[發明專利]一種用于靜態排水燃料電池導水雙極板的水流場

有效

• 申請號: 201811527779.7
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109509897B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 孫樹成;洪有陸;朱海洋;邵志剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/0263
• 分類號: H01M8/0263;H01M8/04119
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 毛薇;李馨

本發明涉及一種靜態排水燃料電池導水雙極板的水流場，水流場置于雙極板水腔內，該水流場具有凹陷結構，在凹陷處放置有導水組件，導水組件可以是具有連續的、高親水性的線、繩或多孔金屬纖維等，這樣可以增大導水板的實際導水面積，進一步提高燃料電池的穩定性。

技術領域

本發明涉及質子交換膜燃料電池(PEMFC)技術領域，主要是關于燃料電池雙極板的冷卻水腔流場結構。

背景技術

雙極板是質子交換膜燃料電池電池組的關鍵部件，在燃料電池電堆中主要起導電、集流、分隔氧化劑和還原劑、引導氧化劑和還原劑在電池內的流動以及引導冷卻水在電池內的流動等作用。不同類型質子交換膜燃料電池堆所采用排水方式不同，其使用的雙極板及其結構也有重大差異，比如有動態排水方式和靜態排水方式等。

當燃料電池堆采用靜態排水方式時，其雙極板是一種新型的燃料電池結構，它將傳統致密型雙極板由多孔結構的雙極板代替。導水雙極板具有微孔結構，水可以充滿于孔隙之中進行遷移，同時在氣體泡點壓力以下起到液封氣體的作用。

由于雙極板工作時，水腔的冷卻液流場不僅起到導流的作用，還要起到導電的作用。這就要求冷卻液流場必須與氫極板和氧極板緊密接觸，以增加導電性。但是，由于燃料電池導水雙極板具有微孔結構，當冷卻液流場與氫極板和氧極板緊密接觸時，很容易減小微孔板的導水面積，引起接觸部分排水不暢，導致對應的電極部分排水阻力相對較大，使得對應部分的電極水淹。所以，為了增大微孔板的實際導水面積，進一步提高燃料電池的穩定性，需要改進傳統的水流場結構。

專利CN200710025555.1介紹了一種用于燃料電池雙極板，其水流場采用柔性石墨，該篇專利的只提出了石墨水流場比限位框高出50-100微米。但是，其雙極板水流場是傳統雙極板的結構，具有脊和溝槽。由于具有靜態排水功能的燃料電池導水雙極板研究報導極少，其水流場結構的研究也未見報導。

發明內容

本發明涉及一種用于靜態排水燃料電池導水雙極板的水流場，具體為：導水雙極板包括氧極板和氫極板，其具有微孔結構，水流場設有脊和溝槽，在所述脊的至少一側表面設有凹陷結構。所述當水流場為獨立結構時，氧極板和氫極板中其一為微孔板，所述凹陷結構面向所述微孔板；當氧極板和氫極板都為微孔板時，脊的兩側都設有凹陷結構。在凹陷內放置有導水組件，能夠使水充分的沿著導水組件接觸到導水板的更多面積，使電池運行時內部的水從導水板中以盡量大的面積排出。所以流場脊的凹陷結構主要針對具有靜態排水功能燃料電池設計。本發明的雙極板具有較好的導水能力，適用于高電流密度工作的質子交換膜燃料電池。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：在燃料電池導水雙極板冷卻腔的水流場脊上設置凹陷結構，在凹陷結構內放置有導水組件，導水組件是高親水性的線、繩或多孔纖維等。這種結構可以將增加極板微孔板的實際導水面積，通過導水組件，進一步提高電極生成水排出速率，確保電池運行穩定。

作為優選的技術方案，所述導水雙極板包括氧極板和氫極板，氧極板和氫極板相互疊合形成雙極板。所述當水流場為獨立結構時，氧極板和氫極板中其一為微孔板，所述凹陷結構面向所述微孔板；當氧極板和氫極板都為微孔板時，脊的兩側都設有凹陷結構。當水流場與氧極板為一體結構或水流場與氫極板為一體結構時，所述脊的開放表面設有凹陷結構，即凹陷結構位于脊的遠離一體結構的一側表面。

作為優選的技術方案，所述的水流場為金屬、石墨或碳的一種。

作為優選的技術方案，所述的微孔板為多孔金屬板、多孔石墨板、多孔碳板或多孔高分子膜的一種。

作為優選的技術方案，所述的水流場凹陷結構放置有導水組件。導水組件貼緊微孔板，導水組件是具有較好親水性的線、繩或多孔金屬纖維，利用線、繩、多孔板或多孔纖維，將水流場貼緊導水板位置的水導出，保證在電池運行時內部的水能從導水板中各個位置排出。