[發明專利]一種燃料電池陰極專用的雙極板

無效

• 申請號: 201210146853.7
• 申請日: 2012-05-14
• 公開（公告）號: CN102683719A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 雷一杰;顧軍;李彤
• 申請（專利權）人: 南京大學（蘇州）高新技術研究院
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M8/02
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 夏晏平

技術領域

本發明屬于燃料電池領域，具體涉及一種燃料電池陰極專用的雙極板。

背景技術

質子交換膜燃料電池技術是將氫氣和氧氣或空氣在發生電化學反應時所產生的電能予以利用的一種清潔能源技術。由于其功率密度大、工作溫度低、電池結構簡單、對壓力變化不敏感等特點，已經在全球范圍內得到了普遍的關注，其產品也逐漸進入市場。

質子交換膜燃料電池的電解質為質子交換膜（電解質膜），目前廣泛使用的是杜邦公司生產的Nafion系列全氟磺酸膜。膜的作用是雙重的，一方面為電解質提供氫離子通道，另一方面為隔膜隔離兩極反應氣體。對膜進行離子和水傳輸性能的優化及適當的水管理，是保證電池性能的關鍵。

在隔膜的兩側，各有一層催化層。催化劑主要是由碳載鉑（Pt/C）組成，在催化層中再加入Nafion溶液，以增加質子傳導性能以及催化層與電解質的接觸性能。催化層是燃料電池氣體區域。

在催化層的兩側，各有一層氣體擴散層，主要作用是作為催化層的支撐體、電池內部的導電、氣體在電極表面的分布、反應產物的排出等。目前，擴散層的材料主要是碳紙、碳布或者金屬網。擴散層的孔隙率、疏水特性、厚度以及組分對燃料電池性能有很大的影響。擴散層的這幾個變量都是互相關聯地影響燃料電池的性能。孔隙率大有利于氣體的擴散，可是過大則氣體分布不均、容易發生堵水現象。一般來說疏水性高較好，可是過高就會使孔分布不均、加工成本過高。電解質膜、催化層和氣體擴散層共同組成膜電極（膜電極，MEA）。

在膜電極的兩側，各有一塊雙極板，其作用是電流收集和傳送、氣體分布以及熱管理。目前主要用石墨為材料，由于石墨的脆性，不能做得很薄，增加了電堆的重量和體積，其價格高、密度大。所以各研究者也在尋求石墨的替代品，比如導電塑料、不銹鋼等。在雙極板貼緊膜電極的一側刻有氣體流道，目的是使反應氣體能夠均勻分布于整個電極表面。氣體流道的形狀很多，比較常見的是蛇行流道（見美國專利號6099984）。在雙極板上還必須有氣體輸入通道，燃料電池外部反應氣體通過氣體輸入通道，均勻分流到每個單電池的雙極板；電池反應結束后，剩余的尾氣要從各自的單電池進入氣體排出通道，最終排到燃料電池外部，或者再次通過氣體輸入通道進入雙極板的流道進行循環利用而參與反應。

一般的燃料電池，必須有一個壓縮機（或空氣泵、軸流風扇、離心風機）對燃料電池的陰極提供反應所需要的氧氣（或空氣）。針對液體冷卻系統，需要一個水泵為燃料電池的冷卻提供必須的冷卻液體；而針對空氣冷卻系統，需要一個空氣壓縮機（或空氣泵、軸流風扇、離心風機）為燃料電池的冷卻提供必須的冷卻空氣。由于流體系統復雜，機械部件多而故障率高，造成電池的體積和重量都較大。

發明內容

本發明的目的是解決使用現有的雙極板時，燃料電池需要同時裝備提供反應氣體的壓縮機和冷卻介質的水泵或氣泵，提供一種即可實現傳輸反應氣體，同時又可散熱的燃料電池陰極專用雙極板。

本發明實現上述目的所采用的技術方案如下：

一種燃料電池陰極專用的雙極板，在該雙極板的一面設有氣體流道，在其背面設有散熱流道，散熱流道的開口和氣體流道的開口均設在與該面垂直的一個端面，在散熱流道的開口處和氣體流道的開口處均設有截流器，使散熱流道的開口總面積與氣體流道的開口總面積之比為（100～200）：1。

進一步，所述散熱流道為直通型、蛇型或波浪型。

進一步，所述氣體流道為直通型、蛇型或波浪型。

進一步，所述截流器為一擋板。

另一種燃料電池陰極專用的雙極板，在該雙極板的一面設有散熱流道，所述散熱流道通過雙極板上的通孔與雙極板的背面相通，使進入散熱流道的氣體一部分經通孔輸送至雙極板的背面，另一部分順著散熱流道排出。

進一步，所述背面為平面。

進一步，所述背面刻有氣體流道，氣體流道通過雙極板上的通孔與散熱流道相通。

進一步，在散熱流道的開口處設有截流器。

有益效果：

本發明采用散熱流道入口與氣體流道入口處于同一端面，或者采用由散熱流道進氣再由雙極板上的通孔向反應面供氣，從而只需要使用一臺壓縮機，即可實現向雙極板散熱面和反應面提供氣體。簡化燃料電池系統，減小電池體積和重量，增大燃料電池的體積比功率和重量比功率，并降低機械部件的故障率，降低燃料電池成本。尤其是適用于便攜質子交換膜燃料電池的雙極板流道。

附圖說明

圖1是本發明燃料電池雙極板的橫截面圖。

圖2是圖1雙極板的散熱面。