[发明专利]用于燃料电池的双极板

说明书

本发明提供一种用于空气冷却燃料电池的双极板，其包括一个阴极板和一个阳极板，其中该阳极板包括一个阳极板体和至少一个自该阳极板体延伸的散热侧翼，其中该阳极板的该阳极板体和该阴极板相面对面地被设置，其中该散热侧翼被设置在该燃料电池堆的一个风扇的一个进风口与该阳极板的该阳极板体之间。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池(堆)，尤其涉及一种用于燃料电池(堆)，如质子交换膜燃料电池(堆)的双极板，其中该双极板被设置以使其阳极板具有至少一个有助于提高质子燃料电池(堆)的散热能力的散热翼。

背景技术

燃料电池，如质子交换膜燃料电池以氢气为燃料，通过和氧化剂，如氧气，发生氧化还原反应，将燃料中的化学能转变成电能的装置。常见质子交换膜燃料电池的阴阳两极发生的化学反应如下：

阳极：H2→2H2+2e-

阴极：2H++2e-+1/2O2→H2O

总反应：H2+1/2O2＝H2O

但是伴随着燃料电池中的电化学反应的发生，有一部分能量会以热能的形式被释放，尤其是在燃料电池的阴极一侧。如果这些热量得不到及时的释放，将会导致燃料电堆温度过高和影响电堆的输出性能和使用寿命。

双极板是燃料电池的关键部件之一，其一般起到以下作用：1)作为电池导电体，将一个个的独立电池单元连接组成燃料电池堆；2)通过其流道传递反应气体；3)提供膜电极需要的结构支撑。除此之外，双极板还在燃料电池(堆)的散热中扮演重要角色。现有的燃料电池的双极板多被设计以能帮助将燃料电池(堆)产生的热量导出和释放至电池单元的外部。

燃料电池，如质子交换膜燃料电池主要有两种热管理模式，分别为液体介质(常见介质为水)冷却和气体介质(常见介质为空气)冷却。一般来说，由于液体的热传递效率较高和更容易实现电堆(电池堆)的热管理。但是在燃料电池系统里面，采用液体冷却方式将会导致系统复杂程度的上升而气体冷却电堆(电池堆)系统结构相对简单和易于控制。

现有的大部分燃料电池的双极板的设计存在诸多不足之处。由于燃料电池工作期间绝大部分的热量在阴极产生，因此，现有的很多燃料电池双极板在被设计时仅被考虑了利用其阴极板来帮助散热。还有的燃料电池堆双极板在被设计时，被过多地聚焦在双极板的制造材料或与双极板结合使用的散热机构，而忽视了燃料电池(堆)双极板本身和双极板的工作环境。

申请号为CN200710056414.6的中国发明专利揭露了一种冲压工艺制成的金属双极板。金属本身具备良好的导热和导电性能，因此金属制成的双极板也同样具有良好的导电和导热性能。但是该金属双极板在设计时仅考虑了阴极板散热。此外，燃料电池的双极板需要长期运行在水、热、氧气混合的高腐蚀环境，该金属材料制成的双极板经长时间的高腐蚀环境使用容易被腐蚀和发生损坏。尽管可以通过涂覆耐腐蚀的镀层或覆层的方式来提高双极板的耐腐蚀性能和使用寿命。但耐腐蚀覆层的涂覆工艺和耐腐蚀覆层本身都会增加双极板的制造成本。最后，冲压工艺意味着金属双极板需要在应力作用下形成，这容易给金属双极板带来结构缺陷。

申请号为201210590142.9的中国发明专利教导了一种阴极板和阳极板中间设置有散热片的双极板，其中该散热片使以该双极板具有独立的空气冷却通道。该双极板的优点在于可以根据燃料电池(堆)散热需求，增加或减少散热片数量，而不会影响整个燃料电池(堆)的组装。但是该双极板需要散热片以形成有独立的空气冷却通道，这必然会增加燃料电池(堆)的体积和重量，和降低燃料电池(堆)的功率质量比和功率体积比。另外，随着散热片数量的增加，燃料电池(堆)高度变化较大，在整个燃料电池(堆)输出功率不变的情况下，需要不断调整风扇(或风机)的尺寸、风量和风量分布，和导致难以实现根据燃料电池(堆)实际需要按需散热。还有，散热片的存在会增加双极板的阴极板和阳极板之间密封的困难。最后，作为独立结构的散热片也必然会增加燃料电池(堆)材料和制造成本。