[发明专利]一种燃料电池电堆用的极板

说明书

本发明提出了一种燃料电池电堆用的极板，所述极板由阳极板和阴极板组成，所述极板的左上部设有氢气进口，所述极板的右下部设有氢气出口，所述极板的左下部设有若干个冷却液进口，所述极板的右上部设有若干个冷却液出口，所述极板的下部设有若干个空气进口，所述极板的上部设有若干个空气出口；采用空气和氢气对向流动、增加出入口的氢气和空气的交叉流动宽度和较少氢气和空气流道壁的重叠面积有利于提升氢气和空气的自增湿，提升单电池内部的自增湿效果，提升MEA的含水量均匀性等，提升电堆性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池电堆用的极板。

背景技术

燃料电池是一种能够将燃料化学能直接转化成电能的绿色能量转化装置，在运输车辆、船舶、发电设备等领域具有广泛的应用。燃料电池电堆是燃料电池行业的核心技术部件。燃料电池电堆由双极板、膜电极组件（MEA）、集流板等部件组成，双极板是PEMFC的关键组成部分，是占据电池硬件部分的主体，不仅具有机械支撑膜电极、隔离和分布反应物、收集并传导电流的功能，并且是整个电池系统的散热功能和排水功能的实现载体，优秀的电堆极板结构设计是充分发挥MEA性能和提升电堆输出性能的关键技术。

极板材质一般分为石墨、金属和复合材质等，其中石墨双极板属于主流材质，具有技术成熟、成本低、寿命长、性能高等优势，因而应用最广，是大多数燃料电池电堆的极板材质。

目前在电堆输出功率越来越大的趋势下，为提高燃料电池输出功率，燃料电池双极板有效反应面积增大和电流密度增大，电堆内部的气流分布均匀性下降、电堆湿度分布均匀性和MEA的质子交换膜含水量的均匀性下降、阳极的排水难度增加和电堆内部的温度均匀性降低，而导致电堆性能提升困难，优秀的极板结构设计是有效克服这些问题的关键。

目前电堆极板的主流整体结构布局有空气和氢气同向流动和逆向流动等。空气和氢气同向流动结构导致在气体的进口端气流过大而湿度过低，电堆性能偏低，需要更高效率的外增湿装置，在电堆的气体出口端湿度过高而气流过小，排水困难，需要更高的排水结构设计。空气和氢气逆向流动无法存在无法消除的局部湿度过高和湿度过低的区域，同时由于整体布局结构原因，电堆氢气和空气两侧的压力差过大而影响电堆的寿命等问题。

目前电堆极板承担气体的作用，需要设计复杂的分配结构和支撑结构，而导致常规版型的电堆极板的利用偏低，而导致电堆的功率密度偏低，导流区结构与反应流道区的气体流道形式不同而导致CCM的催化剂、质子交换膜等的损伤。同时在电堆导流区需要根据设计工况优化设计而导致设计和实际使用GDL的测试阶段性能偏差较大和后期修改困难。

目前电堆极板的氢气侧的流道采用同截面宽度的设计而导致在极板氢气流场的出口端由于氢气消耗减少同时渗透水含量上升而导致电堆的氢气侧排水困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池电堆用的极板，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请公开了一种燃料电池电堆用的极板，所述极板由阳极板和阴极板组成，所述极板的左上部设有氢气进口，所述极板的右下部设有氢气出口，所述极板的左下部设有若干个冷却液进口，所述极板的右上部设有若干个冷却液出口，所述极板的下部设有若干个空气进口，所述极板的上部设有若干个空气出口；所述阳极板包括氢气侧面和冷却侧面，所述氢气侧面的中部设有氢气流场，所述氢气流场的进口端与氢气进口相连接，所述氢气流场的出口端与氢气出口相连接，所述氢气流场的流道覆盖范围大于电堆MEA的反应活性区范围；所述冷却侧面的中部设有冷却流场，所述冷却流场的进口端与冷却液进口相连接，所述冷却流场的出口端与冷却液出口相连接，所述冷却流场的流道覆盖范围不小于MEA的活性反应区域；所述阴极板包括连接面和空气侧面，所述连接面采用便于与冷却侧面配合组装的平板结构；所述空气侧面的中部设有空气流场，所述空气流场的进口端与空气进口相连接，所述空气流场的出口端与空气出口相连接，所述空气流场的流道方向与氢气流场的流道方向相互垂直。