[發明專利]用于整平冷卻劑溫度的雙極板

在審

• 申請號: 202010078793.4
• 申請日: 2020-02-03
• 公開（公告）號: CN111477900A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 讓-菲利浦·普瓦羅-克魯弗齊耶
• 申請（專利權）人: 原子能和替代能源委員會
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/0267;C25B11/02;C25C7/02;C25D17/12
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 邰鳳珠;王春偉

本發明涉及一種用于電化學反應器的雙極板(5)，其包括第一和第二導電片(61、62)，具有：?反應區域(619)；?第一流體流動岐管(596)；?位于第一片的外部面上的第一流動通道(618)；?第一整平區域(614)，其包括第二流動通道(641)；?第二流體流動岐管(592)；?位于第二片的外部面上的第三流動通道(628)；?第二整平區域(624)，其包括第四流動通道(642)；?形成于第一和第二片之間并且在反應區域中在縱向方向上延伸的冷卻劑流動通道；其中：?稱為限制流動通道(6411)的至少一個第二流動通道包括穿入相應第二肋部(644)中的凹部(645)。

技術領域

本發明涉及包括電化學電池堆疊的電化學反應器，并且更具體地涉及具有質子交換膜的堆疊的雙極板。這種電化學反應器例如構成燃料電池或電解電池。

背景技術

特別地，燃料電池被設想為將來大規模生產的機動車輛的能源或航空的輔助能源。燃料電池是一種可將化學能直接轉換為電能的電化學裝置。燃料電池包括幾個單元的串聯堆疊。每個單元通常產生大約1伏的電壓，并且其堆疊使得可以產生更高電平的電源電壓，例如大約100伏的電壓。

在已知類型的燃料電池中，值得注意的是在低溫下運行的具有質子交換膜PEM的燃料電池。這種燃料電池提供特別有利的緊湊性。每個電池單元都包含一個僅允許質子通過而不允許電子通過的電解膜。該膜包括在第一面上的陽極和在第二面上的陰極，以形成稱為AME的膜/電極組件。

在陽極處，用作燃料的二氫被氧化以產生穿過膜的質子。膜因此形成離子導體。由該反應產生的電子向流板遷移，然后通過電池單元外部的電路形成電流。在陰極處，氧氣被還原并與質子反應形成水。

燃料電池可以包括幾個所謂的雙極板，例如由金屬制成的雙極板，一個堆疊在另一個之上。膜布置在兩個雙極板之間。雙極板可包括流動通道和孔，以連續地將試劑和產物引導至膜/從膜引導出。當試劑消耗時，雙極板持續地向電極的反應區域供給試劑。雙極板還包括用于引導用于排出所產生熱量的冷卻劑的流動通道。反應產物和非反應性物質通過流動驅動器排放到流動通道網絡的出口。不同流的流動通道尤其通過雙極板分開。

雙極板也是導電的，以收集在陽極處產生的電子。雙極板還具有機械堆疊夾緊力傳遞功能，這對于電接觸的質量是必需的。氣態擴散層介于電極和雙極板之間，并與雙極板接觸。

通過雙極板產生電子傳導，通過膜獲得離子傳導。

主要區分流動通道中的三種試劑循環模式：

–線圈通道：一個或更多個通道在幾個來回方向上覆蓋了整個活性表面。

–平行通道：一束平行且貫穿的通道從一側到另一側覆蓋了活性表面。流動通道可以是直線的或略微波浪形的。

–叉指通道：一束平行且堵塞的通道從一側到另一側覆蓋了活性表面。每個通道都在入口側或流體出口側被堵塞。然后迫使進入通道的流體局部地穿過氣體擴散層以重新加入相鄰的通道，然后到達該相鄰通道的流體出口。

為了有利于緊湊性和性能水平，該設計需要減小流動通道的尺寸。然后平行通道的循環模式通常是有利的，以限制這種尺寸減小的流動通道中的壓頭損失，并避免可能導致熱點的冷卻劑流動問題。

然而，具有平行循環通道的設計不能保證反應區域的所有通道之間的溫度足夠整平。

整平試劑流速以避免影響電化學反應器的操作也很重要。為此目的，包括平行流動通道的雙極板經常使用整平區域以將入口歧管和出口歧管連接到雙極板的不同流動通道。從入口歧管使得試劑與電極接觸，產物從連接到不同流動通道的出口歧管排出。

已知用于將入口歧管和出口歧管與不同流動通道連接的不同技術方案。特別已知的做法是在雙極板的兩個金屬板之間產生通道。這些通道的一側出現在注射孔中，另一側出現在相應的歧管孔中。整平區域包括將注射孔與流動通道連接的通道。