[发明专利]一种用于燃料电池的金属双极板

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及一种用于燃料电池的金属双极板。

背景技术

燃料电池是一种将化学能直接转化成电能的清洁能源技术，具有高能量转换效率、结构简单、低排放、低噪音等优点，可广泛应用于车用动力、移动电源及通信基站备用电源等领域。在燃料电池中，双极板扮演许多角色，它们在电池内分配燃料与氧化剂、串联堆中的单个电池、收集电流和支撑膜电极。双极板是燃料电池的核心部件，占据电池堆重量和成本的绝大部分，其制作材料及加工费用是燃料电池成本高的主要原因之一。当前，双极板主要采用石墨、金属材料和碳复合材料进行制作。石墨双极板的脆性大，且厚度较大，价格昂贵且制造成本高，不适合大批量生产。碳复合材料可以改善石墨双极板的性能，并在一定程度上降低双极板的成本，但其加工工艺十分复杂，且其长期稳定性尚待探索。金属作双极板，可以采用直接冲压薄板形成，易于大批量生产，且可以大幅度提高燃料电池的比能量和比功率、降低电池成本。此外，由于金属材料具有导电导热性好、机械强度高、容易薄片化、易加工等优点，而成为燃料电池双极板的主要材料。

双极板的密封性要求很高，若密封性不好则反应物质和冷却液可能会渗漏，将使电池性能下降或失去作用。例如，质子交换膜燃料电池中的氢气渗漏还可能引发危险事故。

金属双极板中包含阳极流场、阴极流场和冷却液流场，其中，阳极流场和阴极流场均为冲压形成，而冷却液流场则是在阳极单极板和阴极单极板组合后形成。如何构建冷却液流场是金属双极板设计的主要难点之一。

中国专利公开号为CN1416184A，提出了“一种质子交换膜燃料电池的金属复合双极板”，该专利的特征自述为：该双极板由两部分组成，一部分是与三合一电极相对应的条形沟槽部分，由两块形状完全对称的薄金属焊合而成，条形沟槽的凸台呈蛇形，另一部分是金属边框，它的作用是支撑和固定条状沟槽部分并形成气道和水道，边框和条形沟槽部分通过粘合或焊合成一体。

该专利中采用三部分组成双极板的方法，结构上能容易形成水流道，然而却导致了相对较厚且较重的双极板组件，因此影响了燃料电池堆的重量和容积效率。此外，该专利中的双极板焊合工艺要求很高。

中国专利公开号为CN2879433Y，提出了“隧道型燃料电池双极板”。工作中，反应气体沿导流槽流动，在接近导流孔附近随导流槽向内转道，穿至极板本体的反面，在反面越过密封圈，之后再与导流孔相通。

该专利中的隧道型双极板结构，去除了以条形平片作为密封圈跨越导流槽的辅助架桥零件，从而保证了密封圈支撑的完整性和燃料电池的密封质量。然而，需要在导流孔处设计密封圈，及解决密封圈的定位问题，在组装时需要手工完成，不利于大批量生产。

中国专利公开号为CN101572318B，提出了“一种质子交换膜燃料电池金属双极板”，金属双极板由阴极单极板和阳极单极板组合构成，阴极单极板分配区上每个凸台背面的凹坑与阳极单极板分配区上的凸台背面的凹坑呈交错排列，前后搭接，凹坑与凹坑相对搭接的部分构成连续串联的水流分配流道，此外再加上两片单极板的平行流道部分的背面沟槽组成完整的水流流道。

该专利中利用两片金属板即构建出水流流道，然而，这种水流流道的构建方法需要特殊设计的气体分配区和气体流场类型，制约了其应用范围。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于燃料电池的金属双极板，解决了当前燃料电池金属双极板制造上的反应物质和冷却液供给与密封问题、冷却液流道构建问题和焊接问题，具有密封简单可靠、工艺简单、重量轻、成本低的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于燃料电池的金属双极板，包括叠放的阳极单极板和阴极单极板，阳极单极板和阴极单极板上均对应设置有还原剂进口主流道、还原剂出口主流道、氧化剂进口主流道、氧化剂出口主流道、冷却液进口主流道和冷却液出口主流道，绕所述各个主流道均设置有环形的密封带，阳极单极板和阴极单极板在所述各个进口和出口处为同向弯折结构，焊接贴合后形成过桥结构的还原剂导流通道、氧化剂导流通道和冷却液导流通道，导流通道与密封带处于上层单极板的不同表面；还原剂进口主流道中的反应物依次经过还原剂导流通道和还原剂入口流入还原剂流道，再经还原剂出口和还原剂导出通道由还原剂出口主流道流出；氧化剂进口主流道中的反应物依次经过氧化剂导流通道和氧化剂入口流入氧化剂流道，再经氧化剂出口和氧化剂导出通道由氧化剂出口主流道流出；冷却液进口主流道中的反应物经过冷却液导流通道流入冷却液流道，再经冷却液导出通道由冷却液出口主流道流出。