[發明專利]一種空冷型燃料電池陽極板

在審

• 申請號: 202110386846.3
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN112968189A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 李偉;寧洪濤;龔興軍;胡玉鳳
• 申請（專利權）人: 張家口市氫能科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0206
• 分類號: H01M8/0206;H01M8/0208;H01M8/0258;H01M8/0263;H01M8/0267;H01M8/1007
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一種空冷型燃料電池陽極板，陽極板包括進氣口、出氣口、進口氣體分配區、出口氣體匯流區、流場區、接觸區，進氣口和出氣口位于靠近寬度方向的側邊，且為中心對稱結構，進口氣體分配區和出口氣體匯流區分別與進氣口和出氣口連通，且為中心對稱結構，流場區為蛇形流道結構，且反應氣體流經每條流道的長度相同，接觸區與陰極板相接觸，形成用于冷卻和導電的雙極板結構。本申請的優點在于：陽極板使用金屬板料直接沖壓成型，加工方便，采用條蛇形流道將流場區均勻分成多個部分，每條蛇形流道長度相同，且與陰極板的接觸點均勻分布，使陽極板與陰極板緊密壓實，保證散熱效果，提高導電性能，利用本申請制作的電堆運行穩定，性能得以提高。

技術領域

本申請屬于燃料電池技術領域，尤其涉及一種空冷型燃料電池的陽極板。

背景技術

近幾年，燃料電池由于高效、無污染受到很多國家的重視，并在眾多領域有著廣泛的應用。其中，質子交換膜燃料電池結構簡單、工作溫度低、啟動速度快，其利用氫氣、氧氣作為反應物，產生電、熱、水，由于不受卡諾循環的限制，且反應排放物為水，質子交換膜燃料電池具有能量轉化效率高、環境友好等特點，是目前市場上最受歡迎的燃料電池。

雙極板是燃料電池的重要組成部分，在燃料電池中起到收集電流、氣體分配、支撐膜電極以及水管理、熱管理的作用，并占據電池堆重量和成本的絕大部分。目前，燃料電池雙極板材料主要有三類：石墨材料、復合材料和金屬材料。金屬雙極板不存在氣密性問題，即使很薄的金屬板也可以保證良好的機械強度，因此可以極大降低電堆的體積和重量，同時由于金屬具有較高的熱導率，電堆內部溫度梯度小，也有利于提高電堆內部溫度的均勻性，因此利用金屬薄板沖壓成型制備雙極板，是近年研究的熱點。

燃料電池需要冷卻子系統將反應產生的多余熱量及時帶走以維持電堆的穩定工作，按照冷卻介質的不同，質子交換膜燃料電池(PEMFC)又可以分為水冷型和空冷型，其中空冷型電堆用空氣取代水作為電堆的冷卻劑，風機在為燃料電池供應空氣的同時將燃料電池內部的熱量排出，減少了電堆系統的輔助設備，被廣泛應用于便攜式電源、無人機等領域。

為了減少風機的流動阻力，空冷型質子交換膜燃料電池的陰極板流場通常設計成與大氣相通的平行直道，風機將空氣從陰極板流場的一邊吹入平行直道，空氣經反應后攜帶熱量從另一邊被排出電池，空冷型質子交換膜燃料電池的陰極板從其側面看總是在空氣平行直道處下凹，在空氣平行直道間的筋處上凸。

中國專利CN1996647公開的質子交換膜燃料電池薄金屬雙極板，雖然在陰陽極板間省略了冷卻流場，降低了組裝厚度，然而陰陽極流場只利用了一側流道，陰極流場即作為反應氣流道也作為冷卻氣流道，雖然可用于空氣冷卻型電堆，但冷卻效果不佳。

現有的金屬雙極板流場設計，主要存在以下幾點問題：1、以氣體流場分布為主，很少兼顧冷卻液流場，燃料電池電堆的內部冷卻效果不均一；2、若采用帶有專門冷卻板的三層板結構，會導致電堆的體積加大，增加了雙極板結構復雜性和其加工工藝的難度，增加了雙極板界面電阻導致燃料電池電堆的內阻增大；3、不帶通孔的沖壓金屬薄板，膜電極產生的水汽或液態水，只能通過毛細管作用擴散到流道內，通過冷卻氣流帶走，當燃料電池工作在大電流密度工況時，流場凸起部分對應的膜電極區域排水困難，容易造成水淹，導致性能下降。

發明內容

本申請要解決的技術問題是提供一種空冷型燃料電池陽極板，其技術方案如下：

一種空冷型燃料電池陽極板，所述陽極板包括進氣口、出氣口、進口氣體分配區、出口氣體匯流區、流場區、接觸區。

所述陽極板通過金屬板料沖壓成型，所述金屬板料的厚度在0.05～0.5mm，材質包括不銹鋼或者鈦材。

優選地，所述金屬板料的厚度為0.1mm，材質為鈦材。

所述進氣口和出氣口位于靠近寬度方向的側邊，外形為圓形或者鍵槽形，且為中心對稱結構。

優選地，所述進氣口和出氣口的外形為完全相同的鍵槽形。