[发明专利]一种燃料电池电堆金属双极板

说明书

一种燃料电池电堆金属双极板，包括金属阳极流场板和金属阴极流场板，金属阳极流场板和金属阴极流场板都为复合式双层结构，其中较厚的一层采用耐蚀性一般的金属材质制作，其表面与冷却剂空气(水)接触，较薄的一层采用高耐蚀的金属材质制作，其表面与阴极流场与阳极流场相接触；由复合式双层的金属阳极流场板与金属阴极流场板构成的金属双极板具有结构刚度高，耐蚀性佳，导电性与导热性能好，制成的燃料电池能够长期可靠地工作运行。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池电堆金属双极板。

背景技术

燃料电池电堆能够直接将氢气H2和氧气O2反应产生的化学能转化成可用的电能，不仅能量转化率高，而且反应产物只有水，非常环保，是至今首选的节能、高效、环保的发电技术方案。

燃料电池电堆由若干个单电池Cell串联重叠构成。每个单电池Cell由一个MEA膜组件和两侧各一个双极板构成，即一个MEA膜组件被两个双极板夹持在中间，形成的单电池Cell具有层叠三明治式结构。双极板包括一个阳极流场板和一个阴极流场板，可采用石墨、金属、导电高分子材质制成。当燃料电池电堆运行时，金属阳极流场板的阳极流场流道内通入燃料H2气体，其背面的流道内通入冷却剂空气(水)对其进行冷却；金属阴极流场板的阴极流场流道内通入氧化剂O2气体，背面流道也通入冷却剂空气(水)。金属双极板的功能是将反应气体H2、O2分配到气体扩散层上，并为MEA膜组件提供机械支持，与阳电极与阴电极实现电连接；金属双极板应具有气密性与耐腐蚀性好，导电与导热性能佳，电阻率低，机械强度好，流场流道形成容易，制造成本低，生产制造方便等优点。在H2，O2/Air的质子膜燃料电池中，双极板处在一个潮湿、有强氧化剂与强还原性气体同时存在的酸性环境下。由于普通的金属材料难以在弱酸环境下长时间使用，因此需要对制作双极板的金属材料进行表面改性，以满足长期稳定使用这一要求。目前典型的方法是对金属双极板的表面进行TiN、TiC、CrN、CrC镀涂，以提高金属双极板的耐蚀性。

此方法的缺陷与不足如下：

1)采用表面改性处理的金属双极板的制造成本高，生产周期长，经济性差；

2)金属表面改性后形成的TiN、TiC、CrN、CrC镀涂层表面会存在一些针孔、麻点等缺陷，由此产生局部腐蚀问题；

3)由于金属表面的TiN、TiC、CrN、CrC镀涂层与金属本体之间存在热膨胀率不同这一问题，因此金属表面的镀涂层在使用一段时间后，会出现TiN、TiC、CrN、CrC镀涂层从金属表面脱层这一现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐蚀性佳、生产制造成本低、经济性好的燃料电池电堆金属双极板。

本发明为解决现有技术方法与工艺缺陷所采取的技术方案如下：

本发明给出的一种燃料电池电堆金属双极板，包括金属阳极流场板和金属阴极流场板，金属阳极流场板和金属阴极流场板采用复合式双层结构，其中较厚的一层采用耐蚀性一般的金属材质制作，其表面与冷却剂空气(水)接触，较薄的一层采用高耐蚀的金属材质制作，其表面与阴极流场O2气体和阳极流场H2气体相接触；由复合式双层的金属阳极流场板与金属阴极流场板构成的金属双极板具有结构刚度高，耐蚀性佳，导电性与导热性能好，能够长期可靠地在燃料电堆内部的弱酸环境下工作于使用。

本发明给出的金属双极板内的金属阳极板与金属阴极板可以采用滚压压制成型、冲压压制成型方式制造，复合式双层结构的金属阳极板与金属阴极板内较厚的一层金属可以采用不锈钢、铝、铜、钛、铝镁合金等金属材质制作。

附图说明

在以下附图1～附图7中：

图1是现有典型的燃料电池电堆金属双极板内金属阳极流场板(金属阴极流场板)的结构示意图；

图2是图1中的金属阳极流场板与金属阴极流场板构成的金属双极板结构示意图；