[實用新型]PEMFC及其陰極流場板、雙極板

有效

• 申請號: 201720644568.6
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN207149631U
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 余意;鐘華壽;陳駿;陳雪松
• 申請（專利權）人: 上海汽車集團股份有限公司
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/0202;H01M8/10
• 代理公司: 北京信遠達知識產權代理事務所(普通合伙)11304
• 代理人: 魏曉波

技術領域

本實用新型涉及燃料電池技術領域，特別是涉及一種PEMFC及其陰極流場板、雙極板。

背景技術

PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，質子交換膜燃料電池)是一種將原料中的化學能直接轉變成電能的化學能發電裝置，其能量轉換效率不受卡諾循環限制，電池組的發電效率可達50％以上。同時，PEMFC具有環境友好、啟動特性優良、能量轉換效率高、運行平穩、無噪聲等特征，可望在諸多領域得到應用，尤其是在汽車動力系統中使用更是得天獨厚。

其中，雙極板是PEMFC的關鍵部件之一，其約占燃料電池體積的80％、質量的70％和成本的29％。雙極板的主要功能是支撐膜電極組件、分配反應氣體、收集電流、傳導熱量和排出產物水等。

雙極板包括陽極流場板和陰極流場板，其中，陽極流場板設有若干間隔排列的燃料氣體通道，陰極流場板設有若干間隔排列的氧化劑氣體通道，供給至燃料氣體通道的氫氣與供給至氧化劑氣體通道的空氣在PEMFC中的陰極氣體擴散層發生反應并形成產物水，陰極氣體擴散層內的產物水排向氧化劑氣體通道，并在氧化劑氣體通道內的多余空氣的吹掃作用下排出氧化劑氣體通道。

然而，在實際應用中發現，現有PEMFC中陰極氣體擴散層內的產物水不易排出，易導致水淹，所謂水淹是指供給至氧化劑氣體通道的空氣不易自陰極流場板進入陰極氣體擴散層內。

實用新型內容

本實用新型要解決的問題是：現有PEMFC中陰極氣體擴散層內的產物水不易排出，易導致水淹。

為解決上述問題，本實用新型提供了一種PEMFC的陰極流場板，包括：若干間隔排列的氧化劑氣體通道，所述氧化劑氣體通道位于所述陰極流場板的第一表面；至少一個水通道，與所述第一表面在所述陰極流場板的厚度方向上存在間距，所述水通道在所述氧化劑氣體通道的排列方向上位于相鄰兩個所述氧化劑氣體通道之間；所述陰極流場板由多孔材料板制成，并適于使所述PEMFC的生成水在差動毛細效應的作用下自所述第一表面穿過所述陰極流場板進入所述水通道內。

可選地，所述陰極流場板的孔隙在自所述水通道指向所述第一表面的方向上減小。

可選地，所述水通道位于所述陰極流場板的第二表面上，所述第一表面與第二表面在所述厚度方向上背對設置。

可選地，所述氧化劑氣體通道、水通道在所述排列方向上交錯設置。

可選地，所述多孔材料板為金屬纖維多孔材料板。

可選地，所述金屬纖維多孔材料為纖維燒結氈或纖維編織網。

可選地，所述金屬纖維多孔材料板材質為不銹鋼或銅合金；

所述陰極流場板的參數包括：孔隙率為70％至85％，透氣度為40L/(min·dm²)至100L/(min·dm²)，在所述厚度方向上的電阻率為50μΩ·cm至80μΩ·cm，在垂直于所述厚度方向的方向上的熱導率為15W/(m·K)至21W/(m·K)，屈服強度為200MPa以上，抗拉強度為400MPa以上。

可選地，所述陰極流場板為沖壓成型板、軟膜成型板或液壓膨脹成型板或粉末冶金成型板。

可選地，所述氧化劑氣體通道具有進口和出口，所述進口供所述氧化劑氣體送入，所述出口供多余的所述氧化劑氣體排出；

所述第一表面包括凹凸面，所述凹凸面由若干在自所述進口指向所述出口的方向上交錯設置的凸面和凹面相連而成。

可選地，所述凹凸面在垂直于所述排列方向的平面上的投影呈正弦曲線狀。

另外，本實用新型還提供了一種PEMFC的雙極板，包括：陽極流場板，設有若干間隔排列的燃料氣體通道；上述任一所述的陰極流場板；絕緣隔板，位于所述陽極流場板與陰極流場板之間，所述絕緣隔板與所述陽極流場板、陰極流場板均固定。

另外，本實用新型還提供了一種PEMFC，包括堆疊設置的若干電池單元，所述電池單元包括：依次堆疊設置的陽極流場板、陽極氣體擴散層、質子交換膜、陰極氣體擴散層以及上述任一所述的陰極流場板；所述陽極流場板設有若干間隔排列的燃料氣體通道；所述陰極流場板的所述第一表面與所述陰極氣體擴散層接觸，且所述陰極流場板與陰極氣體擴散層之間形成差動毛細效應，以使所述PEMFC的生成水自所述第一表面穿過所述陰極流場板進入所述水通道內。

可選地，同一所述電池單元內的所述陰極流場板的孔隙大于陰極氣體擴散層的孔隙，以形成差動毛細效應。