[發明專利]質子交換膜燃料電池免粘焊密封結構的金屬雙極板

有效

• 申請號: 202110878363.5
• 申請日: 2021-08-02
• 公開（公告）號: CN113346099B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 張波;梅德慶;汪延成
• 申請（專利權）人: 愛德曼氫能源裝備有限公司
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/026;H01M8/0276;H01M8/1007
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 黎雙華;吳輝輝

本發明涉及燃料電池技術領域，具體為質子交換膜燃料電池免粘焊密封結構的金屬雙極板，包括雙極板主體、燃料孔、排液孔和氧氣孔，所述雙極板主體包括陽極板，所述陽極板的外表面開設有第一流場，所述第一流場的兩側皆設置有燃料孔、排液孔和氧氣孔，且燃料孔、排液孔和氧氣孔貫穿陽極板設置，所述第一流場的內部均勻分布有導氣條和分流機構，所述陽極板的背面開設有內嵌槽，且內嵌槽內部嵌合有陰極板，所述陰極板的外表面均勻開設有立體導流槽，所述陰極板的背面開設有第二流場。本發明具有流場分壓機構，使充氫更加均勻，提高發電率，具有防水逆和續流結構，解決交換膜表面發生水淹現象和交換膜表面過干的問題。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，具體為質子交換膜燃料電池免粘焊密封結構的金屬雙極板。

背景技術

質子交換膜燃料電池是一種通過質子交換膜將氫氣中的質子與電子分離，電子通過雙極板導出，從而完成電的轉化，金屬雙極板不但起到導電的作用，還起到分配氫氣燃料、氧氣、排水和散熱的作用。

公開號為CN110581287A的中國發明專利公開了質子交換膜燃料電池免粘焊密封結構的金屬雙極板，由陰極板和陽極板組成，雙極板的陰極腔和陽極腔、冷卻劑腔均采用密封圈通過組裝力密封；陰極板和陽極板流場氣體進出口采用在極板上開孔方式導入。先后分次將較軟的A橡膠和較硬的B橡膠，注塑成型密封圈和氣體通道膠條、冷卻劑通道膠條；A橡膠邵氏硬度為35-45A，B橡膠邵氏硬度為70-80A；密封膠條和通道膠條實現密封和通道功能，利用低硬度A橡膠材料的壓縮彈性對金屬雙極板陰極腔、陽極腔和冷卻劑腔進行隔離密封，實現冷卻劑腔與氣腔結構全采用組裝力控制的均衡密封，保證并提高雙極板耐壓能力和密封性，降低燃料電池成本，可靠經濟壽命長，支持燃料電池電堆工作過程穩定運行。

其通過將雙極板的陰極腔和陽極腔、冷卻劑腔均采用密封圈通過組裝力密封，解決了需要焊接的問題，上述文獻中描述“陰極板和陽極板流場氣體進出口采用在極板上開孔方式導入”并未做流場針對性結構設計，這樣會帶來一些問題，其一，氫燃料的流場無分壓設計，易造成遠離氫燃料進口的部分充氫不足，發電不充分。

其二，氧氣與排水流場無分流設計，易造成水淹，無續流設計，易導致交換膜過干，增加電阻，影響電力輸出。

因此亟需設計新型的質子交換膜燃料電池免粘焊密封結構的金屬雙極板來解決上述問題。

發明內容

本發明的目的在于提供質子交換膜燃料電池免粘焊密封結構的金屬雙極板，以解決上述背景技術中提出的遠離氫燃料進口的部分充氫不足易造成水淹以及無續流設計易導致交換膜過干，增加電阻，影響電力輸出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：質子交換膜燃料電池免粘焊密封結構的金屬雙極板，包括雙極板主體、燃料孔、排液孔和氧氣孔，所述雙極板主體包括陽極板，所述陽極板的外表面開設有第一流場，所述第一流場的兩側皆設置有燃料孔、排液孔和氧氣孔，且燃料孔、排液孔和氧氣孔貫穿陽極板設置，所述第一流場的內部均勻分布有導氣條和分流機構，所述陽極板的背面開設有內嵌槽，且內嵌槽內部嵌合有陰極板，所述陰極板的外表面均勻開設有立體導流槽，所述陰極板的背面開設有第二流場，所述排液孔和氧氣孔均與第二流場連通，所述立體導流槽均勻分布于第二流場內，所述內嵌槽內部嵌合有密封圈，且密封圈另一端嵌入陰極板內。

優選的，所述導氣條呈傾斜排布，所述燃料孔的內部開設有通氣槽，且燃料孔通過通氣槽與第一流場連通，相鄰的兩個所述導氣條間隔從靠近通氣槽往遠離通氣槽一側遞進式均勻擴大。

優選的，所述分流機構包括第一分流桿和第二分流桿，所述第二分流桿之間的間距為第一分流桿間距的兩倍，且相鄰兩個所述第一分流桿的低洼處深度是相鄰兩個第二分流桿低洼處深度的兩倍。

優選的，所述第二流場的兩端呈斗形匯聚至排液孔處，且第二流場的兩側底部呈楔形，靠近排液孔的一側低于遠離排液孔的一側。