[發(fā)明專利]空氣冷卻型燃料電池堆金屬雙極板

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910183783.0
• 申請日: 2009-08-09
• 公開（公告）號: CN101630747A
• 公開（公告）日: 2010-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫佰文;釗文科;祝寶華;孟祥偉;朱帥飛;呂露;談一波
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇新源動力有限公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M4/86
• 代理公司: 宜興市天宇知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所
• 代理人: 史建群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是對質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板的改進，尤其涉及一種特別用于空氣冷卻型電堆的金屬雙極板。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池，單節(jié)工作電壓僅為0.6～0.7V，要獲得有用的電壓，必須將多節(jié)單電池串聯(lián)。連接兩相鄰單電池隔板稱為雙極板，雙極板不但需要向電堆內(nèi)電極提供反應(yīng)物和在相鄰兩電極之間傳導(dǎo)電流，而且還擔(dān)負著排出電池生成水和反應(yīng)熱的作用。良好的雙極板必須具有良好的電導(dǎo)率(≥10scm^-1)、導(dǎo)熱系數(shù)(≥20Wcm^-1K^-1)和氣密性(＜10^-4mbarcm³s^-1cm^-2)。而電池內(nèi)部為酸性環(huán)境，需要有在酸性水氣、氧氣和熱條件下的耐腐蝕性；同時，為降低電堆成本，提高功率密度，雙極板還要求材料便宜、加工成本低和體積小重量輕的特點。

目前，雙極板主要有碳/石墨雙極板、復(fù)合雙極板和金屬雙極板。金屬雙極板因具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱特性、柔韌性和易加工性，已經(jīng)受到重視和關(guān)注。與石墨和復(fù)合材料相比，金屬不存在氣密性問題，而且金屬板即使制作很薄也可以保證良好的機械強度，因而可以極大降低電堆體積和重量，同時由于金屬具有較高的熱導(dǎo)率，電堆內(nèi)部溫度梯度小，也有利于提高電堆內(nèi)部溫度的均勻性。因此利用金屬薄板例如不銹鋼板沖壓成型制備雙極板，是近年研究熱點。

然而現(xiàn)有金屬雙極板，冷卻介質(zhì)流場為多為蛇形流場，例如中國專利CN?1416184A所述。蛇形流場流體阻力降較大，空氣冷卻電堆，冷卻風(fēng)壓相對較小，流體阻力降大，則氣體流量小，冷卻效果不佳，基本不能用于空氣冷卻型電堆，所以基本都是用于以水作冷卻介質(zhì)。

中國專利CN1787261公開的沖壓金屬雙極板，雙極板正反面分別對稱設(shè)置有燃料氣體通道、氧化劑氣體通道、冷卻介質(zhì)通道以及雙極板流場區(qū)，其正反面均平行流場。中國專利CN101290994公開的金屬雙極板，其結(jié)構(gòu)為在沖有平行流場的金屬陽極單極板、金屬陰極單極板間設(shè)置有水框，水框內(nèi)填充有作為排熱的水流場拉伸金屬網(wǎng)。上述兩個專利僅利用了金屬板一側(cè)流道，冷卻劑流場需要額外添加，增加了成本，也增加了組裝電池有厚度，造成體積功率密度下降。且冷卻劑和空氣流道采用內(nèi)共用管道形式，無法應(yīng)用于風(fēng)扇冷卻和供氣的空冷型電堆。

中國專利CN1996647公開的質(zhì)子交換膜燃料電池薄金屬雙極板，雖然在陰、陽極板間省略冷卻流場，降低了組裝厚度，然而陰、陽極流場只利用了一側(cè)流道，陰極流場既作為反應(yīng)氣流道也作為冷卻氣流道，雖然可用于空氣冷卻型電堆，但由于共用流場，導(dǎo)致冷卻效果不佳。

上述不足仍有值得改進的地方。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種可以同時利用兩面流道，冷卻氣體有獨立流道，冷卻效果好的空氣冷卻型燃料電池堆金屬雙極板。

本發(fā)明目的實現(xiàn)，主要改進是利用沖壓有橫向貫通的平形流場陰極板(氧單極板)和蛇形流場或兩端匯集的縱向平行流場陽極板(氫單極板)，背對焊接或粘結(jié)組成雙極板，兩片中間通道作為冷卻氣體流道，從而在不增加厚度條件下增加了單獨冷卻介質(zhì)流道，提高了冷卻效果，因而可以適用于低風(fēng)壓的空氣冷卻型電堆，實現(xiàn)本發(fā)明目的。具體說，本發(fā)明空氣冷卻型燃料電池堆金屬雙極板，包括金屬沖壓的橫向貫通平形流場陰極板，和蛇形流場或兩端匯集平行流場陽極板，其特征在于陰、陽極板流場背向疊合，周面通過焊接或粘結(jié)密封，兩極板背合面構(gòu)成冷卻介質(zhì)通道。

本發(fā)明中

沖壓金屬板基材與現(xiàn)有技術(shù)相同，可以是不銹鋼、鈦材和鈦合金、鋁材和鋁合金等薄板。基材厚度通常在0.1-1mm左右。單極板流場深度0.1～4mm，寬度為0.1～3mm。

極板沖壓形成流場的相間凹凸寬度，可以等寬，也可以不等寬，本發(fā)明尤以采用使反應(yīng)氣流場寬度大于冷卻介質(zhì)流場寬度結(jié)構(gòu)為好，有利于提供足夠的反應(yīng)氣體。

沖壓形成的流場，其凸臺可以是連續(xù)的，也可以是間斷的。其中陰極板較好采用凸臺連續(xù)結(jié)構(gòu)的平行流場，有利于冷卻介質(zhì)的快速通過，以提高冷卻效果；陽極板較好采用凸臺間斷結(jié)構(gòu)，有利于增加封閉流道中的反應(yīng)面積。

陰極板和陽極板背向疊合，一種更好為使兩個流場極板上的流道方向正交，即陰單極板流道方向與陽單極板流道方向垂直，此結(jié)構(gòu)形成的空氣流道短，有利于冷卻空氣的快速通過，有利于提高冷卻效果。