[发明专利]燃料电池的金属双极板、燃料电池

说明书

本发明提供了一种燃料电池的金属双极板、燃料电池。该燃料电池的金属双极板包括阳极金属板与阴极金属板，阳极金属板与阴极金属板为结构相同的金属极板；金属极板具有第一表面和第二表面，第一表面上具有冲压形成的并行设置的第一流道，第二表面上具有冲压形成的并行设置的第二流道；阴极金属板与阳极金属板叠置，阴极金属板的第二表面上的第二流道与阳极金属板的第二表面上的第二流道扣合形成冷却液流道；阳极金属板上的第一流道为燃料气体流道，阴极金属板上的第一流道为氧化气体流道。应用本发明的技术方案可以解决现有技术中燃料电池的电池堆功率密度低及由于电池堆温度分布不均而造成电池局部衰减严重的问题。

技术领域

本发明涉及发电设备领域，具体而言，涉及一种燃料电池的金属双极板、燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种兼具环境友好、工作高效、使用寿命长等特点的发电装置。以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为例，燃料气体(氢气)从电池的阳极侧进入电池内部，氢原子在阳极失去电子后变成质子，质子穿过电池内部的质子交换膜到达电池阴极，同时电子经由外部回路也到达电池的阴极，在电池的阴极侧，质子、电子与氧气结合生成水。

燃料电池采用非燃烧的方式将化学能转化为电能，由于不受热力学的卡诺循环工作原理的限制，其直接利用化学能进行发电的发电效率可高达45％。燃料电池是以电池堆为核心的发电装置，燃料电池系统集成了电源管理、热管理等模块，其具有热、电、水、气统筹管理的特点。燃料电池系统产品从固定式电站，到移动式电源；从电动汽车，到航天飞船；从军用装备，到民用产品有着广泛的应用空间。

在燃料电池结构中，一般为双极板与膜电极依次叠合形成多节电池堆，从而形成功率较高的发电装置。

图1为燃料电池堆结构示意图，该燃料电池堆由第一双极板1、第一膜电极3(MEA)、第二双极板2和第二膜电极4(MEA)依次叠放而成，其中，第一双极板1和第二双极板2的上表面为阳极，第一双极板1和第二双极板2的下表面为阴极，第一膜电极3和第二膜电极4的上表面为阴极，第一膜电极3和第二膜电极4的下表面为阳极。膜电极(第一膜电极3和第二膜电极4)为电化学反应的发生场所，膜电极由催化剂层(一般为Pt/C)和质子交换膜组成。双极板(第一双极板1和第二双极板2)上刻有流道，以均匀分配反应气体。

在现有的设计中，燃料电池一般采用雕刻加工的石墨双极板(第一双极板1和第二双极板2)。图2为雕刻加工的石墨双极板的截面结构示意图图，第一双极板1由阳极板11，阴极板12组成，在阳极板11上雕刻阳极板流道13以供燃料氢气的流通，在阴极板12的一侧上雕刻第一阴极板流道14以供氧化剂气体(空气或氧气)的流通，在阴极板12的另一侧雕刻第二阴极板流道15以供冷却液(去离子水)的流通。图3为燃料电池的膜电极截面结构，图中示出了第一膜电极3的阳极气体扩散层31，阳极催化剂层32，质子交换膜33，阴极催化剂层34，阴极气体扩散层35。图4为现有的燃料电池的电堆截面结构示意图。

现有石墨双极板为了构成阳极板流道13、第一阴极板流道14、第二阴极板流道15，同时需要保证双极板具有一定的机械强度，因而导致双极板的厚度较厚，在多节电池堆叠成燃料电池堆时，多层较厚的双极板叠放从而导致电池堆的总体积较大，降低了电池堆的功率密度。现有燃料电池也有通过超薄的金属板冲压成型形成的金属双极板，以提高电池堆的功率密度。然而，由于现有技术中的双极板的气体流道与冷却液流道凹凸相反，在保证气体流场均一(即气体流道冲压成型后气体流道分布均匀)的前提下，难以形成流场均一的冷却液流场，从而导致电池堆的温度分布不均，造成电池局部衰减严重。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种燃料电池的金属双极板、燃料电池，以解决现有技术中燃料电池的电池堆功率密度低及由于电池堆温度分布不均而造成电池局部衰减严重的问题。