[發(fā)明專(zhuān)利]超大功率質(zhì)子交換膜燃料電池用石墨-金屬?gòu)?fù)合雙極板

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010052276.X
• 申請(qǐng)日: 2020-01-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111146469A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張義煌;李剛;陳杰;陸濛洲;謝祖成
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 無(wú)錫威孚高科技集團(tuán)股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/0258
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/0258;H01M8/026;H01M8/0263;H01M8/0265;H01M8/0267;H01M8/04119;H01M8/04291;H01M8/04828
• 代理公司: 無(wú)錫市大為專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超大功率質(zhì)子交換膜燃料電池用石墨?金屬?gòu)?fù)合雙極板。本發(fā)明包括陰極單極板和陽(yáng)極單極板，陰極單極板和陽(yáng)極單極板上設(shè)置有反應(yīng)流場(chǎng)、陽(yáng)極反應(yīng)物進(jìn)出口和陰極反應(yīng)物進(jìn)出口，陽(yáng)極反應(yīng)物進(jìn)出口和陰極反應(yīng)物進(jìn)出口設(shè)置在雙極板的四周，反應(yīng)流場(chǎng)設(shè)置在雙極板的中央，包括由凹凸溝槽形成的流場(chǎng)單元及凸臺(tái)與凸起溝槽組成的點(diǎn)狀溝槽分配流道，流場(chǎng)單元包括水平直型溝槽和垂直直型溝槽，點(diǎn)狀溝槽分配流道的一端與流場(chǎng)單元，另一端分別與陽(yáng)極反應(yīng)物進(jìn)出口或陰極反應(yīng)物進(jìn)出口連接。本發(fā)明雙極板活性面積大于1000cm²，滿(mǎn)足超大功率燃料電池電堆的要求及超大活性面積雙極板的流體分布均勻和散熱均勻的要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種超大功率質(zhì)子交換膜燃料電池用石墨-金屬?gòu)?fù)合雙極板。

背景技術(shù)

隨著燃料電池技術(shù)的發(fā)展和在大型商用車(chē)、機(jī)車(chē)、輪船上的使用，其要求燃料電池的功率越來(lái)越大，現(xiàn)在所用的雙極板的活性面積大都小于300cm²，由于燃料電池疊片的數(shù)量不能過(guò)多，過(guò)多會(huì)影響電池的一致性。而在大型商用車(chē)、機(jī)車(chē)、輪船上需要使用超過(guò)200kW，甚至需要達(dá)到20000kW的燃料電池電堆，這需要多個(gè)甚至幾十上百個(gè)電堆組成發(fā)電模塊來(lái)供電，采用這種多電堆模塊方式供電，系統(tǒng)控制復(fù)雜、價(jià)格昂貴，現(xiàn)在所用的雙極板活性面積小，無(wú)法滿(mǎn)足超大功率電堆的要求。

燃料電池工作后，在電堆以及其系統(tǒng)中存在大量液態(tài)水及氣態(tài)水，燃料電池中的液態(tài)水和氣態(tài)水的分布和排出直接影響燃料電池的性能。燃料電池內(nèi)部燃料氣態(tài)流體和氧化劑氣態(tài)流體的流動(dòng)方式?jīng)Q定了液態(tài)水和氣態(tài)水在燃料電池流場(chǎng)的分布以及液態(tài)水的排出，而每片電池的液態(tài)水的排水和氣態(tài)水的鎖水一致性決定了燃料電池電堆的一致性、壽命及性能。現(xiàn)有燃料電池內(nèi)部存在水分布不均勻的問(wèn)題，電池在排出液態(tài)水時(shí)，液態(tài)堵水堵塞流道出口，引起單片電池電壓偏差過(guò)大或單片電池電壓突然下降問(wèn)題。

液冷燃料電池電堆，其雙極板是由兩塊流場(chǎng)板貼合而成，目前現(xiàn)有的兩塊流場(chǎng)板流道是相對(duì)的平行的直流道，這種流場(chǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易加工，但由于流道是直流道，要求兩塊流場(chǎng)板流道的脊必須嚴(yán)格對(duì)齊，這就存在加工精度要求高，流道精度誤差不能超過(guò)0.01mm，兩塊流場(chǎng)板貼合的誤差不能超過(guò)0.02mm，這樣才能使在電堆裝配過(guò)程中不會(huì)因?yàn)橄噜忞p極板流道的脊錯(cuò)位而對(duì)膜電極造成損傷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種超大功率質(zhì)子交換膜燃料電池用石墨-金屬?gòu)?fù)合雙極板。本發(fā)明質(zhì)子交換膜燃料電池用石墨-金屬?gòu)?fù)合雙極板的活性面積大于1000cm²，滿(mǎn)足超大功率燃料電池電堆的要求，同時(shí)采用獨(dú)特流體進(jìn)口、出口設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足超大活性面積雙極板的流體分布均勻和散熱均勻的要求。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種超大功率質(zhì)子交換膜燃料電池用石墨-金屬?gòu)?fù)合雙極板，包括陰極單極板和陽(yáng)極單極板，陰極單極板和陽(yáng)極單極板上設(shè)置有反應(yīng)流場(chǎng)、陽(yáng)極反應(yīng)物進(jìn)口、陽(yáng)極反應(yīng)物出口、陰極反應(yīng)物進(jìn)口及陰極反應(yīng)物出口，所述陽(yáng)極反應(yīng)物進(jìn)口和陽(yáng)極反應(yīng)物出口設(shè)置在陽(yáng)極單極板的四周，陰極反應(yīng)物進(jìn)口和陰極反應(yīng)物出口設(shè)置在陰極單極板的四周，反應(yīng)流場(chǎng)設(shè)置在陰極單極板和陽(yáng)極單極板的中央，包括由凹凸溝槽形成的流場(chǎng)單元及凸臺(tái)與凸起溝槽組成的點(diǎn)狀溝槽分配流道，流場(chǎng)單元包括水平直型溝槽和垂直直型溝槽，所述點(diǎn)狀溝槽分配流道的一端與水平直型溝槽或垂直直型溝槽連通，另一端分別與陽(yáng)極反應(yīng)物進(jìn)口、陽(yáng)極反應(yīng)物出口、陰極反應(yīng)物進(jìn)口或陰極反應(yīng)物出口連接。

所述凸臺(tái)向雙極板正面凸起，相互不連接的凸臺(tái)與凸起溝槽形成點(diǎn)狀溝槽分配流道，點(diǎn)狀溝槽分配流道中凸起的溝槽比水平直型溝槽及垂直直型溝槽凸起的溝槽要低，點(diǎn)狀溝槽分配流道中凸臺(tái)和凸起溝槽的總高度和水平直型溝槽及垂直直型溝槽的高度相同。