[发明专利]一种燃料电池用高效全屏流场双极板及其电池堆

说明书

本发明涉及一种燃料电池用高效全屏流场双极板及其电池堆，通过该双极板及电池堆，可实现在整个双极板板材平面内仅进行流场和密封设计，削减了传统双极板阴阳极气体和冷却液进出口外框及其密封设计；同时利用双极板的外部框架密封设计并配合电池堆金属外端板设计实现气体和冷却液进出口功能；电池堆组装使用盒式密封组装，并采用螺杆梁紧固组装设计，确保电池堆整体密封和长时抗振紧固。本发明所述双极板及其电池堆相较于传统双极板设计具有高有效面积率、节省双极板基体材料、降低双极板加工难度、简化膜电极组件外框制备、电池堆高体积比功率、电池堆长时稳定紧固等特点。

技术领域

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池用双极板流场和电池堆组装设计技术领域，具体涉及一种燃料电池用全屏流场双极板及其电池堆。

背景技术

当前，环保零排放新能源汽车正在全球高速发展，并且国际上许多发达国家均制定了传统汽油车退役时间表。在新能源汽车中，以燃料电池作为动力电源驱动的燃料电池电动汽车，用燃料氢气替代传统汽油作为能源，被认为是在各方面性能可以与传统汽油车相媲美的替代型新能源汽车。国际上许多著名汽车厂商均已推出商业化燃料电池汽车。

双极板是燃料电池的关键部件之一，在燃料电池中发挥着传输和分隔燃料和空气及冷却液、机械支撑、电子传导等重要作用。双极板除发挥上述作用外，其设计决定了燃料电池极板的有效面积率，进而决定燃料电池堆的体积功率密度等。双极板设计包括气体和冷却液进出口设计、密封设计、流场设计、电池堆组装定位设计等。传统双极板设计一般将燃料、空气和冷却液进出口外框设计在双极板板材平面内，在密封上需要围绕这些进出口外框进行设计，而发电有效部分流场则位于这些设计所包围的内部，从而这使得传统双极板的进出口及其密封的面积占比较大，发电部分的有效面积率较低。此外，燃料电池的核心发电部件膜电极外框需要与双极板匹配，为降低成本和提高外框部分的机械强度，膜电极外框一般由成本低廉的塑封膜材料构成并需要与膜电极塑封在一起。为进一步提高车用燃料电池的体积功率密度和简化膜电极制备工艺降低成本，可通过进一步优化双极板整体设计来实现。

本发明专利提供一种燃料电池用高效全屏流场双极板及其电池堆组装技术设计方案，在双极板板材平面内仅含流场和密封件，相较于传统双极板削减了气体和冷却液进出口外框设计，从而较大程度上提高了双极板的有效面积率和简化了膜电极的制备工艺。传统双极板设计由于气体和冷却液进出口外框及其匹配的密封件占比较大其有效面积率一般在60%~75%，而本发明专利提供的高效全屏双极板设计方案的有效面积率可达85%~90%，显著提高双极板的有效面积率进而可有效提高燃料电池堆的体积比功率密度。同时，本发明专利所提供的全屏流场双极板设计由于不含有气体和冷却液进出口外框及其密封件，从而可以削减与之匹配的膜电极的塑封膜外框制备，从而简化膜电极的制备工艺，降低膜电极生产成本和提高生产效率。

发明内容

本发明专利提供一种燃料电池用高效全屏流场双极板及其电池堆，有效提高了双极板的有效面积率，在确保相同输出功率的电池堆组装前提下，有效降低该电池堆的体积，最终实现提高车用燃料电池堆的体积功率密度的目的。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种燃料电池用高效全屏流场双极板，该双极板由阳级侧单级板和阴极侧单级板背靠背贴合在一起组成，其特征在于，阳级侧单级板和阴极侧单级板由外轮廓一致的基板构成，基板的四周设置有从基板侧边伸出的凸出部，阳极侧单级板和阴极侧单级板的正面包括设置在基板中心的流场，流场四周至基板的外边缘及凸处部表面为密封粘接区，通过设置在粘接区域的密封件，阳级侧单级板和阴极侧单级板被贴合在一起组成双极板。

阳级侧单级板或阴极侧单级板上均设置有气体和冷却液进出口，气体和冷却液进出口分别位于基板的四周边缘。

阴极侧单级板的背面中心设置有冷却液流场，冷却液流场的上下两侧分别设置有冷却液流场入口和冷却液流场出口，冷却液流场入口和冷却液流场出口均位于基板的边缘。