[发明专利]一种空冷型燃料电池电堆及其金属双极板

说明书

本发明公开了一种空冷型燃料电池金属双极板，包括层叠固定连接的阳极板和阴极板，阳极板与阴极板相背的面为反应气体流通面，阳极板与阴极板相对的面为冷却面；阳极板的反应气体流通面上平行设置有多条沿阳极板长度方向延伸的燃料气体第一流道；阴极板的反应气体流通面上平行设置有多条沿阴极板宽度方向延伸的燃料气体第二流道；相邻两条燃料气体第二流道之间设有多个连通相邻两条燃料气体第二流道的扩散槽；阴极板的冷却面上平行设置有多条沿阴极板宽度方向延伸的冷却气体流道；冷却气体流道与燃料气体第二流道间隔布置，并且均贯穿阴极板宽度方向的两侧。本发明装配和制备难度低，能有效改善双极板脊下氧浓度，改善燃料电池内部水热分布。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一种空冷型燃料电池电堆及其金属双极板。

背景技术

在现有的空冷型燃料电池中，燃料电池的极板流场结构主要有两种，一种是以石墨作为基板，利用CNC加工方式形成流场结构；另一种是以金属薄板作为基材通过一定的成型方式(如冲压成型、液压成型及辊压成型等)，形成一定槽状型形状作为气体流场结构。选用石墨作为基板材料主要是因为石墨具有优良的导电性能及耐腐蚀性能，所形成的极板无需进行表面处理即可使用且接触电阻小，能有效地降低因接触电阻而导致的电堆性能下降；但其缺点也非常明显，重量与体积较大，石墨板容易脆，为了保证极板的强度，使得电池厚度在3mm以上，且量产效率较低，制造成本较高，难以实现商业化大批量生产。而选用金属薄板作为基板材料目前主要有以下三种方案：

方案一：申请号为CN200910183783.0的中国专利文献公开的一种《空冷型燃料电池堆金属双极板》，包括金属冲压的横向贯通平行流场阴极板，和蛇形流场或两端汇集平行流场阳极板，阴、阳极板背向叠合，周面通过焊接或粘接密封，两板背合面构成冷却介质通道，使得在较低的风压下仍可获得较好的冷却效果，不需要增加额外的冷却流场，提高了电堆的散热性能，提升了电堆的整体性能。其缺点在于：燃料电池内部水热分布不合理，膜电极在脊下因电化学反应产生的水无法排出而会导致膜电极被水淹的现象。

方案二：申请号为CN202010379776.4的中国专利文献公开的一种《空气流道组件、燃料电池空冷堆双极板及制备方法》。其中，燃料电池空冷堆双极板用的空气流道组件通过上下两层流道结构设计。第二通孔将归为一组的两列相邻第一通孔之间连通，空气在从两层重叠的第一通孔进入到单层的第二通孔中，空气会有部分的压力损失与强化传质，强化传质将会有效地提高电堆的功率。并且这种交错流道结构使得空冷堆内部水分不易被空气气流带走，解决了空冷堆空气直流道技术中电堆运行经常出现缺水问题。其缺点在于：电堆体积功率密度低，极板结构复杂，生产效率低，且制造成本高。

方案三：申请号为CN201922282205.4的中国专利文献公开的《一种风冷燃料电池阴极流场结构》，包括流场板本体、阴极流场区域和阳极气体流道；在阴极流场区域设置有阴极流道脊，相邻阴极流道脊构成阴极流道槽；在阴极流道槽内设置有附板，通过附板将阴极流道槽分割成上下两部分，并在附板上设置有成列布置的翘片，翘片的翘起部分所在的附板区域形成连通阴极流道槽上部与阴极流道槽下部的通孔。从而不仅能够增加燃料电池阴极反应区域的气体扩散能力，降低因浓差极化所导致的大电流密度下的电池内阻，提升电堆大电流状态下的功率密度，提高燃料电池的性能，而且能够提高电堆的散热效率，降低单电池厚度与重量的效果，还能够确保流场板的强度和燃料电池的耐冲击能力。其缺点在于：极板结构复杂，制造工艺复杂，不利于批量生产，生产效率低，且制造成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种空冷型燃料电池电堆及其金属双极板来解决现有技术存在的问题。