[发明专利]燃料电池多孔双极板构件

说明书

一种燃料电池包含提供空气或氢气流场以及冷却水流场的多孔双极板。多孔双极板的一侧为水流道，另一侧为气体流道。多孔双极板提供气体增湿或去湿功能，在多孔双极板水流道一侧具有流场孤岛设计以增加水存储空间以及增大板之间的接触面积。流场孤岛在燃料电池外部冷却水缺失情况下提供燃料电池内部水管理所需要的水源。增大的板接触面积减少燃料电池电压损失。

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池的多孔双极板的结构。

背景技术

燃料电池是通过氢气和氧气在电催化剂作用下发生电化学反应直接将燃料中的化学能转换为电能的电化学装置。质子交换膜燃料电池与其它燃料电池相比具有高效，低工作温度，环保，快速启动和快速响应等优点，是商用车和乘用车的优选燃料电池。

质子交换膜燃料电池关键部件主要由膜电极和双极板组成。双极板主要功能是提供气体流动通道，防止氢气和氧气串通，以及提供电流通路。水管理是保证燃料电池运行稳定性和耐久性的关键策略之一，为保证膜的湿度，反应气体一般需要进行增湿，同时为防止电池气相流道中水的累积，燃料电池阴极侧反应产生的水要及时移除。多孔双极板技术能同时满足燃料电池增湿和去湿的功能需要。

在美国专利US6197422中描述了利用多孔双极板进行电池水管理的具体使用方法，亲水性多孔板中的孔隙为水所填充，冷却水在多孔板一侧流动，反应气在多孔板另一侧流动，当反应气是氢气时多孔孔隙中的液态水蒸发进入气体侧对气体增湿，孔隙中的蒸发水损失由冷却水流道中的水补充；当反应气是空气时电极反应会生成水，空气侧产生液态水通过控制空气侧压力大于冷却水侧压力的方式进入多孔板冷却水侧。在美国专利US8795909及 US8507137中讨论了多孔双极板在质子交换膜燃料电池中不同应用方式。

本发明是鉴于多孔双极板技术上，对多孔双极板设计上的性能加强从而改进燃料电池冷启动和稳定运行的性能表现。

发明内容

本发明提供了一种用于质子交换膜燃料电池的亲水性的多孔双极板组件。一侧具有气体流场，彼此平行的多个入口流道在双极板的一边进入，在双极板的另一边流出；另一侧具有冷却水流场，多个平行水入口流道在双极板的气体出口侧一边，水出口流道在双极板的气体入口侧一边。

一种用于质子交换膜燃料电池的亲水性的多孔双极板组件。一侧具有气体流场，彼此平行的多个入口流道在双极板的一边进入，在双极板的另一边流出；另一侧具有彼此平行的多个冷却水入口流道，在冷却水流场上具有多个流场孤岛以增加双极板的储水空间和极板间接触面积，流场孤岛做为构建冷却水流场的一部分，但不与构建冷却水流动通道的肋条部分相连，流场孤岛面积大于冷却水流动通道的肋条面积。

流场孤岛在燃料电池外部冷却水缺失情况下提供燃料电池内部水管理所需要的水源。一种应用场景是燃料电池冷启动电堆外部水解冻前提供燃料电池启动所需增湿水，在外部冷却水解冻进入燃料电池前即可启动电堆开启待机功率，流场孤岛中存储的水保证电堆在无外部冷却水的条件下具有一定的运行时间，从而缩短电堆冷启动到达所需输出功率的等待时间。另一种应用场景是在燃料电池外部水管理系统出现故障但燃料电池处于负载状态，在燃料电池卸载时提供必要的冷却水以及防止膜电极局部缺水。

流场孤岛增加了燃料电池双极板间的接触面积，从而降低接触电阻，减少电压损耗，进一步提高燃料电池的系统效率。

本发明对特定实例的详细描述给出了本发明的优势，但只用于示例说明，而非用于限制本发明的范围。

附图说明

图1示意性地示出了双极板冷却水流场分布图

图2示意性地示出了双极板流场板端面图

图3示意性地示出了双极板组件的局部剖面图

具体实施方式