[發明專利]燃料電池堆、雙極板及氣體擴散層

有效

• 申請號: 201911337875.X
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111106361B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 徐領;李建秋;徐梁飛;胡尊嚴;劉慧澤;王志娜;歐陽明高
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/0267;H01M8/241;H01M8/2457
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 魏朋

本申請涉及一種燃料電池堆、雙極板及氣體擴散層。燃料電池堆包括順次排布的多個第一石墨雙極板、多個第二石墨雙極板和多個反應單元。第一石墨雙極板包括空氣流道、氫氣流道和冷卻流道。相鄰的兩個第一石墨雙極板之間設置至少一個第二石墨雙極板。第二石墨雙極板包括空氣流道和氫氣流道。任意兩個相鄰的雙極板之間設置一個反應單元。相鄰的兩個第一石墨雙極板為中間的第二石墨雙極板降溫冷卻。無冷卻流道的雙極板厚度比有冷卻流道的雙極板降低40％。第一石墨雙極板不設置冷卻流道。第一石墨雙極板進一步減薄。單位體積內，燃料電池單片的數量增大，電能產量增加。燃料電池堆的功率密度增大，進而提高了燃料電池的性能。

技術領域

本申請涉及新能源技術領域，特別是涉及一種燃料電池堆、雙極板及氣體擴散層。

背景技術

燃料電池是一種將化學能直接轉化為電能的能量轉換裝置，具有高效率、低噪聲、環境友好等特點，擁有巨大的發展潛力和應用前景。組成燃料電池的三個主要部件為膜電極、雙極板和氣體擴散層。

膜電極由質子交換膜及其兩側的催化劑層組成。催化劑層是電化學反應進行的場所。氫氣在陽極催化劑層發生氧化反應。氧氣在陰極催化劑層發生還原反應同時生成水。雙極板一般采用金屬或石墨制成。目前燃料電池尚未實現商業化，燃料電池的功率密度和耐久性是關鍵的限制因素。金屬雙極板燃料電池功率密度高，但耐久性差；石墨雙極板耐久性優良，但功率密度偏度。因此，怎樣才能提高燃料電池的性能是亟待解決的問題。

發明內容

基于此，有必要針對怎樣才能提高燃料電池的性能的問題，提供一種燃料電池堆、雙極板及氣體擴散層。

一種燃料電池堆包括順次排布的多個第一石墨雙極板、多個第二石墨雙極板和多個反應單元。

所述第一石墨雙極板包括相對的第一表面和第二表面。所述第一表面開設空氣流道。所述第二表面開設氫氣流道。所述第一表面和所述第二表面之間開設冷卻流道。

相鄰的兩個所述第一石墨雙極板之間設置至少一個所述第二石墨雙極板。所述第二石墨雙極板包括相對的第三表面和第四表面。所述第三表面開設所述空氣流道。所述第四表面開設所述氫氣流道。

任意雙極板的所述空氣流道的空氣開口與相鄰的所述雙極板的所述氫氣流道的氫氣開口相對間隔設置。任意兩個相鄰的雙極板之間設置一個所述反應單元。

在一個實施例中，每個所述第一石墨雙極板包括陰極板和陽極板。所述陰極板包括相對設置的第一陰極表面和第二陰極表面。所述第一陰極表面開設所述空氣流道。所述第一陰極表面即為所述第一表面。所述陽極板包括相對設置的第一陽極表面和第二陽極表面。所述第一陽極表面開設所述冷卻流道。所述第二陽極表面即為所述第二表面。所述第二陽極表面開設所述氫氣流道。所述第一陽極表面設置于所述第二陰極表面。

在一個實施例中，所述冷卻流道與所述氫氣流道錯位設置。

在一個實施例中，采用激光雕刻法開設所述空氣流道、所述氫氣流道或所述冷卻流道。

在一個實施例中，采用高能激光器在石墨雙極板毛坯表面加工所述空氣流道、所述氫氣流道或所述冷卻流道，以得到所述第一石墨雙極板或所述第二石墨雙極板。

在一個實施例中，所述石墨雙極板毛坯為模壓柔性石墨基板。

在一個實施例中，每個所述反應單元包括相對設置的兩個氣體擴散層和膜電極。所述膜電極設置于兩個所述氣體擴散層之間。

在一個實施例中，所述氣體擴散層的厚度小于0.2mm。

在一個實施例中，所述空氣流道、所述氫氣流道或所述冷卻流道的寬度小于0.6mm。

在一個實施例中，相鄰的兩個流道之間形成脊，所述脊的寬度小于0.6mm。

在一個實施例中，所述第一石墨雙極板和所述第二石墨雙極板的厚度均不超過2mm。