[發(fā)明專利]可用于燃料電池的雙極板結(jié)構(gòu)、燃料電池及燃料電池車輛

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910640552.1
• 申請日: 2019-07-16
• 公開（公告）號: CN112242535B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龔正偉;亞瑟·E·K;金珂;韓亞民;劉棟棟;靳少輝;王鵬;薛陽;汪昭;翟海朋;侯鵬勃;郝振宇;陶路鑫;王青梅
• 申請（專利權(quán)）人: 未勢能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0254
• 分類號: H01M8/0254
• 代理公司: 北京律和信知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11446
• 代理人: 郝文博;韓煒

本公開涉及一種可用于燃料電池的雙極板結(jié)構(gòu)，包括：基底，所述基底上具有用于流體的多個流動區(qū)域；和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有網(wǎng)孔，所述網(wǎng)孔的長度方向的尺寸大于寬度方向的尺寸，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述基底上，形成了所述多個流動區(qū)域中的至少一個。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可用于燃料電池的雙極板結(jié)構(gòu)、包括該雙極板結(jié)構(gòu)的燃料電池、以及燃料電池車輛。

背景技術(shù)

燃料電池以氫氣為燃料，不需要經(jīng)過燃燒過程，直接以電化學(xué)反應(yīng)的方式，將燃料和氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，不需要經(jīng)過熱機過程，因而不受卡諾循環(huán)的限制，實際能量轉(zhuǎn)換效率高達50％至80％，因此是一種高效能量轉(zhuǎn)換發(fā)電裝置。質(zhì)子交換膜燃料電池是第五代燃料電池，是繼堿性燃料電池、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池之后發(fā)展起來的，其具有多個優(yōu)點，包括工作溫度較低、啟動時間短、功率密度高，負載響應(yīng)快、無電解液流失等。

燃料電池的雙極板的基材一般可采用石墨或者金屬，其中金屬基材對于雙極板的重量、性能、可加工性、成本等方面具有明顯的優(yōu)勢，是未來燃料電池的首選材料。金屬雙極板的主流制造工藝為金屬沖壓成形工藝。然而，為了繼續(xù)提高燃料電池功率密度以及進一步降低燃料電池開發(fā)成本，金屬板沖壓工藝面臨著以下兩個問題。首先，沖壓成形金屬板需要專用的模具，磨具開模的費用極高；尤其是如果陰陽極板采用不同的流場結(jié)構(gòu)，陰陽極板就需要開兩套磨具，這將極大的增加開發(fā)成本；如果對陰陽極流場板結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，就需要新開模具，技術(shù)升級成本高昂。其次，受制于金屬材料自身的特性及精細加工技術(shù)的限制，沖壓成形過程存在厚度極限問題，例如最小的沖壓厚度在0.3mm左右。

雙極板是燃料電池的重要部件。傳統(tǒng)的雙極板流道例如包括平行流道、蛇形流道、針形流道、交指型流道等。這幾種類型的流道各有利弊。例如平行流道的壓降較小，但是反應(yīng)氣體在通道內(nèi)的存留時間較短，因而使得反應(yīng)氣體的利用率較低；蛇形流道的排水性能較強，但是流道過長時，容易造成反應(yīng)氣體壓降過大；針形流道的結(jié)構(gòu)較為簡單，但是反應(yīng)氣體容易發(fā)生短路；交指型流道強化了對流傳質(zhì)，有利于提高電池的極限電流密度，但是容易造成液態(tài)水在流道始端滯留。

綜上，目前的質(zhì)子交換膜燃料電池的雙極板存在以下缺點。

1)質(zhì)子交換膜燃料電池電堆中，雙極板流場沖壓流道需要根據(jù)流道尺寸來開發(fā)模具，如果燃料流道、空氣流道、冷卻液流道的流道形狀不一樣，那么將需要開發(fā)多套模具，模具開發(fā)費用極高，因此大大提高了燃料電池的成本；

2)金屬雙極板沖壓工藝受到金屬自身的物理特性及工藝技術(shù)的影響，雙極板需保證基板厚度在0.3mm左右，因而增加了雙極板的重量，增加了電池堆的整體重量，降低了功率密度；

3)雙極板流場流道存在難以克服反應(yīng)不充分，例如包括電流密度低、生成水難以排除等；

4)雙極板流場流道的反應(yīng)區(qū)面積利用率低，支撐面面積過大，限制了燃料電池的反應(yīng)效率。

背景技術(shù)部分的內(nèi)容僅僅是公開人所知曉的技術(shù)，并不當(dāng)然代表本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)缺陷中的至少一個，本公開提出一種可用于燃料電池的雙極板結(jié)構(gòu)，包括：

基底，所述基底上具有用于流體的多個流動區(qū)域；和

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有網(wǎng)孔，所述網(wǎng)孔的長度方向的尺寸大于寬度方向的尺寸，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述基底上，形成了所述多個流動區(qū)域中的至少一個。

根據(jù)本公開的一個方面，所述多個流動區(qū)域包括入口區(qū)、過渡區(qū)和反應(yīng)區(qū)，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成了所述入口區(qū)、過渡區(qū)和反應(yīng)區(qū)，網(wǎng)孔的形狀為菱形、長條形、矩形、橢圓形中的一種或者多種。

根據(jù)本公開的一個方面，其中所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在網(wǎng)孔的連接部位置處的凸起，所述凸起沿著所述網(wǎng)孔的長度方向延伸。