[发明专利]一种四通道燃料电池双极板及燃料电池

说明书

本发明公开了一种四通道燃料电池双极板及燃料电池，涉及燃料电池领域，包括相对设置的阳极单板和阴极单板，所述阳极单板向着阴极单板形成平行且交错突起的第一背脊和第二背脊，且第一背脊和第二背脊紧贴阴极单板，并在第一背脊、第二背脊之间形成第一流道槽；所述第一背脊和第二背脊相对于阴极单板的另一侧分别形成第二流道槽和第三流道槽；所述阴极单板沿着第一背脊并向着第一背脊隆起的方向突起以形成第一喷嘴，沿着第二背脊并向着第二背脊隆起的方向突起以形成第二喷嘴，第一喷嘴与第二喷嘴呈交错布置。本发明的双极板设有专门用于排水的通道，并能二次利用电化学反应产生的水，对空气和氢气进行自增湿，以保障质子膜正常的运行温湿度。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其是一种四通道燃料电池双极板及燃料电池。

背景技术

质子交换膜燃料电池是燃料电池的一种，在原理上相当于水解电的“逆”装置，其单电池由阳极、阴极和膜电极组成。以氢为燃料的质子交换膜燃料电池为例，膜电池的阳极为氢燃料发生氧化的场所，膜电极的阴极为氧化剂还原的场所，两级都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为传递质子的介质，只允许质子通过，而氢失去的电子则从外部负载和导线通过。

如图2所示，质子膜氢燃料电池由集流板、扩散层、催化层和质子膜构成。双极板又名集流板，由具有槽通道结构的石墨或合金构成，用于气体分配、冷却液集流和电池密封；扩散层由碳布组成，起传播气体、水汽以及导电、散热的作用；催化层是由Pt/C形成的薄层，用于加速电化学反应；质子交换膜用于传导质子并隔离电子及反应气体，一般由氟磺酸膜、nafion膜、非氟聚合膜等构成。

从结构上来看，双极板是燃料电池的一种核心零部件，主要作用为支撑MEA、提供氢气、氧气和冷却液流体通道并分隔氢气和氧气、收集电子、传导热量。形象的说，如果把燃料电池电堆看作人体，双极板就相当于人体的骨骼和血管。MEA主要由质子交换膜、催化层、扩散层等部件组成，常规厚度0.4～0.5mm，没有足够的自支撑刚度和强度。而与之相对双极板通常是由刚性材料制成，零件的抗压强度高于MEA，可以起到支撑MEA的作用。形象的说，双极板像电堆的“骨骼”，支撑着电堆的软组织“MEA”。

质子交换膜燃料电池在高功率密度下运行时会产生大量的余热和水，若不及时将余热和水排出，可能会造成局部超温和水淹现象，而质子膜功能受温度和湿度影响极大，当温湿度不符合标准时，质子膜功能会失效，从而影响质子交换膜燃料电池的性能及运行安全性；同时双极板的结构也直接决定了双极板部件面积利用率，从而直接影响燃料电池电堆的功率密度。

那么，如何提供一种优质的四通道燃料电池双极板及燃料电池，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四通道燃料电池双极板及燃料电池，利用双极板的独特结构，在具有氢气通道、空气通道和冷却通道结构的同时，形成专门用于排水的通道，防止燃料电池发生“水淹”问题，并通过附加设计的增湿结构，二次利用电化学反应产生的水，对空气和氢气进行自增湿，保证质子膜的运行温湿度，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明所提供的一种四通道燃料电池双极板，包括相对设置的阳极单板和阴极单板；

所述阳极单板向着阴极单板形成平行且交错突起的第一背脊和第二背脊，且第一背脊和第二背脊紧贴阴极单板，并在第一背脊、第二背脊之间形成第一流道槽；所述第一背脊和第二背脊相对于阴极单板的另一侧分别形成第二流道槽和第三流道槽；

所述阴极单板沿着第一背脊并向着第一背脊隆起的方向突起以形成第一喷嘴，且所述第一喷嘴入口宽于第一背脊以连通所述第一流道槽；所述阴极单板沿着第二背脊并向着第二背脊隆起的方向突起以形成第二喷嘴，且所述第二喷嘴入口宽于第二背脊以连通所述第一流道槽；第一喷嘴与第二喷嘴呈交错布置，且阴极单板在相对于阳极单板的另一侧形成夹在第一喷嘴和第二喷嘴之间的第四流道槽。