[發(fā)明專利]一種氫燃料電池雙極板流道結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010547556.8
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111668508B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李鐵軍;王宏宇
• 申請（專利權(quán)）人: 氫源科技（贛州）有限公司
• 主分類號: H01M8/026
• 分類號: H01M8/026;H01M8/0263;H01M8/0265
• 代理公司: 贛州捷信協(xié)利專利代理事務(wù)所(普通合伙) 36141
• 代理人: 劉花

本發(fā)明公開了一種氫燃料電池雙極板流道結(jié)構(gòu)，包括雙極板主體，所述雙極板主體由陰極板和陽極板組成，所述陰極板表面設(shè)有多組D型凸起，且多組所述D型凸起呈排列設(shè)置，所述陰極板上設(shè)有直邊流道和曲邊流道，所述直邊流道和曲邊流道均設(shè)有多組，且多組所述直邊流道和曲邊流道呈交錯排列設(shè)置，所述陽極板上設(shè)有凸脊，所述凸脊一側(cè)設(shè)有第一流道，所述凸脊與陰極板之間形成冷卻水流道。本發(fā)明通過在陰極板上設(shè)有D型凸起，使得陰極氣流通過單個D型凸起時，在D型兩側(cè)產(chǎn)生氣體流速差，產(chǎn)生一定壓力差，促進了氣體通過氣體擴散層由高壓向低壓區(qū)擴散；通過將D型凸起兩側(cè)設(shè)計為類似機翼截面的流線型，更利于吹掃凸起兩側(cè)的積水。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氫燃料電池相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種氫燃料電池雙極板流道結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

燃料電池電堆是燃料電池的最核心部分，其核心部件包括膜電極、氣體擴散層和雙極板等。其中雙極板又稱集流板(或稱隔板)，是燃料電池重要部件之一，直接影響著電堆的重量和體積，其可以起到收集傳導(dǎo)電流、分隔反應(yīng)氣體、阻止氣體透過、支撐電池以及冷卻等作用，并直接決定了電堆的輸出功率大小和使用壽命；雙極板主要分為石墨雙極板、復(fù)合材料雙極板和金屬雙極板。金屬薄板具有較高的強度以及良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，原材料價格便宜且適合大批量生產(chǎn)方式，是燃料電池產(chǎn)業(yè)化的主流選擇。金屬雙極板的主流制造工藝為金屬沖壓(液壓)成形工藝；雙極板的流場設(shè)計是一大關(guān)鍵，流場的形式和結(jié)構(gòu)對反應(yīng)物和生成物在電堆內(nèi)部的流動、分配、擴散等起著關(guān)鍵的作用。流場的設(shè)計是否合理將直接影響到電堆能否正常運行；由于雙極板在燃料電池電堆的重要地位，對它的流道設(shè)計與加工也提出了較高要求，其中雙極板排水和氣體擴散能力是衡量雙極板性能的重要指標(biāo)。

目前雙極板氫氣和空氣(氧氣)側(cè)流道普遍采用多通道直線型或者蛇形流場結(jié)構(gòu)，但實踐中容易產(chǎn)生以下問題，降低了燃料電池的功率密度和壽命：

1、雙極板脊或面與氣體擴散層接觸部分及周邊積水，不易被流道(溝槽)內(nèi)的氣流吹掃干凈(存在吹掃死角)，容易產(chǎn)生局部水淹現(xiàn)象。擴散層長期積水可引起擴散層疏水性劣化，水堵塞擴散層孔隙，造成擴散層導(dǎo)氣能力下降，氣體擴散效率降低，最終引起燃料電池功率密度和壽命的減損；

2、積水導(dǎo)致流道堵塞，一定條件下在電池運行中會造成氫氣側(cè)局部形成氫氣缺乏情況，出現(xiàn)反極現(xiàn)象(即電解水和碳腐蝕反應(yīng))，其中碳腐蝕反應(yīng)將催化劑的碳載體腐蝕，從而導(dǎo)致催化劑(鉑顆粒)失去支撐并形成團聚現(xiàn)象，致使催化劑電化學(xué)活性面積下降，大大減損了電池性能和壽命。

因此，具有更好的排水和導(dǎo)氣功能，是雙極板流道設(shè)計主要考慮的性能指標(biāo)，另外對于金屬雙極板流道設(shè)計還要兼顧優(yōu)良的焊接性能和低成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種氫燃料電池雙極板流道結(jié)構(gòu)，具有更優(yōu)異的排水和導(dǎo)氣功能的金屬雙極板結(jié)構(gòu)，同時兼顧了可焊接性和低成本等特點，適用于大規(guī)模低成本生產(chǎn)高性能的燃料電池雙極板。同時該流道結(jié)構(gòu)也可用于石墨雙極板和復(fù)合材料雙極板。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種氫燃料電池雙極板流道結(jié)構(gòu)，包括雙極板主體，所述雙極板主體由陰極板和陽極板組成，所述陰極板表面設(shè)有多組D型凸起，所述D型凸起從極板俯視方向看其輪廓為類似大寫英文字母D，D型凸起沿著氣流方向，一邊為直線型，另一邊為曲線型，曲線為圓弧或者貝塞爾曲線,且多組所述D型凸起呈排列設(shè)置，所述陰極板上設(shè)有直邊流道和曲邊流道，所述直邊流道為相鄰兩排所述D型凸起的直邊對直邊排列形成,所述曲邊流道為相鄰兩排所述D型凸起的曲邊對曲邊排列形成，所述直邊流道和曲邊流道均設(shè)有多組，且多組所述直邊流道和曲邊流道呈交錯排列設(shè)置，所述陽極板上設(shè)有凸脊，所述凸脊一側(cè)設(shè)有第一流道，所述凸脊與陰極板之間形成冷卻水流道。

所述凸脊與第一流道均設(shè)有多組，且多組所述凸脊與第一流道呈交錯排列設(shè)置。

優(yōu)選的，所述直邊流道為相鄰兩排所述D型凸起的直邊對直邊排列形成。

優(yōu)選的，所述曲邊流道為相鄰兩排所述D型凸起的曲邊對曲邊排列形成。