[發明專利]一種用于除濕的燃料電池雙極板及其燃料電池電堆

有效

• 申請號: 202110350614.2
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN112928308B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 涂正凱;趙俊杰;常華偉
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M8/04119
• 分類號: H01M8/04119;H01M8/0202;H01M8/0263;H01M8/1004;H01M8/2465
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 尚威;孔娜

本發明屬于燃料電池相關技術領域，并公開了一種用于除濕的燃料電池雙極板及其燃料電池電堆。該雙極板包括基板和設置在基板上的陰極流場、陽極流場和除濕孔，基板上半部分的正面和反面上均設置有凹槽，該凹槽作為氣體的流道，分別形成陰極流場和陽極流場，所述基板下半部分設置有除濕孔，陰極氣體從所述陰極流場流入除濕孔中。本發明還公開了燃料電池電堆，包括上端板、下端板、雙極板、膜電極和除濕器，上端板和下端板之間設置有多個平行排列的雙極板，該多個平行排列的雙極板下方的除濕孔與上端板和下端板形成封閉的空腔，除濕器放置該空腔中，陰極氣體在空腔中除濕。通過本發明，緩解燃料電池內部的水淹問題，保持電池內部良好的水管理能力。

技術領域

本發明屬于燃料電池相關技術領域，更具體地，涉及一種用于除濕的燃料電池雙極板及其燃料電池電堆。

背景技術

水管理是質子交換膜燃料電池維持高效穩定運行的關鍵。電池流道是電池系統中唯一與外界發生質量交換的部分，也是電池內水分從系統中移除的唯一通道。流道內的水分如不能及時移除，不僅會影響反應氣體的傳輸，限制了氧氣與催化層接觸進行反應，增大系統壓降，使電池電流分布不均，降低電池性能，更為甚者將影響電池的運行安全。

針對上述的問題，尾氣除濕是一種有效緩解電池內部水淹的方法，可以在電堆內部與電堆出口氣體之間強制形成高水蒸氣濃度梯度差，加速電池內部的水蒸氣排出并冷凝成液體。現有的燃料電池電堆中除濕的方法中大都采用專門的除濕裝置，或者專門的除濕系統，對于整個燃料電池電堆而言，結構相對復雜，且成本高。同時，由于除濕裝置距離電堆出口較遠，減小了電堆內部與出口氣體之間的水蒸氣濃度梯度差，導致冷凝除濕的效果不明顯。且出口氣體通過管道匯集在一起后再通入除濕裝置，減小了換熱面積，降低了換熱效果。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種用于除濕的燃料電池雙極板及其燃料電池電堆，通過在雙極板上設置除濕孔，多個通孔與上下端板形成空腔，使得氣體流場與除濕器空腔集成在燃料電池雙極板上，除濕器設置在氣體流場下方，距離近，二者之間的水蒸氣濃度高，冷凝效果好，極大緩解燃料電池內部的水淹問題，保持電池內部良好的水管理能力。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種用于除濕的燃料電池雙極板，該雙極板包括基板和設置在基板上的陰極流場、陽極流場和除濕孔，其中，

所述基板上半部分的正面和反面上均設置有凹槽，該凹槽作為氣體的流道，分別形成陰極流場和陽極流場，所述基板下半部分設置有除濕孔，該除濕孔為通孔，所述陰極流場與所述除濕孔相連，陰極氣體從所述陰極流場流入所述除濕孔中。

進一步優選地，所述陽極流場的凹槽呈Z型分布，氣體從所述基板的一側進入，另一側流出。

進一步優選地，所述陰極流場中的凹槽為多個且沿縱向平行排列的波浪形流道，每個凹槽的底部均與所述除濕孔連通。

進一步優選地，所述基板中間設置有冷卻流道，該冷卻流道介于所述陰極流場和陽極流場之間，用于冷卻所述陰極流道和陽極流道中的氣體。

進一步優選地，所述雙極板的兩側均設置有密封槽，用于安裝密封圈。

按照本發明的另一個方面，提供了一種燃料電池電堆，該燃料電池電堆包括上端板、下端板、上述所述的雙極板、膜電極和除濕器，其中，

所述上端板和下端板之間設置有多個平行排列的所述雙極板，彼此相鄰的所述雙極板的陰極流場和陽極流場相對設置，且相鄰的雙極板之間設置有膜電極，相鄰的所述雙極板的陰極流場和陽極流場中的陰極氣體和陽極氣體在所述膜電極上的催化劑的作用下發生反應；所述多個平行排列的雙極板的除濕孔與所述上端板和下端板形成封閉的空腔，所述除濕器放置該空腔中，反應后的氣體從所述陰極流場進入所述除濕器中進行除濕。

進一步優選地，所述除濕器采用物理吸附除濕或化學反應除濕。