[發明專利]用于燃料電池的混合雙極板

在審

• 申請號: 201811301777.6
• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN111029609A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 顧志軍;陳杰
• 申請（專利權）人: 江蘇清能新能源技術股份有限公司
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/0267;H01M8/021;H01M8/0213;H01M8/0276;H01M8/2483;H01M8/241
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司 31266
• 代理人: 馬莉華;徐迅

本發明公開了一種用于燃料電池的混合雙極板組件，包括成形陰極半板和沖壓金屬陽極半板。所述沖壓金屬陽極半板嵌套并固定于所述成形陰極半板。各半板具有反應物側和冷卻劑側、進料區域和具有多個集管孔的集管。成形陰極半板的冷卻劑側具有支撐特征，其可以與形成在相對的反應物側上的陰極通道不同并且不需要對應。沖壓金屬陽極半板的冷卻劑側具有與在相對的氧化劑側形成的陽極通道相對應的平臺。平臺在沖壓金屬陽極半板的冷卻劑側上限定多個冷卻劑通道，并鄰接成形陰極半板的冷卻劑側。

技術領域

本發明涉及燃料電池堆，且更具體地，涉及用于燃料電池堆的雙極板組件。

背景技術

燃料電池作為用于各種工業的清潔、有效和環境負責的電源被提出，包括制造中心、家庭和電動車輛以及其他應用。

燃料電池的一個例子是質子交換膜(PEM)燃料電池。PEM燃料電池包括膜-電極-組件(MEA)，其通常具有薄的固體聚合物膜-電解質，其具有陽極和陰極，在膜-電解質的相對面上具有催化劑。MEA通常設置在一對多孔導電材料之間，也稱為氣體擴散介質，其將氣態反應物(例如氫氣和氧氣或空氣)分配到陽極層和陰極層。氫反應物在陽極引入，在催化劑存在下發生電化學反應產生電子和質子。電子通過設置在其間的電路從陽極傳導到陰極。同時，質子通過電解質到達陰極，在陰極，氧化劑如氧氣或空氣在電解質和催化劑存在下發生電化學反應，產生氧負離子。氧負離子與質子反應形成水作為反應產物。

PEM燃料電池的MEA夾在一對導電雙極板之間，該雙極板用作陽極層和陰極層的集電器。雙極板包含流體并將流體引導到燃料電池內部和外部，并將流體分配到操作所需的完整電池區域。此外，雙極板為擴散介質、膜、密封件等提供結構支撐。它們還能夠將一個燃料電池與下一個燃料電池密封，傳導由燃料電池內的反應形成的熱量，并且重要的是還傳導由燃料電池反應產生的電力。

特別地，雙極板包括多個平臺和流道，用于將氣態反應物分配到燃料電池的陽極和陰極。雙極板用作相鄰燃料電池之間的電導體，并且還設置有多個內部冷卻劑通道，當冷卻劑流過時，多個內部冷卻劑通道適于與燃料電池交換熱量。

傳統的雙極板是由兩個單獨的單極板或半板構成的連接組件。每個半板可以具有外表面和內表面，外表面具有用于氣態反應物的流道，內表面具有冷卻劑通道。為了在燃料電池堆中的相鄰燃料電池的陽極和陰極之間傳導電流，形成每個雙極板組件的成對半板機械和電連接。例如，這種雙極板通常構造成具有通過粘合密封、釬焊或焊接連接的一對半板。

已知由碳復合材料或金屬形成雙極板。每種方法都有優點和局限性。嵌套復合材料描述于Carlstrom的美國專利No.7,029,784中。Goebel的美國專利No.6,974,648和AbdElhamid等人的美國專利No.7,687,175中已經分別提出了嵌套的沖壓金屬和非嵌套的復合和沖壓金屬雙極板。Goebel的美國專利No.7,291,414中也描述了嵌套板的進料區域的支撐。這些專利的全部公開內容在此引入作為參考。然而，這些已知的雙極板中沒有一個保留了如本文所公開的將成形陰極半板與沖壓金屬陽極半板組合的優點。

一直需要一種混合雙極板組件，其保留了成形雙極板半板和沖壓金屬雙極板半板的優點。理想地，混合雙極板組件很薄但可以支持非常高的電流密度。

發明內容

與本發明一致，令人驚訝地發現了一種混合雙極板組件，其保留了成形雙極板和沖壓金屬雙極板的優點，并且薄且可以支持非常高的電流密度。

如本文所用，術語“成形半板”是指其中形成有通道的實心半板。成形半板通常由碳復合材料形成，但也可以由石墨、填充有樹脂的石墨或甚至機加工或蝕刻的金屬(例如不銹鋼或鈦)形成。

如本文所用，術語“通道”是指設置在密封件下方的覆蓋通道，以允許流體(例如，氫氣、空氣或氧氣和冷卻劑)流出和流到燃料電池的相應集管。