[实用新型]一种质子交换膜燃料电池的双极板

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别提供了一种质子交换膜燃料电池的双极板。

背景技术

质子交换膜燃料电池是燃料电池的一种，是一种直接将燃料的化学能通过电化学反应转化为电能的发电装置。在阳极一侧，燃料(氢气)在催化剂的作用下解离为H⁺，H⁺通过质子交换膜到达阴极，与O₂反应生成水。其中，氢气(燃料)与氧气(氧化剂)是分别通过刻有不同导流槽的双极板到达电池的阳极和阴极，然后通过电极的扩散层扩散至各自的反应区域，完成整个转化过程的。

在电池的各组件中，极板起着重要的作用。它的表面刻有不同的导流沟槽，用以传递燃料与氧化剂，同时排出反应生成的水与反应剩余的废气；导流沟槽的棱则与电极的扩散层基底紧密结合，形成了电子传递的通道，因此，双极板上导流沟槽的分布与形态决定了反应气体与工作电流的分布，以及电堆的热稳定性能，从而影响着电池的性能。

对于常规的质子交换膜燃料电池极板而言，其导流沟槽的形态以蛇形为主，且为密闭式，其反应热的排放是依靠专用的水路流场板以及循环的冷却水。

因而，常规的质子交换膜燃料电池极板具有以下特点：密闭式蛇形反应导流沟槽，专用的水路流场；其缺陷在于：需要高压的反应气体，以及冷却水路，增加了极板的数量，从而增加了系统的复杂性和功耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种质子交换膜燃料电池双极板，其可以简化常规的质子交换膜燃料电池系统，而且加工简单，可以简化电池结构，提高电池的便携性，降低成本，提高气体的利用率。

本发明的双极板是一种两面刻有不同形状导流槽的石墨碳板。阴极一侧刻有8-50条空气导流槽，该导流槽呈直线形，由极板的一侧直接穿到另一侧；阳极一侧刻有密闭式蛇形氢气导流槽，由气体入口到气体出口是连续的。直接利用外置轴流风机提供常压空气，为电池反应提供氧化剂，同时，为电堆提供冷却。

所述的多条空气导流槽为直线形，且相互平行，呈等间距设置。

本发明具有以下特点：

(1)直线形空气导流槽与大气相通，常压空气即可容易的通过，且多条平行、等间距分布，增强了气体的均匀分布性；

(2)空气导流槽既是反应通道，又是冷却通道，大大提高了气体的利用率，简化了系统；

(3)空气导流槽与氢气导流槽设置于同一极板，减少了极板的需求量，减轻了系统的重量，降低了成本。

附图说明

图1为本发明中质子交换膜燃料电池双极板侧面结构示意图；

图2为本发明中质子交换膜燃料电池双极板空气侧的结构示意图；

图3为本发明中质子交换膜燃料电池双极板氢气侧的结构示意图。

具体实施方式

1.采用单层碳纤维板制备的双极板(如图1)，长、宽分别为100mm、60mm，板厚3mm。空气侧导流槽侧如图2所示，进口与出口均与大气相通，沟槽宽，棱宽；氢气侧导流槽如图3所示，为一条连续的蛇形流道，沟槽宽，棱宽。

2.采用Dupont112膜，制备多孔气体电极，Pt/C催化剂，组装成20对的电池组。

3.电池运行时，空气导流槽竖直放置，上侧为出口，下侧为入口，通过上侧的轴流风机提供反应和冷却所需的常压空气。氢气导流槽横向放置，上口为进口，下口为出口。

4.电池组运行时，氢气的压力为0.02MPa，排气量为零。工作温度为40℃，单片工作电压为0.6V时，工作电流为22A，电流密度为0.55A/cm²。