[發明專利]一種燃料電池雙極板結構

有效

• 申請號: 201510820686.3
• 申請日: 2015-11-24
• 公開（公告）號: CN105336967B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 孫毅;張偉;劉向;蔣永偉;朱榮杰
• 申請（專利權）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/10
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 賈慧琴;張靜潔

本發明公開了一種燃料電池雙極板結構，采用多個還原劑極板、多個氧化劑極板及多層膜電極組件組成上述燃料電池雙極板結構。本發明設計的雙極板結構能夠合理地利用還原劑極板、氧化劑極板形成的空腔，為冷卻劑提供了流動流場，能夠實現兩張基板組合中冷卻劑進入活性區域；同時巧妙地將冷卻劑通過冷卻劑導流流道引入導流區域流道。并且可以在很大程度上減小冷卻劑在雙極板中的流動阻力，降低系統能耗。本發明提供的燃料電池雙極板結構能夠降低雙極板重量、體積，該提高燃料電池的能力密度。

技術領域

本發明涉及能源電池領域，具體涉及一種燃料電池雙極板結構。

背景技術

質子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種把燃料中的化學能通過化學反應轉化為電能的發電裝置，具有高功率密度、低環境污染等優點，在固定電源、電動車、軍用特種電源盒可以動電源方面具有廣闊的應用前景，引起越來越多國家和企業的重視。目前，國內外均已成功地將PEMFC應用到載人的公共汽車和轎車上。

盡管目前有關PEMFC的基礎與應用研究已取得了長足進展，但離商業化仍有相當的距離，成本和壽命是關鍵制約因素。雙極板是燃料電池的核心部件之一，占整個電池重量的70%~80%和成本的45%以上，在控制整個電池的成本和重量方面起著非常重要的作用。因此，開發易于實現大規模生產的輕型、薄層雙極板對于提高電堆比功率、降低電堆成本，進而推動PEMFC商業化具有很重要的意義。

雙極板具有隔離并均勻分配反應氣體、收集并導出電流、串聯各個單電池等功能。其材料主要包括金屬材料、石墨材料和復合材料。由于石墨類材料具有良好的導電性和化學穩定性，是目前PEMFC廣泛采用的極板材料。但石墨材料脆、氣密性差、機械強度低以及加工費用高等缺點不易大規模生產，限制了其工業化應用。與石墨材料相比，金屬材料具有機械強度高、良好的導電與導熱性能，同時易于被加工成薄板，可大幅度提高電堆的比能量，使極具競爭力的雙極板材料。

雙極板由于極板材料不同，其設計也不盡相同。石墨雙極板通常是由氫板和氧板組成，冷卻水的流場是由氫板和氧板背部的流場組合形成。冷卻水的流場深度等可以根據要求采用機銑或壓模的方式加工得到。因而，冷卻水的流動阻力可以控制在較小的范圍內。采用其他耐腐蝕的薄型金屬材料時，極板加工采用沖壓的機械工藝進行。為了減少電堆重量，與石墨板相同，金屬雙極板可以采用兩張、三張或更多的金屬板組合而成。兩張金屬板的冷卻水的流場由氫板和氧板的背面組合而成，而三張或更多的金屬板組合的雙極板則是有單獨的冷卻劑極板。但三張及以上的金屬雙極板組合方式由于極板數量較多，因而極板的重量和體積較大，電堆的重量比功率比兩張極板組合方式低25%以上，體積比功率低40%左右。兩張極板組合方式較三張及以上數量極板組合方式在結構上復雜，且加工難度較大。由于金屬板采用沖壓工藝加工而成，因而極板背面不能經過二次加工形成冷卻水的流場，冷卻劑的流場和導流場由兩張極板的背面流道組成。由于金屬材料本身的限制，極板流場的槽深一般不會太深(＜0.75mm)，特別是在導流場部分。造成了燃料電池各介質的流場深度較淺，介質在各流場中的阻力加大，增加了介質在流場中的分配難度以及系統能耗。

發明內容

本發明的目的在于提供一種燃料電池雙極板結構，采用多個還原劑極板、多個氧化劑極板及多層膜電極組件組成上述燃料電池雙極板結構。本發明設計的雙極板結構能夠合理地利用還原劑極板、氧化劑極板形成的空腔，為冷卻劑提供了流動流場，能夠實現兩張基板組合中冷卻劑進入活性區域；同時巧妙地將冷卻劑通過冷卻劑導流流道引入導流區域流道。并且可以在很大程度上減小冷卻劑在雙極板中的流動阻力，降低系統能耗。本發明提供的燃料電池雙極板結構能夠降低雙極板重量、體積，該提高燃料電池的能力密度。

為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種燃料電池雙極板結構，該燃料電池雙極板結構包含：多個還原劑極板、多個氧化劑極板及多層膜電極組件；

多個所述氧化劑極板與多個所述還原劑極板間隔對稱設置；其中，每個所述氧化劑極板與對應的一個所述還原劑極板對稱匹配設置形成一對雙極板結構；