[發明專利]一種波紋交錯排布的燃料電池雙極板結構

在審

• 申請號: 201910273252.4
• 申請日: 2019-04-04
• 公開（公告）號: CN109921057A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 汪延成;張天佑;梅德慶;凌偉文
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M8/026
• 分類號: H01M8/026;H01M8/0273;H01M8/04291
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種波紋交錯排布的燃料電池雙極板結構。包括上下兩塊雙極板和膜電極組合體，兩塊雙極板上下之間設有膜電極組合體，膜電極組合體包括從上到下的陰極擴散層、陰極催化劑層、質子交換膜、陽極催化劑層和陽極擴散層熱壓而成；雙極板沿燃料氣體流向的截面成波浪形狀，使得雙極板形成多條以峰谷形態交替布置的條狀峰部分和條狀谷部分，雙極板的條狀峰部分沿氣體流道方向間隔均布設置有多個向氣體流道侵入的波紋狀凸起，每相鄰兩個氣體流道上的波紋狀凸起相錯位布置。本發明通過氣體流道內交錯排布的凸起增強了肋下擴散層內的氣體對流，改善反應物分布的均勻性，具有更好的性能輸出和穩定性，提高燃料電池的功率密度和壽命。

技術領域

本發明涉及燃料電池，尤其是涉及到了一種通過波紋交錯排布加強排水性能的燃料電池雙極板流道結構。

背景技術

燃料電池是一種使氫氣與氧氣通過電化學反應發電的裝置，隨著人們對清潔能源的迫切需求，從而獲得了廣泛的關注。而質子交換膜燃料電池又是目前較成熟的一種燃料電池技術。其使用可再生的能源——氫氣、氧氣，反應生成物為水，從而實現了零排放。

燃料電池的單電池主要由膜電極(擴散層、催化劑、質子交換膜熱壓而成)、雙極板和密封材料三部分組成，其中雙極板需要具有多種功能，主要包括：分隔反應氣體；使得反應氣體可以到達膜電極參與反應；收集并傳導電流；支撐膜電極以及承擔整個燃料電池的散熱與排水功能。

而為了滿足應用功率的需求，排出生成物水以防止其阻塞反應氣體參與反應成為一種切實可行的手段。同時極板肋下區域的產物水因其與氣體流道間沒有直接接觸而難以排出，所以通過對雙極板結構進行改進從而排出極板肋下區域產物水成為了一種行之有效的提升燃料電池性能的方法。

中國發明專利(申請號201510926667.9)公開了一種有利于排水的燃料電池雙極板，該燃料電池雙極板通過增加導流槽的方式強化燃料電池排水性能。但該發明需要借助重力實現此目的，對燃料電池的空間擺放形式有嚴格的限制，同時該發明在增強排出肋下區域產物水方面并沒有涉及。

中國發明專利(申請號201610623996.0)公開了一種燃料電池用氣體流道形成板，該氣體流道形成板通過毛細作用將極板肋下區域的液態水導入極板另一面，進而排出液態水。但這種方式需要在極板與膜電極相背一面加裝隔板以分隔冷卻液與反應氣體，從而大大增加燃料電池的體積與重量，沒能兼顧燃料電池功率密度。

綜上所述，有必要提出一種既能促進排水尤其是促進極板肋下區域產物水排出又不會增加燃料電池體積與重量的雙極板設計方案。

發明內容

為了解決和實現背景技術中存在的技術問題，本發明的目的在于在兼顧燃料電池功率密度的情況下提供一種效率高、加強排水性能的雙極板結構。

本發明的目的可以采用以下技術方案實現：

本發明包括上下兩塊雙極板和膜電極組合體，兩塊雙極板上下之間設有膜電極組合體，膜電極組合體主要由從上到下的陰極擴散層、陰極催化劑層、質子交換膜、陽極催化劑層和陽極擴散層熱壓而成；上雙極板和下雙極板的結構相同，但上下對稱布置；上雙極板和陰極擴散層之間形成多條平行間距排布的陰極氣體流道，下雙極板和陽極擴散層之間形成多條平行間距排布的陽極氣體流道；陰極氣體流道兩端分別作為陰極氣體的入口和出口，陽極氣體流道兩端分別作為陽極氣體的入口和出口，陰極氣體流道內流經的陰極氣體流動方向和陽極氣體流道內流經的陽極氣體流動方向相反，陰極氣體和陽極氣體通過膜電極組合體發生反應；雙極板沿燃料氣體流向的截面成波浪形狀，使得雙極板形成多條以峰谷形態交替布置的條狀峰部分和條狀谷部分，雙極板的條狀谷部分底面和與陰極擴散層貼合，貼合處為雙極板肋下區域，在雙極板的相鄰兩個條狀谷部分之間形成氣體流道，各個陰極氣體流道平行等間距排布；雙極板的條狀峰部分沿氣體流道方向間隔均布設置有多個向氣體流道侵入的波紋狀凸起，雙極板的相鄰兩個條狀峰部分之間以及各個波紋狀凸起處共同構成冷卻液流場；波紋狀凸起在單一氣體流道上以相同間距L分布，每相鄰兩個氣體流道上的波紋狀凸起相錯位布置。