[发明专利]一种增强燃料电池电堆散热的双极板

说明书

技术领域

    本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种增强燃料电池电堆散热的双极板。

背景技术

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种直接把氢气和氧化剂的化学能转化为电能的发电装置，由于不受卡诺循环限制，其能量转化效率高；同时水是唯一产物，对环境友好。因此，燃料电池技术被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。

    燃料电池电堆如图1所示，主要由膜电极组件(MEA)，双极板和其他辅助部件组成。为了提高燃料电池的输出功率，通常将若干个单体电池通过直叠或者平铺的方式堆叠在一起，再加上集流板、绝缘板、端板等附件，组成燃料电池电堆。

质子交换膜燃料电池内发生的反应为：

燃料电池电堆正常工作温度在30^oC~70^oC。若温度太低，反应生成的水会凝结，堵塞气体通道，电堆的性能就变差；若温度太高，膜电极缺水，质子交换膜将无法正常工作甚至损坏。一般在工作时，需要对电堆进行降温，根据降温方式的不同，电堆分为水冷型电堆和空冷型电堆。水冷型电堆是指将循环的水通过电堆内部来起到降温的作用；空冷型电堆则是使流动的空气通过设有空气流道的双极板，通过调节风扇的转速来控制电堆的温度。空冷型电堆结构简单、易制作、易维修，然而受风扇散热功率与电堆自身需要一定水分才能工作的限制，空冷型电堆的功率一般不能做到很大，且电堆性能也不如水冷电堆。

发明内容

为了克服现有空冷型电堆存在的不足，本发明提供一种增强燃料电池电堆散热的双极板，该极板能增强空冷型燃料电池电堆的散热效果，提高电堆性能，显著减少风扇的能耗。

本发明的技术方案是：增强燃料电池电堆散热的双极板，双极板的两侧分别有流道，其改进之处是双极板内设有与所述流道相隔离的通孔。

所述通孔与流道相平行；所述通孔的横截面为圆、椭圆、多边形或其它不规则形状；单个双极板的通孔数为1个或多个；单个通孔的横截面面积为0.005mm²～50mm²。

本发明提供的双极板用于组装空冷型燃料电池电堆，由于通孔的设置，风机转动时一部分冷风通过通孔对电堆起到降温作用，能显著增强电堆的散热效果，提高电堆性能，减小风机能耗，同时也减小了双极板的重量，进而降低电堆重量。通孔与流道不连通，避免干扰，不会影响电堆的正常反应。通孔与流道平行，能增强通风散热效果，也可根据结构需要，通孔与流道不平行。通孔的其它相关参数根据电堆散热需要确定。

附图说明

图1为本发明的双极板组装的燃料电池电堆结构示意图。

具体实施方式

参见图1，空冷型电堆由双极板40、碳纸50a与50b、质子交换膜60交替堆叠而成。一般碳纸50a、50b与质子交换膜60模压在一起，称为MEA膜电极。双极板40两侧分别设有氢气和空气流道，氢气通过入口进入双极板的氢气流道（图中未画出），在碳纸50a与质子交换膜60中的催化剂上发生反应，生成氢离子与电子，氢离子透过60，与碳纸50b附近空气中的氧气发生反应生成水。槽30为空气流道，通过外置风机为反应提供氧气，凸起的脊20与碳纸50b紧密接触，传导反应中产生的电子。通孔10位于双极板40内部，与氢气流道和空气流道不连通，相互独立通气。风机转动时一部分冷风通过通孔10对电堆起到降温作用。通孔10的大小和数量可根据实际散热需要确定，需要散热量大，可增大通孔10的横截面积或者增加通孔10的数量；若需要散热量小，可相应减小通孔10的横截面积或者减少通孔10的数量。通孔10的位置也可以随意变换，只要不与氢气和空气流道连通即可。实施例1、2、3的通孔横截面积分别为0.2mm²、3.14mm²和28.3mm²。

需要指出的是，该实施例中通孔与空气流道相平行，通孔的横截面为圆形，本发明并不限于此。