[發(fā)明專利]一種雙極板結(jié)構(gòu)及燃料電池

在審

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• 申請日: 2022-11-15
• 公開（公告）號: CN115799555A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 明平文;胡科峰;楊代軍;李冰;張存滿
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學(xué)
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/026;H01M8/0267;H01M8/0263;H01M8/1007
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 陳金星

本發(fā)明涉及一種雙極板結(jié)構(gòu)及燃料電池，包括陽極板和陰極板，陽極板的第一側(cè)設(shè)有陽極凹槽，陽極凹槽在陽極板的第二側(cè)形成陽極凸脊，陽極凹槽作為陽極流道，相鄰的陽極凸脊之間形成第一流道；陰極板的第二側(cè)設(shè)有陰極凹槽，陰極凹槽在陰極板的第一側(cè)形成陰極凸脊，陰極凹槽作為陰極流道，相鄰的陰極凸脊之間形成第二流道；陽極板與陰極板相互嵌套，陰極凸脊裝配在第一流道內(nèi)，陽極凸脊裝配在第二流道內(nèi)，陽極板與陰極板之間的間隙形成冷卻液流道。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過極板相互嵌套得到雙極板，雙極板的厚度取決于兩側(cè)流道最大槽深與極板基材厚度，充分減小了雙極板的厚度，極大地提高了電堆體積比功率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種雙極板結(jié)構(gòu)及燃料電池。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)是一種以氫氣為燃料、以氧氣或空氣為氧化劑的電化學(xué)發(fā)電裝置，具有無污染，能量轉(zhuǎn)換率高和響應(yīng)速度快等優(yōu)點，被認為是最清潔和高效的新能源發(fā)電裝置。目前，根據(jù)應(yīng)用場景需要，對電堆的功率需求越來越大，而為了保證功率，電堆的體積會隨之增大，因此，在一些布置空間相對局促的場景下，進一步提高電堆的體積比功率密度從而減小電堆整體體積尤為重要。

現(xiàn)有技術(shù)中，提高體積比功率密度的實現(xiàn)方式除提高整體電池發(fā)電性能外主要是通過減小發(fā)電節(jié)單元(一節(jié)MEA加一節(jié)雙極板為一個節(jié)單元)的厚度實現(xiàn)。目前，減小膜電極(membrane electrode assembly，MEA)厚度的主要方式是采用更薄的氣體擴散層，常用的減小雙極板厚度的手段是采用更薄的金屬基材和更淺的流道深度，但這樣又容易出現(xiàn)極板變形及流道排水困難的問題。

經(jīng)查詢，現(xiàn)有研究中，在超薄金屬雙極板的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面涉及較少。

專利申請CN112768720A公開了一種一板三場式超薄燃料電池雙極板結(jié)構(gòu)，其雙極板包括具有流道尺寸結(jié)構(gòu)的單極板與分隔氣體流道與冷卻液流道的平面蓋板，該結(jié)構(gòu)將三種流場集中到一塊板上，較大減小了雙極板厚度，進而減小電堆體積提高電堆體積比功率密度。但該結(jié)構(gòu)分隔氣體流道與冷卻液流道的平面蓋板與流道結(jié)構(gòu)的極板之間需要保持密封，故需要大量需要密封的區(qū)域，大大提高了應(yīng)用的工程量。

專利申請CN113206269A公開了一種單板三腔式燃料電池雙極板，雙極板兩側(cè)為陰陽極側(cè)，冷卻液流道處于厚度方向內(nèi)。其有效的降低了多片雙極板堆疊的總厚度，減小電堆體積。但該結(jié)構(gòu)的冷卻液流道處于厚度方向內(nèi)，其實現(xiàn)工藝復(fù)雜，較難實用。

專利申請CN112164810A公開了一種超薄金屬雙極板，其氣體流道具有不同槽深的溝槽，陰陽極板的背面相互扣合，氣體溝槽完全錯開，兩極板背面通過分散的倒點支撐點形成電接觸，不接觸的地方形成冷卻液流通的空腔，所述空腔形成不同槽深的冷卻液流道，兩極板相互嵌套，雙極板總厚度減小，體積比功率密度大大提升。但該結(jié)構(gòu)流道結(jié)構(gòu)深度不同結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，而且冷卻液的流通路徑位于兩極板嵌套間的間隙，流通區(qū)域小，易由于加工偏差導(dǎo)致不同區(qū)域的流通路徑變形或堵塞。而且為了保證冷卻液的流通，極板間的間隙尺寸需要保證，故其厚度減小空間有限。

專利CN204668393U公開了一種質(zhì)子交換膜燃料電池用金屬雙極板，其兩極板間通過凸起與凹槽相互配合嵌套而成，配合后的凹槽和凸起之間設(shè)置為冷卻液流通的間隙。該發(fā)明能夠有效降低雙極板的厚度，但該結(jié)構(gòu)兩極板之間的接觸無直接平面接觸，主要通過凸起與凹槽的斜面接觸，難以保證有效的接觸面積，可能會造成極板間接觸電阻大或者局部應(yīng)力較大而變形。而且該結(jié)構(gòu)冷卻液流通間隙太小，可能會造成冷卻液流通不暢，換熱不均。

綜上，有必要提供一種新的超薄金屬雙極板結(jié)構(gòu)設(shè)計，以提高電堆的體積比功率密度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種雙極板結(jié)構(gòu)及燃料電池。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：