[發(fā)明專利]一種燃料電池用風冷一體化雙極板

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210592538.7
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103915631B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高勇;鄭勤勇
• 申請（專利權(quán)）人: 上海恒勁動力科技有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M8/04014
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31225
• 代理人: 趙志遠,蔣亮珠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種燃料電池用風冷一體化雙極板。

背景技術(shù)

燃料電池是一種將氫和氧的化學能通過電極反應直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。燃料電池通常由多個電池單元構(gòu)成，每個電池單元包括兩個電極(陽極和陰極)，該兩個電極被電解質(zhì)元件隔開，并且彼此串聯(lián)地組裝，形成燃料電池堆。通過給每個電極供給適當?shù)姆磻铮唇o一個電極供給燃料而另一個供給氧化劑，實現(xiàn)電化學反應，從而在電極之間形成電位差，并且因此產(chǎn)生電能。

為了給每個電極供給反應物，使用通常稱為“雙極板”并且設(shè)置在每個單個電池的兩側(cè)的特定界面元件。這些雙極板通常是鄰近陽極或陰極支撐體放置的單個元件的形式。雙極板是燃料電池組的重要元件。燃料電池堆在運行過程中，雙極板執(zhí)行如下功能以維持燃料電池堆的最佳工作狀態(tài)以及使用壽命：(1)電池導電體，極板兩側(cè)分別形成陰極陽極，將一個個電池單元串聯(lián)以組成燃料電池堆；(2)通過流道向電極提供反應氣(傳質(zhì))；(3)協(xié)調(diào)水與熱的管理，防止冷卻介質(zhì)及反應氣體外漏；(4)向膜電極組件(MEA)提供結(jié)構(gòu)強度支持。

雙極板不但需要提供反應物的流道，還需要排出反應后生成水與熱量，避免因熱量蓄積而造成燃料電池的不能工作和壽命的縮短。為此，一般的設(shè)計方案是在陰極板背面設(shè)置導流槽作為冷卻介質(zhì)流道，通過冷卻介質(zhì)流道中高速氣流帶走反應產(chǎn)生的熱。但是這種冷卻流道受導流板大小的限制。尤其是對風冷型燃料電池，如CN202308177U，該專利通過在陰極板和陽極板上設(shè)有多條冷卻風流道，加快電堆散熱速度。該類技術(shù)的缺點在于，因為冷卻通道直接設(shè)在陰、陽極板板上，一旦板的尺寸確定，就不能根據(jù)電池的大小來調(diào)整散熱面積，常常由于散熱面積有限，散熱效果差，造成燃料電池產(chǎn)生的熱量不能全部散掉，從而影響燃料電池的性能，或者增加冷卻風扇的風量來達到散熱的目的，但是這樣又增加了額外的功耗。另外，雙極板材料昂貴，如果直接在雙極板背面設(shè)冷卻流道，增加了制作難度，同時導致雙極板板體變厚，進一步增加材料成本。

另一種設(shè)計方式是將氧化劑直接充當冷卻劑，因此雙極板上的氧化劑流道同時充當冷卻劑流道。如CN1996647A，該專利將陰極流場板的氧化劑分配管道設(shè)計為開放性溝槽。該類技術(shù)的缺點在于，冷卻所需流量與氧化劑所需流量并不一致，且直接采用開放式流道供氧化劑，對空氣要求極高，適用環(huán)境極少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種散熱效果好、可靠性高的燃料電池用風冷一體化雙極板。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種燃料電池用風冷一體化雙極板，包括陰極板和陽極板，陰極板和陽極板上設(shè)有燃料進出流體孔和氧化劑進出流體孔，其特征在于，所述的陰極板和陽極板之間設(shè)有至少一層散熱片，該散熱片上設(shè)有流體通道，該流體通道的進出口暴露于空氣中呈開路狀態(tài)，冷卻空氣流經(jīng)流體通道對雙極板進行散熱。

所述的散熱片根據(jù)需要的散熱面積設(shè)置多層，各層散熱片上下疊加。

所述的散熱片設(shè)有1-10層，冷卻流體分別從各層散熱片一端流入，另一端流出。

所述的散熱片的材料為金屬材料。

所述的散熱片上流體通道由單排的多個平行連通槽組成，或雙排上下相對的多個平行凹槽組成，或雙排上下交錯的多個平行凹槽組成。

所述的連通槽或凹槽的截面形狀為矩形、梯形、半圓形、圓形、五角星形或多邊形。

所述的散熱片與陽極板和陰極板之間注塑成一整體。

所述的散熱片與散熱片之間、散熱片與陽極板和陰極板之間粘合成一整體。

所述的散熱片上開設(shè)有氧化劑進出口和燃料進出口。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1.本發(fā)明散熱片可以根據(jù)需要上下疊加多層，以滿足不同的散熱需求，因而不受雙極板面積的限制，能有效控制燃料電池的溫度，從而提高了燃料電池的性能和壽命。

2.散熱片具有單獨性，與雙極板分開制作，降低了傳統(tǒng)雙極板背面沖壓冷卻流道面臨的工藝難度高和加工時間長。

3.散熱片形狀設(shè)計靈活，流體通道可以由散熱板沖壓形成串聯(lián)的通孔，或者在散熱板上打孔，孔的大小和形狀可以任意調(diào)整，操作靈活。

4.采用鋁合金等散熱好的材料，可以有效提高散熱能力。

5.雙極板可以通過注塑或者粘接做成整體，即一體化設(shè)置，大大提高電堆安裝的可靠性。

6.本發(fā)明為開放式風冷散熱設(shè)計，采用兩進兩出四孔的雙極板結(jié)構(gòu)，大大提高了電堆的密封性能，同時省略了冷卻流體所需的管路結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)。