[实用新型]一种质子交换膜燃料电池金属双极板

说明书

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池金属双极板。

背景技术

质子交换膜燃料电池是以氢气或甲醇为燃料，氧气或空气为氧化剂，将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的发电装置。质子交换膜燃料电池具有能量转化效率高、环境友好、低温快速启动等优点，具有广阔的应用前景。双极板是质子交换膜燃料电池的核心部件之一，具有支撑膜电极组件、均匀分布反应气体、集流导电、排出反应生成水及散热等重要功能。金属材料具有良好的导电导热性、较高的机械强度、成本低、适合批量化生产等优点，因此被认为是质子交换膜燃料电池双极板的理想材料。林政宇、张杰、刘兵和郑永平所著《PEMFC双极板的材料及制备工艺综述》分析了质子交换膜燃料电池双极板材料的优缺点，并指出表面改性的金属板是质子交换膜燃料电池双极板的发展趋势。

质子交换膜燃料电池金属双极板是由金属薄板制成的阴极单极板和阳极单极板通过焊接或粘接构成。阴极单极板和阳极单极板的左右侧均设有燃料气体腔、冷却介质腔和氧化剂气体腔，阴、阳单极板正背两面均设有凸凹沟槽构成的流场区。现有技术中，质子交换膜燃料电池金属双极板流场区的凸凹沟槽都是平面的。由于质子交换膜燃料电池电堆组装时需要一定的预紧力，普通平面流道的金属双极板表现出较强的刚性特征。膜电极组件在工作过程中存在不均匀的机械应力，会导致膜电极性能下降、寿命变短。质子交换膜燃料电池电堆长时间运行或闲置后，容易出现应力松弛现象，这会导致金属双极板与膜电极组件的接触电阻增大，进而引起质子交换膜燃料电池电堆性能及寿命的衰减。

中国专利公开号为CN101572318A，发明名称为“一种质子交换膜燃料电池金属双极板”的专利文献，将双极板分配流道设计为点状流道；中国专利公开号为CN101937997A，发明名称为“质子交换膜燃料电池金属双极板及其构成的单池和电堆”的专利文献，采用带有一定曲率的非平面弧形金属双极板用于质子交换膜燃料电池中。虽然这两种金属双极板的结构均容易实现，但是在质子交换膜燃料电池电堆预紧力的作用下均会表现出较强的刚性特征，与普通金属双极板一样不能解决质子交换膜燃料电池的机械挤压与应力松弛问题。

因此，为了解决质子交换膜燃料电池电堆中的机械挤压和应力松弛等问题而进行的质子交换膜燃料电池金属双极板的结构优化是非常必要的。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种质子交换膜燃料电池金属双极板，以克服上述现有技术的缺陷。

本实用新型为解决其技术问题采用以下的技术方案：由金属薄板制成的阴极单极板和阳极单极板组合构成；所述阴极单极板和阳极单极板背面相对，其板体上的左右侧均设有对应重合的燃料气体腔、冷却介质腔和氧化剂气体腔，其板体上的中部均设有流场区，该流场区设有多个呈弧形的相互对应的凸台和凹槽。

所述的阴极单极板，其板体上的左侧可以设有自上而下排列的氧化剂气体腔、冷却介质腔和燃料气体腔，它们分别与阳极单极板板体上左侧的自下而上排列的氧化剂气体腔、冷却介质腔和燃料气体腔完全重合；其板体上的右侧可以设有自上而下排列的燃料气体腔、冷却介质腔和氧化剂气体腔，它们分别与阳极单极板板体上右侧的自下而上排列的燃料气体腔、冷却介质腔和氧化剂气体腔完全重合；其板体上的中部设有一个阴极板流场区。

所述的阴极板流场区，其背面的凸台、凹槽可以与其正面的凹槽、凸台相互对应，即正面的凸台是背面的凹槽，正面凸台的上表面处在一个平面上，正面的凹槽是背面的凸台，背面的凸台也在一个平面上；所述的凸台、凹槽可以呈圆弧形。

所述阳极单极板和阴极单极板流场区的凸台和凹槽可以呈圆弧形或椭圆弧形。

所述的阳极单极板，其板体上的左侧可以设有自上而下排列的燃料气体腔、冷却介质腔和氧化剂气体腔，它们分别与阴极单极板板体上左侧的自下而上排列的燃料气体腔、冷却介质腔和氧化剂气体腔完全重合；其板体上的右侧可以设有自上而下排列的氧化剂气体腔、冷却介质腔和燃料气体腔，它们分别与阴极单极板板体上右侧的自下而上排列的氧化剂气体腔、冷却介质腔和燃料气体腔完全重合；其板体上的中部可以设有一个阳极板流场区。

所述的阳极板流场区，其背面的凸台、凹槽可以与其正面的凹槽、凸台相互对应，即正面的凸台是背面的凹槽，正面凸台的上表面处在一个平面上，正面的凹槽是背面的凸台，背面的凸台也在一个平面上；所述的凸台、凹槽可以呈圆弧形。

所述的金属薄板可以为不锈钢板，其板材厚度可以为0.1-0.3mm。

本实用新型与现有技术相比，具有以下主要优点：