[發明專利]一種質子交換膜燃料電池雙極板

在審

• 申請號: 201910611501.6
• 申請日: 2019-07-08
• 公開（公告）號: CN110212213A
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 董梁;方亮;石偉玉;楊曦
• 申請（專利權）人: 上海捷氫科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/0202
• 代理公司: 北京信遠達知識產權代理有限公司 11304
• 代理人: 魏曉波

本發明提供了一種質子交換膜燃料電池雙極板，該質子交換膜燃料電池雙極板由陽極單板和陰極單板組合而成，陽極單板外側設置有陽極流場，陰極單板外側設置有陰極流場，所述陽極單板和所述陰極單板之間的空腔形成冷卻劑流場。陽極入口和陽極出口設置在所述質子交換膜燃料電池雙極板的左右兩側，陰極入口和陰極出口設置在所述質子交換膜燃料電池雙極板的左右兩側；冷卻劑入口和冷卻劑出口在所述質子交換膜燃料電池雙極板的上下兩側；以及所述陽極入口和所述陰極入口位于所述質子交換膜燃料電池雙極板的左右兩側。實現了冷卻劑與陰極氣體和陽極氣體的垂直交叉流動，進而提高了質子交換膜燃料電池雙極板的電化學反應活性，并且實現了更好的熱管理。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，更具體地說，涉及一種質子交換膜燃料電池雙極板。

背景技術

燃料電池是一種將燃料所具有的化學能直接轉換成電能的化學電池，又稱為電化學發電器；其是繼水力發電、熱能發電和原子能發電的第四種發電技術。由于燃料電池是通過電化學反應將燃料化學能中的吉布斯自由能部分轉換成電能，不受卡諾循環效應的限制，具有很高的經濟性。

目前實際運行的各種燃料電池，由于各種技術的限制，再考慮整個裝置系統的耗能，總的轉換效率多在45％-60％范圍內，如考慮排熱利用可達80％以上。此外，燃料電池裝置不含運動部件，且工作可靠，維修較少，相比較傳統的發電機組而言聲音較低。另外，電化學反應清潔、安全、且產生的有害物質較少。所有的一切優勢都使得燃料電池被視為一種很有發展前途的能源動力裝置。

質子交換膜燃料電池是燃料電池的一種，在原理上相當于水解電的“逆”裝置，其單電池由陽極、陰極和膜電極組成。以氫為燃料的質子交換膜燃料電池為例，膜電池的陽極為氫燃料發生氧化的場所，膜電極的陰極為氧化劑還原的場所，兩級都含有加速電極電化學反應的催化劑，質子交換膜作為傳遞質子的介質，只允許質子通過，而氫失去的電子則從外部負載和導線通過。

燃料電池堆是由多個單電池以串聯方式層疊組合而成，在將單電池組裝成電堆的過程中，將一個電池的陽極板與相鄰電池的陰極板電氣連接，就形成了雙極板。雙極板是燃料電池電堆的重要部件之一，起到支撐固定質子交換膜燃料電池膜電極、分割燃料和氧化氣體、收集、傳導電流等重要作用，所以優化雙極板的設計將對質子交換膜燃料電池的性能和耐久性的提升具有巨大的作用。

為了保證燃料電池的性能和壽命，需要保持膜電極電流密度分布一致，因此需要保持膜電極各點的氣體分布均勻，溫度分布均勻。如果氣體分布不一致時，會導致膜電極各點實際性能有較大差異，膜電極各點產熱不一致，嚴重時會導致膜電極中出現局部過熱，甚至燒穿質子交換膜；另一方面，如果燃料電池運行中生成的水不能及時排除時，液態水堵塞流道，會造成氣體流道受阻，無法均勻分布。同時燃料電池陰極板流場、陽極板流場和冷卻流場的壓降對風機、氣泵和液泵的選型有很大影響。

雙極板的結構直接決定了燃料電池內部氣體及冷卻劑的流動方式和分布，從而直接影響燃料電池內部的電化學反應和水熱管理，同時雙極板的結構也直接決定了雙極板部件面積利用率，從而直接影響燃料電池電堆的功率密度。

那么，如何提供一種優質的質子交換膜燃料電池雙極板，是本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，為解決上述問題，本發明提供一種質子交換膜燃料電池雙極板，技術方案如下：

一種質子交換膜燃料電池雙極板，所述質子交換膜燃料電池雙極板包括：

相對設置的陽極單板和陰極單板；

其中，所述陽極單板背離所述陰極單板的外側形成有陽極流場，所述陰極單板背離所述陽極單板的外側形成有陰極流場，所述陽極單板和所述陰極單板之間的空腔形成冷卻劑流場；