[实用新型]带有冷却剂流道的双极板

说明书

本实用新型的带有冷却剂流道的双极板，包括燃料流场板和氧化剂流场板，所述燃料流场板和氧化剂流场板具有波纹形特征；该双极板上具有对正区和至少两个错位区；所述的两个错位区被所述对正区分隔开；在包含有所述双极板的燃料电池电堆中，冷却剂能够从冷却剂入口通道不经过对正区的冷却剂流道而流入其中一个错位区的冷却剂流道，并且能够从另一个错位区的冷却剂流道不经过对正区的冷却剂流道而流入冷却剂出口通道；燃料流道、氧化剂流道和冷却剂流道均为S形或蛇形，所述的两个错位区内的冷却剂流道属于蛇形冷却剂流道的纵向段。通过设置所述的错位区，能够在不增加双极板厚度的前提下使冷却剂入口通道、冷却剂出口通道与双极板夹层的冷却剂流道完全贯通，从而使冷却剂可以流过全部反应区，进而提高燃料电池电堆的冷却效果。

技术领域

本实用新型涉及一种双极板，特别是一种大型燃料电池电堆中所用的带有冷却剂流道的双极板。

背景技术

燃料电池是一种能够将化学能转化为电能的电化学反应装置，由于不受卡诺循环的限制，理论上其能量转换效率高于内燃机(最高可达80％以上，一般不低于50％)，并且具有零排放、无机械噪声等诸多优点，因此在军事和民用领域备受青睐。根据燃料电池中所用的电解质不同，可以将燃料电池分为五种类型：碱性燃料电池(AFC)，磷酸燃料电池(PAFC)，熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)。其中PEMFC采用固体聚合物膜作为电解质，具有结构简单、工作温度低、能量转化效率高等优点，作为移动电源具有得天独厚的优势。据报道，目前德国、法国已开发出以PEMFC为动力的潜水艇，而日本丰田汽车公司等数家世界顶级汽车公司则已开发出以PEMFC为动力的量产化的燃料电池电动汽车(Fuel Cell Electric Vehicle,缩写为FCEV或FCV)。作为一种重要的移动动力电源，PEMFC具有良好的发展前景。

每个PEMFC单电池由两个极板(一个阳极板和一个阴极板)以及夹在两个极板之间的膜电极组成。所述膜电极由阳极催化剂、质子交换膜、阴极催化剂组装在一起构成。在阳极板和膜电极之间以及膜电极和阴极板之间通常还设置有气体扩散层(GDL)，该气体扩散层通常用透气的碳纸或碳布制成，有些文献将气体扩散层作为膜电极的一部分，而有些文献将气体扩散层作为PEMFC中的一种单独的部件。PEMFC的阳极板上设置有燃料流道，该燃料流道是燃料(氢气或甲醇等在常温常压下以气体或液体形态存在的含能化合物)流动和传输的场所，燃料经由之而传输至阳极催化剂。PEMFC的阴极板上设置有氧化剂流道，该氧化剂流道是氧化剂(通常为氧气或空气)流动和传输的场所，氧化剂经由之而到达阴极催化剂。借助于所述燃料流道和氧化剂流道，燃料和氧化剂可以被源源不断地输送到燃料电池内从而使燃料电池可以连续地输出电能。

碱性燃料电池(AFC)的结构与质子交换膜燃料电池类似，主要区别是电解质不同，并且燃料流道设置在其阴极板上，氧化剂流道设置在其阳极板上。为了避免混淆，通常将燃料电池的设置有燃料流道的极板，无论其为阴极板还是阳极板，统称为燃料流场板，将燃料电池的设置有氧化剂流道的极板，无论其为阴极板还是阳极板，统称为氧化剂流场板。

为了提高燃料电池的总的发电功率，通常将多个单电池串联在一起而组成一个燃料电池电堆(Fuel Cell Stack)。在所述燃料电池电堆中，除了最外侧的两个单电池之外，位于电堆内部的单电池的燃料流场板和与之相邻的单电池的氧化剂流场板紧贴在一起。如果将贴在一起的燃料流场板和氧化剂流场板固定连接在一起而形成一个单独的部件则可以简化燃料电池电堆的结构并提高燃料电池电堆运行的可靠性，而这个由燃料流场板和氧化剂流场板组合在一起而形成的单独的部件被称为双极板(bipolar plate)。

双极板是燃料电池电堆中的关键部件之一，在燃料电池电堆中发挥着支撑膜电极组件、分配反应气体、传输电流、传导热量和排出反应产物水等多种功能。在现有的技术水平条件下，双极板的制造成本占整个燃料电池电堆总的制造成本的一半左右。