[發(fā)明專利]適用于空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池的模塊化空冷散熱板

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011118501.1
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112331881B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉高陽;侯法國;柳小祥;王新東
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/04014;H01M8/0258;H01M8/0267;H01M8/028;H01M8/2457
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發(fā)明提供了一種適用于空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池的模塊化空冷散熱板，涉及PEM燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，能夠?qū)щ娦阅軓?qiáng)、散熱效果好且反應(yīng)氣體密封性能優(yōu)異，能夠達(dá)到減少雙極板成本與重量、增強(qiáng)PEM燃料電池系統(tǒng)可靠性的目的；該散熱板包括一個(gè)空冷流道模塊和兩個(gè)主流道模塊，所述空冷流道模塊為直流道型導(dǎo)電薄板，兩個(gè)所述主流道模塊分別設(shè)于所述空冷流道模塊的兩端；所述主流道模塊上設(shè)有用于構(gòu)成主流道的主流道通孔；所述斷面具體為正弦波狀、方波狀或鋸齒波狀；所述導(dǎo)電薄板的整體厚度為1～3mm，所述導(dǎo)電薄板材料的厚度為0.1～1mm。本發(fā)明提供的技術(shù)方案適用于PEM燃料電池散熱的過程中。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及PEM燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池的模塊化空冷散熱板。

【背景技術(shù)】

氫能技術(shù)近年來受到國家的大力支持，而PEM燃料電池是氫能技術(shù)的重要組成部分。目前PEM燃料電池根據(jù)散熱介質(zhì)的不同可分為水冷型和空冷型兩種，水冷型PEM燃料電池主要用在大功率場合，如車載燃料電池領(lǐng)域，散熱效果好，但體積龐大、系統(tǒng)復(fù)雜；而空冷型PEM燃料電池多用于一些低功率供電系統(tǒng)中，尤其是在對系統(tǒng)體積及重量要求比較苛刻的一些場景如無人機(jī)用燃料電池，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低和輕量化等優(yōu)勢。在空冷型PEM燃料電池的雙極板設(shè)計(jì)中，空冷散熱板是其中的一個(gè)關(guān)鍵，本發(fā)明通過對空氣冷卻散熱板各部分材料及形狀的研究，實(shí)現(xiàn)空冷效果良好、重量輕、系統(tǒng)安全性高的PEM燃料電池系統(tǒng)。

空冷型PEM燃料電池的主要部件包括膜電極和雙極板等。其中雙極板起支撐固定燃料電池組件、傳遞電流、導(dǎo)熱和傳質(zhì)的作用，又包括陰陽極板和冷卻散熱板。陰陽極板上分別刻有氧氣、氫氣流道，具有傳質(zhì)、傳電和傳熱的作用；冷卻散熱板可以在單電池間傳遞和匯聚電流、及加速空冷氣流通過而促進(jìn)系統(tǒng)散熱。

目前雙極板的研究集中在材料及結(jié)構(gòu)上，材料方面包括各種基體的制備和防腐涂層的選擇，結(jié)構(gòu)研究主要在于流場結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。散熱板的研究主要集中于水冷型PEM燃料電池，而在空冷型PEM燃料電池領(lǐng)域中關(guān)于冷卻散熱板設(shè)計(jì)或研究的比較少。

公開號為CN111276711A的發(fā)明專利中提出了一種由交錯(cuò)重疊的兩層空氣流道組合而成的空氣流道組件，這種交錯(cuò)重疊的兩層空氣流道組合的方案提高了空氣的傳質(zhì)效率，有效地提高了燃料電池電堆效率。但是由于沒有單獨(dú)的空冷氣體流道，在稍大功率的燃料電池電堆中，這種設(shè)計(jì)可能造成電堆的散熱能力不足。

授權(quán)公告號為CN208722996U的實(shí)用新型專利中提到了一種燃料電池空冷電堆陰極板以及雙極板。陰極板流道采用兩次或多次沖壓成型，制成的陰極流道截面呈階梯狀，突破了傳統(tǒng)技術(shù)中流道沖壓深度的極限，大幅提高了冷卻空氣及反應(yīng)空氣流道的橫截面積。但陽極主流道存在密封性差的問題，有可能造成陽極燃料氣體的泄露，存在一定的安全隱患。

授權(quán)公告號為CN210805927U的實(shí)用新型專利中提出一種包括多級反應(yīng)區(qū)流場且陰陽極側(cè)流場具有不同構(gòu)造的燃料電池雙極板，有效避免了流體流動(dòng)過程中可能出現(xiàn)的短路情況，以及有利于陰極側(cè)反應(yīng)生成水的排出。但是其中的多級反應(yīng)區(qū)未采用模塊化的分離設(shè)計(jì)，加工工藝復(fù)雜，極板成型困難。

因此，有必要研究一種適用于空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池的模塊化空冷散熱板來應(yīng)對現(xiàn)有技術(shù)的不足，以解決或減輕上述一個(gè)或多個(gè)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種適用于空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池的模塊化空冷散熱板，導(dǎo)電性能強(qiáng)、散熱效果好且反應(yīng)氣體密封性能優(yōu)異，能夠達(dá)到減少雙極板成本與重量、增強(qiáng)PEM燃料電池系統(tǒng)可靠性的目的。

一方面，本發(fā)明提供一種模塊化空冷散熱板，其特征在于，所述模塊化空冷散熱板包括一個(gè)空冷流道模塊和兩個(gè)主流道模塊，所述空冷流道模塊為直流道型導(dǎo)電薄板，兩個(gè)所述主流道模塊分別設(shè)于所述空冷流道模塊的兩端；所述主流道模塊上設(shè)有用于構(gòu)成主流道的主流道通孔；所述主流道通孔與其他和散熱板疊置的結(jié)構(gòu)上的主流道通孔匹配。