[发明专利]一种燃料电池电堆用双极板及燃料电池电堆

说明书

一种燃料电池电堆用双极板，包括双面刻蚀有流场的金属板及金属板四周边缘的导热金属翅片；所述导热金属翅片垂直于金属板四周周边设置；所述金属板的材料为镀贵金属的不锈钢板、镀贵金属的铝板、镀贵金属的钛板、镀贵金属的钛合金板、镀贵金属的铝合金板中的一种。所述贵金属为铂、金、银、钯、铱中的一种或两种以上的合金。所述导热金属翅片由铜、铝、金、银、镍中的一种或两种以上的合金。采用所述双极板的燃料电池电堆，包括依次交替层叠的双极板和膜电极，以及位于层叠后组件两端的端板，当电堆在不低于‑20℃贮存与启动时，所述膜电极中的水含量不高于12g/cm²。与现有技术相比本发明具有低能耗、实施方便等的优点。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体的说涉及一种燃料电池电堆用双极板及适用于低温环境下贮存及启动的采用该双极板的燃料电池电堆。

背景技术

燃料电池在户外使用时不可避免地会遇到低温(零下)环境，在低温下水冰相变会对MEA造成损伤，因此控制膜电极的水含量是解决燃料电池低温使用的关键。低温储存时，电池内水含量要低以避免水冰相变带来的损伤，低温启动时，水含量要适中，既确保膜的电导率不能太低，又要防止阴极水结冰过多阻碍氧传质。

针对上述问题，目前的解决办法分为：1)保温2)启动时快速升温3)除水。其中除水的方式又分为：气体吹扫、抽真空除水、毛细排水、温差驱动除水，常见的是用氮气吹扫除水，但该方法需额外耗能。抽真空除水在实验室易实现，但在电池系统中并不可行。利用温差驱动除水，无需额外耗能且实施方便。

温差驱动除水的原理是利用温度差引起的化学势差进行水的传递，具体如下：燃料电池单池各组件的热导率不同，所处环境亦不同，在降温过程中各组件存在温度差。温度不同，水的化学势也不同，水会从化学势高的区域传向化学势低的区域，通过合理设置这一温差，使水在降温过程中由膜向极板方向的传质通量增大，以减小结冰对MEA的破坏。燃料电池电堆在降温过程中，中部温度高，两端温度低，水会向低温测移动。

发明内容

一种燃料电池电堆用双极板，包括双面刻蚀有流场的金属板及金属板四周边缘的导热金属翅片。

所述金属板为长方形金属板，所述导热金属翅片为长方形，以垂直于金属板与导热金属翅片连接处的方向为导热金属翅片长度方向，所述导热金属翅片的长度与宽度的比为5:1-15:1；导热金属翅片的厚度小于等于金属板厚度；所述导热金属翅片的宽度与相邻两个导热金属翅片间距离的比为1:4-1:2；所述导热金属翅片的总面积与金属板面积的比为1:4-1:1.5。

所述导热金属翅片垂直于其与金属板连接的金属板四周周边中的一条边设置，且导热金属翅片与金属板处于同一平面上。

所述金属板的材料为所述金属板的材料为镀贵金属的不锈钢板、镀贵金属的铝板、镀贵金属的钛板、镀贵金属的钛合金板、镀贵金属的铝合金板、渗氮不锈钢板、渗氮铝板、渗氮钛板、渗氮钛合金板、渗氮铝合金板中的一种。所述贵金属为铂、金、银、钯、铱中的一种或两种以上的合金。

所述所述导热金属翅片由铜、铝、金、银、镍中的一种或两种以上的合金。

一种所述双极板的燃料电池电堆，包括依次交替层叠的双极板和膜电极，以及位于层叠后组件两端的端板，在燃料电池降温过程中，双极板与膜电极之间由于降温速率不同产生的温度差驱动水汽从膜电极迁移到双极板，从而降低膜电极内部的水含量，本发明采用带有导热金属翅片的金属双极板，通过提高散热面积，提高其降温速率，增加其与膜电极的温度差，提高两者中水的化学势差，使水从膜电极流向极板，解决低温下燃料电池电堆的储存与启动问题，当电堆在不低于-20℃贮存与启动时，所述膜电极中的水含量不高于12g/cm²。