[发明专利]板间流道串联式燃料电池流场板

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是板间流道串联式燃料电池流场板。

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、连续地变成电能的发电装置。燃料电池具有以下优点和优势：(1)能量转化效率高；(2)比能量和比功率高；(3)可靠性高，可以在额定功率以上过载运行或低于额定功率运行，而效率变化不大；(4)污染小，噪音低，对环境基本上实现零污染；(5)可实现热、电、纯水联产；(6)适应能力强。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。

双极板是质子交换膜燃料电池堆中主要的组件，双极板需要满足以下的功能和要求：(1)分隔氧化剂与还原剂，并具有阻气功能。(2)集电作用，因此材料必须是电的良导体。同时，极板必须是热的良导体，以保证电池堆温度的均匀分布和及时排热。(3)双极板材料必须在电池工作条件下具有稳定性。(4)传输反应物。双极板两侧置有氧化剂/燃料的通道(即所谓的流场)，以确保反应物在整个电极各处均匀分布。(5)双极板材料应重量轻、强度好，并且适于批量生产。

按使用材料分类，双极板可分为以下类型：(1)纯石墨双极板，导电性好、重量轻、耐腐蚀、技术比较成熟，但机械强度低，不能加工成薄片(防止透气)、加土费用高；(2)金属双极板，具有导电性好、机械强度高、阻气性好、易于批量生产的特点。但重、抗腐蚀性差、需要进行表面处理；(3)注塑双极板，成本低、易批量化生产，但电导教差；(4)复合双极板，集中了石墨双极板的耐腐蚀和金属双极板强度好、阻气的特点，但是加工复杂。

燃料电池电堆中相邻两块燃料/氧化剂流场板上的流道之间的连接关系可以分为两种：

1、并联式。燃料/氧化剂分别流入相邻两块燃料/氧化剂流场板上的流道的入口，流经燃料/氧化剂流道后，又重新汇聚。

2、串联式。相邻的两块燃料/氧化剂流场板，燃料/氧化剂首先进入第一块燃料/氧化剂流场板上的流道入口，从第一块燃料/氧化剂流场板上燃料/氧化剂的流道出口出来，然后再进入第二块燃料/氧化剂流场板上燃料/氧化剂的流道入口，最后从第二块燃料/氧化剂流场板上燃料/氧化剂的流道出口出来。

据了解，目前燃料电池电堆中相邻两块燃料/氧化剂流场板上的流道之间的连接方式都是并联式的(如公开于2006年01月11日的中国专利CN200410020906.6、公开于2001年11月14日的中国专利CN99811792.7)，这种连接方式很难对电堆中反应物和产物进行完全排空。反应物和产物在燃料电池电堆中的累积会导致以下不良现象的出现：(1)使得电堆中燃料/氧化剂浓度降低；(2)一些生成物和杂质会毒化催化剂；(3)一些生成物和杂质对燃料电池中的一些组件有腐蚀作用；(4)可能导致电、水、热和燃料的分布不均匀；(5)一些生成物和杂质的浓度增加到一定程度时可能导致危险事故，如燃烧、爆炸等，还会腐蚀一些组件。所以，在燃料电池工作过程中，需要定期对电堆进行排空，使燃料、氧化剂、生成物和杂质的浓度保持在一定范围内。在燃料电池不工作时，也需要排出电堆中的燃料、氧化剂、生成物和杂质，避免危险事故的发生和保养燃料电池电堆。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的双极板之间的流道以并联方式相连接所存在的难以完全排空燃料、氧化剂、杂质和生成物的缺点，提供一种板间流道串联式燃料电池流场板。

本发明的板间流道串联式燃料电池流场板，由双极板构成，所述双极板之间的流道以串联方式相连接；所述双极板设有两组燃料/氧化剂流道，在由双极板组成的电堆中，燃料/氧化剂从第一块燃料/氧化剂双极板进入，通过所述两组燃料/氧化剂流道中的一组流道(100)依次流到最后一块燃料/氧化剂双极板，然后再通过所述两组燃料/氧化剂流道中的另一组流道(200)从最后一块燃料/氧化剂双极板依次流到第一块燃料/氧化剂双极板，并从第一块燃料/氧化剂双极板排出电堆。

燃料/氧化剂入口、燃料/氧化剂出口和燃料/氧化剂反应区域之间设置流道，所述流道的宽度为0.1mm～10mm，深度为0.1mm～5mm；优选宽度为0.5mm～5mm，深度为0.2mm～2mm；最佳宽度为1mm～2mm，深度为0.3mm～1mm。

双极板上的两组流道相互交错排列，使得燃料/氧化剂分布比较均匀。

燃料/氧化剂流道可选择蛇形、平行形、交错形或螺旋形。

本发明的燃料电池流场板的流道以串联方式相连接，从燃料/氧化剂的轨迹来看，相邻两块燃料/氧化剂双极板的流道之间是串联的。