[实用新型]一种燃料电池双极板

说明书

本实用新型涉及一种燃料电池双极板，属于质子交换膜燃料电池技术领域。在双极板的两面上分别设有气体流道；所述的气体流道的结构包括：沿着气体流动方向依次排布的进口流场段、中间分配流场段和出口流场段，在进口流场段上设有流体进口，在出口流场段上设有流体出口；所述的进口流场段和出口流场段的结构中设有多根脊状条，脊状条相互之间构成流道，并且脊状条的高度小于进口流场段和出口流场段的高度，在脊状条上依次分布有柱状凸起；所述的中间分配流场段中分布有空心柱式的孔状沟。优点：流体分配均匀，电流密度分布均匀；排水能力较好，不易发生水淹，电堆性能稳定；压力降适中，有利于减小动力损失以及流体在单电池间的分配。

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池双极板，属于质子交换膜燃料电池技术领域。

背景技术

质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell, PEMFC）是一种通过化学反应将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的装置，具有室温下启动快、能量转换效率高、对环境污染小、噪音低等突出优点，在交通、发电、军事、航空航天等领域有着广阔的应用前景。

双极板是PEMFC的关键部件之一，据Direct Technologies公司调查统计，双极板约占电堆体积的80%、质量的70%和成本的29%。其功能是支撑膜电极组件、分配反应气体及冷却液、收集电流、传导热量和排出产物水等。

流场是在双极板上加工的各种形状的沟槽，为反应气体及冷却液及生成的产物提供进出通道，是燃料电池设计的关键因素。因此，设计合理的流场既可以均匀分配电池所需燃料、氧化剂及冷却液（燃料、氧化剂与冷却液以下统称为“流体”），保证电流密度均匀分配，还可以将电池生成的水及尾气顺利排出，同时，在一定的流量下，流体通过流场的压力降适中（压力降太大会造成过高的动力损失，压力降太小不利于流体在并联的多个单电池间分配）。另外，合理的流场设计还可以降低双极板质量、厚度及数量，提高PEMFC电堆的质量比功率和体积比功率，提高PEMFC电池堆性能。

目前，燃料电池的流场主要分为三大类：一、传统流场，即平行沟槽、蛇形等流场；二、泡沫金属流场；三、3D精细网格流场。对于传统流场，是由脊与流道构成，为了减小膜电极组件（MEA）与双极板之间的接触电阻，脊被部分压进了MEA表面的气体扩散层（GDL）内部，这样脊覆盖了部分GDL，导致气体传输距离大于流道间的距离，因此，一般脊的宽度越大，电池的极化性能越差。同时，GDL与脊之间的压力导致GDL的厚度分布不均匀，GDL中与脊接触的部分厚度较薄，水的饱和度较高，水容易在此处凝结，影响气体的传输，导致电流密度分布不均匀，影响电堆输出功率及寿命。对于泡沫金属流场，由于流场与GDL接触宽度足够小，不阻碍气体传输，产生的水被亲水性的金属泡沫吸附，因此气体传输比较均匀，电流密度分布也均匀，可得到更高的输出功率。但是，泡沫金属流场产生更高的压力降，同时易于保留生成水。3D精细网格流场虽然可以解决传统流场与泡沫金属流场存在的气体分布于水分布不均的问题，但是其结构复杂，加工难度较大，制造成本偏高。

实用新型内容

本实用新型提出的一种流体分配均匀、排水能力较好、压力降适中、结构简单的燃料电池流场。

一种燃料电池双极板，在双极板的两面上分别设有气体流道；

所述的气体流道的结构包括：沿着气体流动方向依次排布的进口流场段、中间分配流场段和出口流场段，在进口流场段上设有流体进口，在出口流场段上设有流体出口；

所述的进口流场段和出口流场段的结构中设有多根脊状条，脊状条相互之间构成流道，并且脊状条的高度小于进口流场段和出口流场段的高度，在脊状条上依次分布有柱状凸起；

所述的中间分配流场段中分布有空心柱式的孔状沟。

在一个实施方式中，流道的宽度为0.2-1.5mm。

在一个实施方式中，脊状条宽度为0.2-1.5mm，高度为0.05-0.8mm。