[发明专利]硅在燃料电池的应用

说明书

本发明公开了一种硅在燃料电池的应用，所述燃料电池包括1个或多个燃料电池单元；所述燃料电池单元包括依次堆叠为一体的阳极板、阳电极、电解质隔膜、阴电极、阴极板；其中，所述阴极板和阳极板采用掺杂导电的晶体硅材料制成的硅极板；所述硅极板具有内部冷却介质流道、正面还原剂流道和/或反面氧化剂流道，且所述内部冷却介质流道、正面还原剂流道和/或反面氧化剂流道分别设有与其相连通的硅极板进出口组合；相比于现有技术中的金属极板、石墨极板或复合材料极板，本发明提出的硅极板在寿命、成本、效率以及功率密度上具有更佳的优势，对于燃料电池的大批量产业化进程无疑是具有重大意义和核心推进作用的。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及了硅在燃料电池的应用。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，能量转化率高；而且采用氢作为燃料的燃料电池反应产物为水，环境友好，理论上可实现零污染排放；另外，燃料电池没有机械传动部件，运动部件少，工作时噪音很低；而且燃料电池还具有比能量高，可靠性高，燃料范围广，启动时间短，体积小，携带方便等优点。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是目前最有发展前途的发电技术。

从结构上来说，燃料电池通常包括电极(Electrode)、电解质隔膜(ElectrolyteMembrane)与集电器(Current Collector)；其中，燃料电池的电极是燃料发生氧化反应以及氧化剂发生还原反应的电化学反应场所，为了促进反应的发生，一般在电极上还会设置催化剂；电解质隔膜的主要功能在分隔氧化剂与还原剂，并传导离子；而集电器通常又称作双极板(Bipolar Plate)，是燃料电池电堆中重要的性能元件，双极板负责把燃料和空气分配到阴阳电极表面以及电池堆的散热，也是负责将单电池串联起来组成电池堆的关键部件，主要起分割氧化剂、还原剂和冷却剂以及收集电流的作用，对燃料电池堆质量、体积、成本、可靠性以及功率密度等方面影响占很大权重，其成本占据了整个燃料电池成本的20-60％。因此，高性能、低成本双极板材料的开发，对于燃料电池的大规模商业化应用具有重要的意义。目前双极板材料的研发占据了燃料电池研发费用的40-60％，从另一方面也证实了双极板是决定燃料电池能够产业化的核心关键因素。

经研究验证，双极板需具备的特点有：良好的阻气功能；较好的导热性能；较低的体电阻和接触电阻；耐腐蚀性强；质量轻、强度高、适于批量加工等特性。

现有技术中，燃料电池的双极板的种类主要有石墨板或金属板，其中石墨板主要是利用碳粉或石墨粉混合可石墨化树脂压制而得，其主要存在体积大、功率密度小以及强度小的缺点；金属板一般直接采用不锈钢、钛合金、铝合金等直接加工而成，其主要存在易被腐蚀的缺陷，一般需要进行各种表面改性，进而又带来了制备工艺复杂，成本高的问题；现已有一些采用复合板来作为双极板的技术方案，一种是采用多层复合型，采用以薄金属为分隔板，有孔薄碳板为流场板，以极薄导电胶粘合，制作非常繁琐，另一种是采用复合材料型，采用热塑或热固性树脂混合石墨粉增强纤维等形成预制料并固化、石墨化后成型，但其导电效果差，而且成本高。

因此，寻求一种合适的双极板材料作为燃料电池的双极板，并满足双极板所要求的良好的阻气功能；较好的导热性能；较低的体电阻和接触电阻；耐腐蚀性强；质量轻、强度高、适于批量加工等特性，对于燃料电池的大批量产业化进程无疑是具有重大意义和核心推进作用的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出硅在燃料电池的应用，提出采用硅极板直接作为燃料电池的双极板，不仅满足了双极板所要求的良好的阻气功能；较好的导热性能；较低的体电阻和接触电阻；耐腐蚀性强；质量轻、强度高、适于批量加工等特性；而且本发明相比于现有技术中的金属极板、石墨极板或复合材料极板，在寿命、成本、效率以及功率密度上具有更佳的优势，对于燃料电池的大批量产业化进程无疑是具有重大意义和核心推进作用的。