[发明专利]一种燃料电池单层双极板及电堆和系统

说明书

本发明属于燃料电池技术领域，涉及一种燃料电池单层双极板及电堆和系统，该双极板为一单层板，包括反应区和散热区，所述的反应区为单层板正面设置阳极流场，背面设置阴极流场构成，所述的散热区为自所述反应区至少一端延伸的散热板。与现有技术相比，本发明的导流板打破了传统双层双极板的结构，采用高导热导电的单张板作为双极板，利用板的高导热性能，将散热区与反应区分开，避免了两层板结合固有的接触电阻，降低了电损耗，降低了组装方向上的体积，降低了成本，提高了发电效率。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体地说是提出了一种新的一种燃料电池单层双极板。

背景技术

燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。燃料电池通常由多个电池单元构成，每个电池单元包括两个电极(阳极和阴极)，该两个电极被电解质元件隔开，并且彼此串联地组装，形成燃料电池堆。通过给每个电极供给适当的反应物，即给一个电极供给燃料而另一个供给氧化剂，实现电化学反应，从而在电极之间形成电位差，并且因此产生电能。

为了给每个电极供给反应物，使用通常称为“双极板”并且设置在每个单个电池的两侧的特定界面元件。这些双极板通常是邻近阳极或阴极支撑体放置的单个元件的形式。双极板是燃料电池组的重要元件。燃料电池堆在运行过程中，双极板执行如下功能以维持燃料电池堆的最佳工作状态以及使用寿命：(1)电池导电体，极板两侧分别形成阴极阳极，将一个个电池单元串联以组成燃料电池堆；(2)通过流道向电极提供反应气(传质)；(3)协调水与热的管理，防止冷却介质及反应气体外漏；(4)向膜电极组件(MEA)提供结构强度支持。

传统的双极板是由两块金属板焊接而成，或者两块石墨板粘结而成，其中一块板为阳极板，正面设有阳极流道，另一块板为阴极板，正面设有阴极流道，阳极板和阴极板的背面连接在一起，连接在一起的一面设有冷却流体槽，构成三进三出的双极板。

这种传统双极板结构存在散热慢、易堵塞、电阻大等缺陷，而研发人员的改进一直集中在如何设计流道或材质或工艺，以期待改善燃料电池的性能。但是无论如何改进，这种由两块板结合构成的双层双极板结构无法摆脱双层板接触带来的接触电阻，导致的电损耗，而且，燃料电池堆由多个双极板夹设MEA组成，体积大，效率不高。

发明内容

本发明的目的就是为了从根本上克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种成本低、体积小、效率高的燃料电池单层双极板。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池单层双极板，其特征在于：该双极板为一单层板，包括反应区和散热区，所述的反应区为单层板正面设置阳极流场，背面设置阴极流场构成，所述的散热区为自所述反应区至少一端延伸的散热板。

所述的双极板上设有二进二出孔：氧化剂进出孔和燃料孔。

所述的散热区位于所述反应区的一侧、或两侧、或三侧，或四侧；所述的散热板为高导热导电板，利用材料的高导热特性，将反应区与散热区分开来独立设置。

所述的单层板的材料可以为各种金属材料或复合材料或石墨材料，单层板包括金属板、石墨板或镀有高导热导电金属的复合板；所述的金属板包括不锈钢板、铜板、钛板、镍板或铝板。

所述的金属板表面还涂有高导热或/和高导电的防腐涂层，其中反应区和散热区的涂层材料相同或不同。

所述的散热板为板片状，或翅片状。

所述的散热板的厚度小于或等于反应区单层板厚度。

所述的散热板为平板或波纹板，散热板上设有沟槽或弧面，增加散热效果。

所述的散热区设置风扇进行风冷，或者散热区置于水中进行液冷。

一种燃料电池堆，其特征在于：由多块所述单层双极板夹设MEA膜叠加而成。