[發(fā)明專利]一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810229694.0
• 申請日: 2008-12-10
• 公開（公告）號: CN101420037A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發(fā)明（設計）人: 傅云峰;戚朋;侯中軍;徐洪峰;明平文
• 申請（專利權）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M4/86
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司
• 代理人: 高永德

技術領域

本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜燃料電池，尤其涉及質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板。

背景技術

質(zhì)子交換膜燃料電池一個單電池電壓一般在0.3-1.0V，實際應用中，是將幾十～幾百個單電池用雙極板串聯(lián)一起使用，雙極板供給單電池的燃料和氧化劑并分隔燃料和氧化劑，大功率質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板還具有冷卻裝置，冷卻劑與燃料和氧化劑也必須分隔，因此，要求雙極板具有導電性、耐蝕性和密封性。大功率質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板結構一般分為三腔，即兩個氣腔和一個冷卻腔，每個腔室都具有特殊的流場，每個腔室之間還必須分隔密封。雙極板的結構主要由流場、分隔板、密封結構組成。傳統(tǒng)雙極板是用不透性石墨材料機加工或者石墨樹脂復合材料以及金屬薄板模壓而成，這三種材料的雙極板結構基本相似，流場直接在平板上雕刻或者模壓，其中氣流場分別刻在或模壓在兩塊平板上，冷卻腔流場刻在或模壓在其中一塊或兩塊平板的另一平面上，分隔板是石墨平板中部未刻透部分或者模壓溝槽底部，密封結構分為冷卻腔和氣腔結構，將兩塊板的冷卻腔粘合或者用0型圈密封形成冷卻腔，氣流場與質(zhì)子交換膜燃料電池電極裝置MEA組合密封，形成氣腔密封，從而得到雙極板的三個互相密封的腔室，對于壁厚較厚的石墨板三腔進出口通道可以通過雕刻或者模壓得到。現(xiàn)有雙極板的不足是：雙極板的三個互相密封的腔室的流場都是分別做出的，結構煩瑣，設計較為復雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供用陰極腔板和陽極腔板粘接或者焊接成的一種金屬雙極板，兩片單極板之間形成冷卻腔，不需要單獨制作冷卻腔的流場。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，由金屬薄板制成的陰極腔單極板和陽極腔單極板組合構成，單極板的正面分別是陰、陽極腔，陰、陽極腔由單極板的中部凹凸溝槽構成的流道、兩端開設的公用氫氣通道開口、公用空氣通道開口和公用水流通道開口組成，流道由中間部分的流場流道、流場流道兩端的分配流道和與分配流道連通的進出口通道組成，分配流道的一端與流場流道連通，另一端分別與氫氣進出口通道、空氣進出口通道和水流進出口通道連通，進出口通道在陰、陽極腔單極板的兩端各有三個，分別是氫氣進出口通道、空氣進出口通道和水流進出口通道，氫氣進出口通道、空氣進出口通道和水流進出口通道分別與各自的公用通道開口相通，公用氫氣通道開口、公用空氣通道開口和公用水流通道開口之間設有密封膠線槽，單極板流道外緣沿單極板四邊設有膠線槽，密封膠線槽內(nèi)裝有密封膠圈，密封膠圈封閉的區(qū)域分別為陰、陽極腔，陰極腔單極板的背面相對，陰極腔膠線槽的背面與陽極腔膠線槽的背面相互接靠，用密封膠膜或密封膠粘接，密封組合成冷卻水腔，其特征在于所述的單極板的正、背兩面均設有凹凸溝槽構成的流道，正、背兩面的凹凸溝槽相互對應，正面的凸起是背面的凹槽，正面的凹槽是背面的凸起，正面的凹凸溝槽分別構成了陰、陽極腔的流道，背面的凹凸溝槽構成了冷卻水腔的流道；所述的雙極板的陰、陽極腔的流場流道溝槽的深度比膠線槽的深度深，二者的高差為冷卻水腔密封膠厚度的一半，所述的單極板的分配流道是轉角型流道或者傾斜式流道，陰、陽極腔分配流道溝槽的轉角或者傾斜走向相反，在冷卻水腔內(nèi)形成分配流道互相交叉，所述的陰極腔的水流進出口通道處的密封線槽和陽極腔的水流進出口通道處的密封線槽不在相同的位置，呈前后錯位設置，在冷卻水腔的水流進出口通道處形成一個水流通道腔，陰、陽極腔水流進出口通道處的膠線槽的背面墊有支撐墊片，墊片厚度與膠線槽深度一致，支撐墊片間隔設置，支撐墊片之間間隔形成水流通道，陰、陽極腔水流進出口處的膠線槽背面所墊支撐墊片大小相同，排列方向一致；在陰極腔的水流進出口通道與分配流道之間設有一條橫向凹凸溝槽，凹凸溝槽在冷卻水腔形成一條水流通道，水流通道一端通達陽極腔氫氣進出口通道，陽極腔氫氣進出口通道的背面是水流進入陽極腔側分配流道的背面流道，陽極腔側的分配流道背面形成的水腔分配流道，實現(xiàn)水流在陰極腔側的分配，通道另一端通達陰極腔側空氣進口通道；陽極腔的水流進出口通道與分配流道之間設有一條橫向凹凸溝槽，凹凸溝槽在冷卻水腔形成一條水流通道，水流通道一端通達陰極腔空氣進出口通道，陰極腔空氣進出口通道背面是水流進入陰極腔分配流道的背面流道，陰極腔側的分配流道的背面形成的水腔分配流道，實現(xiàn)水流在陽極側的分配，通道另一端通達陽極側空氣進口通道。

本發(fā)明所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于所述的金屬薄板是耐蝕不銹鋼薄板，板表面進行耐蝕和導電改性涂層處理，薄板厚度為0.10-0.30mm。