[实用新型]一种燃料电池超薄双极板及燃料电池堆

说明书

本实用新型涉及一种燃料电池超薄双极板及燃料电池堆，燃料电池超薄双极板包括阳极板和阴极板，阳极板的正面设有燃料气体流道，阴极板的正面设有氧化气体流道，燃料气体流道包括至少两种不同槽深的沟槽，氧化气体流道包括至少一种槽深的沟槽，在发电活性区，阳极板和阴极板的背面相互扣合时燃料气体流道的沟槽与氧化气体流道的沟槽完全错开，阳极板和阴极板的背面通过分散的导电支撑点形成电接触，两者不相接触的位置形成冷却液流动的空腔，空腔形成不同槽深的冷却液流道。燃料电池堆包括串联堆叠的上述超薄双极板和膜电极组件。与现有技术相比，本实用新型双极板总厚度减小，燃料电池的体积比功率密度大大提升。

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池超薄双极板及燃料电池堆。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)以清洁能源氢气作为燃料，具有高转化效率、反应产物无污染的特点，是一种理想的交通领域用新能源载体。然而，由于目前燃料电池还存在一定的技术瓶颈，比如功率密度不足、寿命不够高等；这造成了燃料电池堆的使用成本居高不下。在燃料电池汽车商业化的早期，可实现定点加注、适于远距离运输的燃料电池重卡、集装箱物流车、机车和船舶等日益受到重视；这就对具备大的发电功率、高效的能量转化效率的燃料电池堆的设计、开发和加工制造提出了迫切需求。

目前国内交通领域用燃料电池处于小规模应用阶段，商业化推广才刚起步。由于燃料电池的体积比功率密度不够高，为了节约汽车上本就有限的空间，汽车厂配置的电堆目前主要以30-60kW的功率等级为主，必须辅以较大功率的锂离子电池等提供动力系统大功率做功时所需的能量。这类燃料电池堆主要面向市内交通用大巴、公司通勤小巴和轻型物流车等应用市场。如果像丰田、本田和现代等汽车厂一样，采用大功率燃料电池装配到空间更为局促的乘用车上，同时又要做到成本可控，那就必须提高电堆的体积比功率密度，即在提升核心发电单元“膜电极(MEA)”的发电性能的同时，大幅降低电堆中占据重量和体积之大部件的主体单元“双极板”的体积。因此，在电堆发电性能和寿命不受影响的条件下，有效降低双极板的厚度，将是提升电堆体积比功率密度的最佳方法之一。

体积比功率密度是彰显电堆技术含量的关键指标。目前国外丰田、本田和现代等汽车厂商的乘用车的体积比功率密度均已达到3.1kW/L的水平，具备了一定的商业价值。而要达到跟传统内燃机相媲美的6.0kW/L的水平，燃料电池的性能上升和体积下降方面的工作丝毫不能停顿。只有这样，燃料电池才能真正在功率密度、单位功率成本等方面具备竞争优势。

在现有技术中，有大量关于石墨、金属制备燃料电池双极板的专利，但超薄金属板电堆方面则专利较少。

CN209016193实用新型了一种金属材料+非金属材料的混合双极板。它由一块冲压成形的阳极半板嵌套于一块预成形的阴极半板构成。其中，阳极半板为金属板，阴板半板为非金属材料。该实用新型中，阴极半板减薄后极易漏气，可通过金属半板起到阻气的作用，防止阴阳极反应气互窜。两个半板嵌套设计和金属板阻气作用下，该结构起到了减少电堆体积的作用。但该设计较为复杂，且两种非同种的材质之间的结合容易产生界面电阻增大、应力不均影响非金属材料机械强度等问题。

CN201911301960.0提供了一种超薄碳/碳复合材料双极板的制备方法，其以超细碳纤维网胎作为基材，通过热浸和化学气相渗透法工艺，将复合的高残炭浆料注入基材之中，再经对辊粗轧、精轧、印花和修边等步骤，最终获得了低成本超薄高强高电导C/C复合材料双极板。该双极板厚度达0.16mm(无流道)，弯曲强度超过150MPa，体电导达到300S/cm。

CN201910260443.7提供了一种钒电池用超薄双极板及其制备方法。该实用新型以树脂材料薄膜为基材，将以导电功能材料制成的溶液喷涂至基材的双侧表面，再经热压工艺固化，并制备出流道。制得的双极板的厚度可以达到30-1000μm，纵向电导率大于80S/cm，柔韧性也很好。基材薄膜为15-115μm厚的聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯材料，这类材料绝缘性高，是一个制约电导率的因素。