[发明专利]离子交换膜燃料电池流场板

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及离子交换膜燃料电池的流场板。

背景技术

燃料电池是一种将燃料和氧化剂中的化学能直接、连续地变成电能的电化学装置。其单体电池是由正、负两个电极(负极即燃料电极，正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是，一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此限制了电池容量；而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。燃料电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。燃料电池具有能量转化效率高、比功率高、清洁、噪音低、灵活方便、可实现热、电、纯水联产等一系列优点，可用于航天、航空、航海、发电站、电动车、便携式设备电源以及手机等小型移动设备等，普遍认为燃料电池将成为21世纪的新型动力源之一。燃料电池的应用对于节约能源，保护环境和推动人类社会可持续发展有重要意义。

离子交换膜燃料电池是低温燃料电池，包括阳离子和阴离子交换膜燃料电池。离子交换膜燃料电池主要由含有多孔气体扩散层的膜组装电极和流场板组成。流场板在燃料电池中的作用主要有以下三个方面：(1)流体隔离和分布；(2)机械支撑；(3)收集电流。离子交换膜燃料电池对流场板有以下要求：(1)均匀分布流体；(2)机械性能好、质量轻、体积小、容易加工；(3)良好的导电性；(4)良好的化学稳定性；(5)良好的导热性。除以上五点要求外，燃料电池还要求流场板具有良好的气密性，因为燃料和氧化剂的串通将引起燃料电池性能降低甚至造成燃烧、爆炸等危险。

目前，所有燃料电池的燃料流道都是密闭式的，燃料不敞露在大气中。除以空气作为氧化剂的燃料电池外，其它燃料电池的氧化剂流道也是密闭式的。而燃料电池电堆是由多个单电池组成的，每个单电池的流场板必定有入口、出口和流道。而在入口或出口与反应区流道之间有一条过渡流道。由于气密性的要求，入口、出口和过渡流道之间需要密封。如果密封材料直接覆盖在这些流道上，由于密封件的形变，密封件会凹陷到过渡流道里面去，使流道的有效横截面积减小，导致燃料或氧化剂流通受阻，甚至完全停滞。这影响了燃料电池的性能和安全性。解决这个问题的一般有三种方法：(1)在过渡流道上先加一刚性过桥片，过桥片的作用是防止密封材料嵌入流场而阻碍气体流通。然后在过桥片上覆盖密封件，这导致了加工和组装的复杂性，并使成本提高；(2)将大宽度过渡流道分为多条小宽度过渡流道，这种方法在做大型燃料电池方面比较有优势，因为入口、出口的宽度比较大，但不适用于小型燃料电池；(3)将过渡流道的宽度缩小，深度增加，这解决了密封件凹陷的问题，但却使进出口流道与极板上流道的交界面的面积减小，并需要增加双极板的厚度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有流场板在密封结构方面存在的上述不足之处，提供一种适用于小型离子交换膜燃料电池的无过桥片密封结构的离子交换膜燃料电池流场板。

为实现上述目的，本发明将所述的离子交换膜燃料电池流场板中的反应物进口或出口与反应区域之间的过渡流道设计为斜坡状的结构。

所述的离子交换膜燃料电池流场板的反应物进口或出口与反应区域之间的过渡流道分为非斜坡和斜坡两部分，非斜坡部分顶部放置密封件，斜坡部分为非斜坡部分流道和反应区流道的衔接部分。这样的设计可增加进出口处流场的深度；在无过桥片装配时，密封材料不阻隔反应物的流通，而且不增加整个双极板的厚度。

所述离子交换膜燃料电池流场板的过渡流道的宽度为0.1mm～1.5mm，一般为0.2mm～1.0mm，较好为0.3mm～0.8mm。深度为0.4mm～2.5mm，一般为0.6mm～2mm，较好为0.8mm～1.5mm。

所述离子交换膜燃料电池流场板的过渡流道和反应区流道的宽度之比为1/5～1/2，深度之比为5～2。

所述离子交换膜燃料电池流场板，其过渡流道的斜坡状结构使流道从非斜坡部分的较大深度过渡到反应区流道的较小深度，斜坡走向与反应区流道的夹角大小为90°～270°。

在所述的离子交换膜燃料电池流场板中，过渡流道数目可为一条、两条或多条。

本发明所述离子交换膜燃料电池流场板的优点有：

1、过渡流道上不需要施加过桥片；

2、不增加流场板厚度；

3、不损失反应区域面积；

4、流场板的密封结构非常简单，装配方便，有利于小型离子交换膜燃料电池的工业化和自动化生产。

附图说明

图1为本发明的离子交换膜燃料电池流场板结构示意图；