[發(fā)明專利]一種空冷型燃料電池電堆及其金屬雙極板

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011374724.4
• 申請(qǐng)日: 2020-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN114583204A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃浩;孫繼勝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 永安行科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/0267
• 分類號(hào): H01M8/0267;H01M8/0258;H01M8/0263;H01M8/026;H01M8/04014
• 代理公司: 常州易瑞智新專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32338
• 代理人: 徐琳淞

本發(fā)明公開了一種空冷型燃料電池金屬雙極板，包括層疊固定連接的陽極板和陰極板，陽極板與陰極板相背的面為反應(yīng)氣體流通面，陽極板與陰極板相對(duì)的面為冷卻面；陽極板的反應(yīng)氣體流通面上平行設(shè)置有多條沿陽極板長(zhǎng)度方向延伸的燃料氣體第一流道；陰極板的反應(yīng)氣體流通面上平行設(shè)置有多條沿陰極板寬度方向延伸的燃料氣體第二流道；相鄰兩條燃料氣體第二流道之間設(shè)有多個(gè)連通相鄰兩條燃料氣體第二流道的擴(kuò)散槽；陰極板的冷卻面上平行設(shè)置有多條沿陰極板寬度方向延伸的冷卻氣體流道；冷卻氣體流道與燃料氣體第二流道間隔布置，并且均貫穿陰極板寬度方向的兩側(cè)。本發(fā)明裝配和制備難度低，能有效改善雙極板脊下氧濃度，改善燃料電池內(nèi)部水熱分布。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，特別涉及一種空冷型燃料電池電堆及其金屬雙極板。

背景技術(shù)

在現(xiàn)有的空冷型燃料電池中，燃料電池的極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)主要有兩種，一種是以石墨作為基板，利用CNC加工方式形成流場(chǎng)結(jié)構(gòu)；另一種是以金屬薄板作為基材通過一定的成型方式(如沖壓成型、液壓成型及輥壓成型等)，形成一定槽狀型形狀作為氣體流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。選用石墨作為基板材料主要是因?yàn)槭哂袃?yōu)良的導(dǎo)電性能及耐腐蝕性能，所形成的極板無需進(jìn)行表面處理即可使用且接觸電阻小，能有效地降低因接觸電阻而導(dǎo)致的電堆性能下降；但其缺點(diǎn)也非常明顯，重量與體積較大，石墨板容易脆，為了保證極板的強(qiáng)度，使得電池厚度在3mm以上，且量產(chǎn)效率較低，制造成本較高，難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化大批量生產(chǎn)。而選用金屬薄板作為基板材料目前主要有以下三種方案：

方案一：申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910183783.0的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開的一種《空冷型燃料電池堆金屬雙極板》，包括金屬?zèng)_壓的橫向貫通平行流場(chǎng)陰極板，和蛇形流場(chǎng)或兩端匯集平行流場(chǎng)陽極板，陰、陽極板背向疊合，周面通過焊接或粘接密封，兩板背合面構(gòu)成冷卻介質(zhì)通道，使得在較低的風(fēng)壓下仍可獲得較好的冷卻效果，不需要增加額外的冷卻流場(chǎng)，提高了電堆的散熱性能，提升了電堆的整體性能。其缺點(diǎn)在于：燃料電池內(nèi)部水熱分布不合理，膜電極在脊下因電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的水無法排出而會(huì)導(dǎo)致膜電極被水淹的現(xiàn)象。

方案二：申請(qǐng)?zhí)枮镃N202010379776.4的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開的一種《空氣流道組件、燃料電池空冷堆雙極板及制備方法》。其中，燃料電池空冷堆雙極板用的空氣流道組件通過上下兩層流道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。第二通孔將歸為一組的兩列相鄰第一通孔之間連通，空氣在從兩層重疊的第一通孔進(jìn)入到單層的第二通孔中，空氣會(huì)有部分的壓力損失與強(qiáng)化傳質(zhì)，強(qiáng)化傳質(zhì)將會(huì)有效地提高電堆的功率。并且這種交錯(cuò)流道結(jié)構(gòu)使得空冷堆內(nèi)部水分不易被空氣氣流帶走，解決了空冷堆空氣直流道技術(shù)中電堆運(yùn)行經(jīng)常出現(xiàn)缺水問題。其缺點(diǎn)在于：電堆體積功率密度低，極板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，且制造成本高。

方案三：申請(qǐng)?zhí)枮镃N201922282205.4的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開的《一種風(fēng)冷燃料電池陰極流場(chǎng)結(jié)構(gòu)》，包括流場(chǎng)板本體、陰極流場(chǎng)區(qū)域和陽極氣體流道；在陰極流場(chǎng)區(qū)域設(shè)置有陰極流道脊，相鄰陰極流道脊構(gòu)成陰極流道槽；在陰極流道槽內(nèi)設(shè)置有附板，通過附板將陰極流道槽分割成上下兩部分，并在附板上設(shè)置有成列布置的翹片，翹片的翹起部分所在的附板區(qū)域形成連通陰極流道槽上部與陰極流道槽下部的通孔。從而不僅能夠增加燃料電池陰極反應(yīng)區(qū)域的氣體擴(kuò)散能力，降低因濃差極化所導(dǎo)致的大電流密度下的電池內(nèi)阻，提升電堆大電流狀態(tài)下的功率密度，提高燃料電池的性能，而且能夠提高電堆的散熱效率，降低單電池厚度與重量的效果，還能夠確保流場(chǎng)板的強(qiáng)度和燃料電池的耐沖擊能力。其缺點(diǎn)在于：極板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝復(fù)雜，不利于批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低，且制造成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種空冷型燃料電池電堆及其金屬雙極板來解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。