[实用新型]一种用于质子交换膜燃料电池金属双极板

说明书

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种用于质子交换膜燃料电池金属双极板。

背景技术

质子交换膜燃料电池是以氢气或甲醇为燃料，氧气或空气为氧化剂，将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的发电装置。质子交换膜燃料电池具有能量转化效率高、环境友好、低温快速启动等优点，具有广阔的应用前景。双极板是质子交换膜燃料电池的核心部件之一，具有支撑膜电极组件、均匀分布反应气体、集流导电、排出反应生成水及散热等重要功能。金属材料具有良好的导电导热性、较高的机械强度、成本低、适合批量化生产等优点，因此被认为是质子交换膜燃料电池双极板的理想材料。林政宇、张杰、刘兵和郑永平所著《PEMFC双极板的材料及制备工艺综述》分析了质子交换膜燃料电池双极板材料的优缺点，并指出表面改性的金属板是质子交换膜燃料电池双极板的发展趋势。

质子交换膜小型燃料电池金属双极板是由金属薄板制成的阴极单极板和阳极单极板通过焊接或粘接构成。阴极单极板和阳极单极板的左右侧均设有燃料气体腔、冷却介质腔和氧化剂气体腔，阴、阳单极板正背两面均设有凸凹沟槽构成的流场区。根据负载用电电压的不同要求串联一定数量的单电池后再加上端板等附件组成一个燃料电池堆。一片阴极板和一片阳极板组成了一组燃料电池双极板。目前一般选用具有高导电性能、强耐腐蚀、无透气性的高纯石墨或金属作为双极板材料，按一定厚度和形状要求裁切成规定尺寸的片材，并在其表面加工出流体通道孔、气体及冷却剂的分配流道制成双极板。双极板本身及其上面的流体通道孔起到分隔氧化剂、还原剂和冷却流体的作用；中心部分的分配流道起到分配反应气体和导出电池反应生成的水的作用；中心部位的脊与膜电极的扩散层紧密接触，起到收集和传递电子的作用。

目前，质子交换膜燃料电池的双极板结构，有蛇型、交指型、平行等，其中蛇形沟槽结构简单，阳极轴向传质稳定，阴极排水效果较好，此结构应用最广泛。但蛇形结构的沟槽行程较长，较大的沿程损失导致压力降偏高，这样会给供气的气泵带来较大负担，且蛇形结构的沟槽平行排列的结构特性导致沟槽的下游区域浓度较低，因此双极板必须设置新型的结构简单、流动阻力小、排水性好的流道布局，保证整个双极板的燃料浓度均匀一致，进而提高燃料利用率。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是：提供一种用于质子交换膜燃料电池金属双极板，由两块相同的单极板构成，可以节省成本；单极板设为蛇形流道，铺设面积大，且排水性好；蛇形流道只设有三条，可以有效保证每条流道中有足够的气体输送压力和较小的输送阻力，保证双极板的燃料浓度均匀一致，提高燃料利用率，燃料电池反应效率高。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种用于质子交换膜燃料电池金属双极板，所述双极板包括相互配合的阳极单极板和阴极单极板，所述阳极单极板与所述阴极单极板为两块完全相同的单极板，所述单极板包括分别位于两侧的进口端和出口端，以及位于中部的连接进口端与出口端的流道区，所述进口端包括燃料进口、冷却介质进口和氧化剂进口，所述出口端包括燃料出口、冷却介质出口和氧化剂出口；

所述单极板的正面和背面均设有凹槽和背脊，正面的背脊构成背面的凹槽，正面的凹槽构成背面的背脊；单极板正面的凹槽和背脊构成单极板的正面流道；

所述阳极单极板的正面流道是连接燃料进口与燃料出口的燃料流道；

所述阴极单极板的正面流道是连接氧化剂进口与氧化剂出口的氧化剂流道；

阳极单极板与阴极单极板贴合后，两单极板背面的凹槽和背脊构成通过冷却介质的冷却流道；

所述阳极单极板与所述阴极单极板之间密封连接；

所述氧化剂流道和所述燃料流道皆为蛇形流道且分别至少设有一条，每条所述蛇形流道皆在进口端与出口端之间来回折返且沿垂直于进口端与出口端的连线的方向延伸。

进一步地说，实现所述密封连接的方式为焊接。

进一步地说，所述单极板为不锈钢材质单极板，厚度为0.1～0.25mm。

进一步地说，所述蛇形流道设有三条且三条所述蛇形流道皆沿气体进出口的方向平行且均匀分布。

进一步地说，三条所述蛇形流道的长度分别为840～845mm、843～845mm和840～845mm。

进一步地说，所述蛇形流道的截面为梯形形状，所述梯形凹槽的两个侧壁之间的最大距离为1～1.2mm,所述梯形凹槽的槽深为0.5～1mm。

进一步地说，所述双极板周边设有定位部，所述定位部包括两个对角线设置的定位凸台和两个对角线设置的定位凹孔。