[发明专利]一种用于除湿的燃料电池双极板及其燃料电池电堆

说明书

本发明属于燃料电池相关技术领域，并公开了一种用于除湿的燃料电池双极板及其燃料电池电堆。该双极板包括基板和设置在基板上的阴极流场、阳极流场和除湿孔，基板上半部分的正面和反面上均设置有凹槽，该凹槽作为气体的流道，分别形成阴极流场和阳极流场，所述基板下半部分设置有除湿孔，阴极气体从所述阴极流场流入除湿孔中。本发明还公开了燃料电池电堆，包括上端板、下端板、双极板、膜电极和除湿器，上端板和下端板之间设置有多个平行排列的双极板，该多个平行排列的双极板下方的除湿孔与上端板和下端板形成封闭的空腔，除湿器放置该空腔中，阴极气体在空腔中除湿。通过本发明，缓解燃料电池内部的水淹问题，保持电池内部良好的水管理能力。

技术领域

本发明属于燃料电池相关技术领域，更具体地，涉及一种用于除湿的燃料电池双极板及其燃料电池电堆。

背景技术

水管理是质子交换膜燃料电池维持高效稳定运行的关键。电池流道是电池系统中唯一与外界发生质量交换的部分，也是电池内水分从系统中移除的唯一通道。流道内的水分如不能及时移除，不仅会影响反应气体的传输，限制了氧气与催化层接触进行反应，增大系统压降，使电池电流分布不均，降低电池性能，更为甚者将影响电池的运行安全。

针对上述的问题，尾气除湿是一种有效缓解电池内部水淹的方法，可以在电堆内部与电堆出口气体之间强制形成高水蒸气浓度梯度差，加速电池内部的水蒸气排出并冷凝成液体。现有的燃料电池电堆中除湿的方法中大都采用专门的除湿装置，或者专门的除湿系统，对于整个燃料电池电堆而言，结构相对复杂，且成本高。同时，由于除湿装置距离电堆出口较远，减小了电堆内部与出口气体之间的水蒸气浓度梯度差，导致冷凝除湿的效果不明显。且出口气体通过管道汇集在一起后再通入除湿装置，减小了换热面积，降低了换热效果。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于除湿的燃料电池双极板及其燃料电池电堆，通过在双极板上设置除湿孔，多个通孔与上下端板形成空腔，使得气体流场与除湿器空腔集成在燃料电池双极板上，除湿器设置在气体流场下方，距离近，二者之间的水蒸气浓度高，冷凝效果好，极大缓解燃料电池内部的水淹问题，保持电池内部良好的水管理能力。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于除湿的燃料电池双极板，该双极板包括基板和设置在基板上的阴极流场、阳极流场和除湿孔，其中，

所述基板上半部分的正面和反面上均设置有凹槽，该凹槽作为气体的流道，分别形成阴极流场和阳极流场，所述基板下半部分设置有除湿孔，该除湿孔为通孔，所述阴极流场与所述除湿孔相连，阴极气体从所述阴极流场流入所述除湿孔中。

进一步优选地，所述阳极流场的凹槽呈Z型分布，气体从所述基板的一侧进入，另一侧流出。

进一步优选地，所述阴极流场中的凹槽为多个且沿纵向平行排列的波浪形流道，每个凹槽的底部均与所述除湿孔连通。

进一步优选地，所述基板中间设置有冷却流道，该冷却流道介于所述阴极流场和阳极流场之间，用于冷却所述阴极流道和阳极流道中的气体。

进一步优选地，所述双极板的两侧均设置有密封槽，用于安装密封圈。

按照本发明的另一个方面，提供了一种燃料电池电堆，该燃料电池电堆包括上端板、下端板、上述所述的双极板、膜电极和除湿器，其中，

所述上端板和下端板之间设置有多个平行排列的所述双极板，彼此相邻的所述双极板的阴极流场和阳极流场相对设置，且相邻的双极板之间设置有膜电极，相邻的所述双极板的阴极流场和阳极流场中的阴极气体和阳极气体在所述膜电极上的催化剂的作用下发生反应；所述多个平行排列的双极板的除湿孔与所述上端板和下端板形成封闭的空腔，所述除湿器放置该空腔中，反应后的气体从所述阴极流场进入所述除湿器中进行除湿。

进一步优选地，所述除湿器采用物理吸附除湿或化学反应除湿。