成的第一孔口，通过其中形成的第二总管开口以及在所述第二总管开口和所述交叉流场之间形成的第二孔口；
第一密封件，该密封件布置在所述双极板的所述第一侧上并具有形成其中以便在所述第一总管和所述第一孔口之间限定第一流体流路的第一通道和形成其中以便在所述第二孔口和所述蛇形流场之间限定第二流体流路的第二通道；
第二密封件，该密封件布置在所述双极板的所述第二侧上并具有形成其中以便限定从所述第二总管到所述第二孔口的第三流体流路的第三通道和形成其中以便限定从所述第一孔口到所述交叉流场的第四流体流路的第四通道。
第一薄膜电极组件，该组件包括具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面的第一质子交换薄膜，与所述第一表面接合的第一电流收集器，所述第一薄膜电极组件支承在所述第一密封件上使得所述第一电流收集器与所述蛇形流场接触；以及
第二薄膜电极组件，该组件包括具有第二表面和与所述第二表面接合的第二电流收集器的第二质子交换薄膜，第二薄膜电极组件支承在所述第二密封件上使得所述第二电流收集器与所述交叉流场接触。
10.如权利要求9所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述第一密封件的第一通道围绕所述第一总管开口和所述第一孔口，并且所述第二密封件的第三通道围绕所述第二总管开口和所述第二孔口。
11.如权利要求10所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述第一密封件在所述第一通道和所述蛇形流场之间提供液密密封，并且所述第二密封件在所述第二总管和所述第二通道之间提供液密密封。
12.如权利要求9所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述双极板还包括多个形成在所述双极板的所述第一侧上的总体平行的蛇形流道和多个形成在所述双极板的所述第二侧上的总体平行的交叉流道。
13.如权利要求12所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述双极板具有形成其中以便在所述第二通道和一对相邻的蛇形流道之间提供流体连通的蛇形入口腿部。
14.如权利要求9所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述蛇形流场还包括多个限定第一蛇形流路的第一中间腿部和多个限定第二蛇形流路的第二中间腿部，所述第一和第二蛇形流路相对于流动方向布置成端部靠着端部的结构并通过第一跨接腿部流体连接。
15.如权利要求14所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述蛇形流场还包括多个靠近所述第一蛇形流路限定第三蛇形流路的第三中间腿部和多个靠近所述第二蛇形流路限定第四蛇形流路的第四中间腿部，所述第三和第四蛇形流路相对于流动方向布置成端部靠着端部的结构并通过第二跨接腿部流体连接。
16.如权利要求15所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述双极板具有形成其中以便在所述第二通道和所述第一和第三蛇形流路之间提供流体连通的蛇形入口腿部。
17.如权利要求9所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述第一薄膜电极组件的所述第一表面是阳极表面，其中所述第二薄膜电极组件的所述第二表面是阴极表面。
18.一种质子交换膜燃料电池，其包括：
第一双极板组件，其包括：
第一板构件，该板构件具有多个在其中形成的接合区以便在所述第一板构件顶侧限定第一蛇形流场并在所述第一板构件的底侧限定第二交叉流场，具有第一总管开口通过其中形成的板边沿，在所述第一总管开口和所述蛇形流场之间形成的第一孔口，通过其中形成的第二总管开口以及在所述第二总管开口和所述交叉流场之间形成的第二孔口；
第一密封件，该密封件布置在所述第一板构件的所述顶侧上并具有形成其中以便在所述第一总管和所述第一孔口之间限定第一流体流路的第一通道和形成其中以便在所述第二孔口和所述蛇形流场之间限定第二流体流路的第二通道；
第二密封件，该密封件布置在所述第一板构件的所述底侧上并具有形成其中以便限定从所述第二总管到所述第二孔口的第三流体流路的第三通道和形成其中以便限定从所述第一孔口到所述交叉流场的第四流体流路的第四通道。
第二双极板组件，其包括：
第二板构件，该板构件具有多个在其中形成的接合区以便在所述第二板构件的顶侧限定第二蛇形流场并在所述第二板构件的底侧限定第二交叉流场，具有第三总管开口通过其中形成的第二板边沿，在所述第三总管开口和所述第二蛇形流场之间形成的第三孔口，通过其中形成的第四总管开口以及在所述第四总管开口和所述第二交叉流场之间形成的第四孔口；
第三密封件，该密封件布置在所述第二板构件的所述顶侧上并具有形成其中以便在所述第三总管开口和所述第三孔口之间限定第五流体流路的第五通道和形成其中以便在所述第四孔口和所述第二蛇形流场之间限定第六流体流路的第六通道；
第四密封件，该密封件布置在所述第二板构件的所述底侧上并具有形成其中以便限定从所述第四总管到所述第四孔口的第七流体流路的第七通道和形成其中以便限定从所述第三孔口到所述第二交叉流场的第八流体流路的第八通道。
薄膜电极组件，该组件包括具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面的质子交换薄膜，与所述第一表面接合的第一电流收集器，与所述第二表面接合的第二电流收集器，所述薄膜电极组件支承在所述第二密封件和所述第三密封件之间使得所述第一电流收集器与所述第一交叉流场接触，并且所述第二电流收集器与所述第二蛇形流场接触。
19.如权利要求18所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述质子交换构件的所述第一表面是阴极表面，并且所述质子交换构件的所述第二表面是阳极表面。
20.如权利要求18所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于，其还包括第三板构件，和间置在所述第二板构件的所述底侧和所述第三板构件的所述顶侧之间以便限定冷却剂通道的间隔件，所述第三板构件包括第三板边沿，该边沿具有通过其中形成并与所述冷却剂通道流体连通的冷却剂总管。
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