[发明专利]一种高分子材料基双极板、及包含其的单电池和电堆

说明书

本发明涉及燃料电池技术领域，涉及一种高分子材料基双极板、及包含其的单电池、电堆。本发明的双极板中，至少阳极板包括高分子材料层，所述高分子材料层与导电性扩散层接触。本发明通过高分子材料不同区域功能化以及电池和电堆中电子横向导出的结构设计替代传统燃料电池中厚重的、易被腐蚀的、加工过程繁琐的、造价昂贵的极板材料以及相应的密封过程和电子纵向导出的结构。本发明的新型的电池和电堆结构将会大大减小电池的质量和体积，提高电池的比功率，降低电池以及电堆的整体造价，提高电池的稳定性。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，涉及一种高分子材料基双极板、及包含其的单电池、电堆。

背景技术

燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，其诸多优点使其有望成为未来主流的清洁能源之一。燃料电池较为引人注目的几个优点是：环境友好，转化效率高，功率密度高，启动快速等等，其中功率密度高有望解决现有电源技术续航能力较差的问题。

燃料电池单节电池的开路电压较低，质子交换膜燃料电池的开路电压只有1.0V左右，直接甲醇燃料电池的开路电压只有0.7V左右，但是电流却很大，高达A cm^-2的数量级。因此在实际应用中，数节单电池串联起来组成电堆满足负载所需要的电压和电流。

燃料电池经历了很长一段时间的发展，时至今日仍未能广泛的商业化，民用化，其主要原因是电池的造价过高。除了燃料电池催化层中Pt催化剂的成本较高之外，燃料电池双极板(主要材质是石墨，金属，合金)由于加工工艺较为复杂，加工难度较高，占据了整个电池成本的很大一部分。双极板的主要作用是提供流场，为反应物的均匀分配提供流场；另外为电子的导出提供集流板，同时也作为电池的密封部件存在。双极板除了造价较高之外，耐腐蚀性差使得电池的稳定性降低，发生反应物漏液，反应物串联，严重的甚至导致电堆烧毁。其次，双极板密度较大使得电池电堆的比功率大大降低，严重影响电池的集约化和微型化。

因此，如何寻找一种高稳定性，高机械强度，低反应物透过性，高导热，廉价的材料作为燃料电池的双极板以及密封材料对于降低电池成本，提高电池稳定性，提高电池比功率具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种高分子材料基双极板、及包含其的单电池、电堆。其可以降低电池以及电堆质量和体积，减少造价，提高电池稳定性，提高电池电堆比功率。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种双极板，至少阳极板包括高分子材料层，所述高分子材料层与导电性扩散层接触。所述接触例如可以是紧贴。

本发明所述的双极板可以是只有阳极板而无阴极板，阳极板直接裸露在空气中；还可以是既有阳极板又有阴极板。

本发明的双极板用于电池单体和/或电池堆时，高分子材料层位于电池单体和/或电池堆的外侧。

至少所述阳极板包括高分子材料层指：可以是阳极板包含高分子材料层，还可以阳极板和阴极板均包含高分子材料层。

本发明中所述“包括”可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。

本发明的双极板中，不管是单一组分的高分子材料(比如塑料)，还是多种组分的掺杂、混合而成的高分子材料，其导电性均远远不能达到电池(比如燃料电池)集流网对电导率的要求。例如，燃料电池的放电量达到A cm^-2的数量级，尤其是当电池的有效面积较大时，这种因为集流网电导率较低而带来的电压降是巨大的。因此，本发明的导电性扩散层需要具有较高的电导率，以保证电池中的电子能够有效地传递出来。