[发明专利]一种质子交换膜燃料电池双极板

说明书

本发明提供了一种质子交换膜燃料电池双极板，该质子交换膜燃料电池双极板由阳极单板和阴极单板组合而成，阳极单板外侧设置有阳极流场，阴极单板外侧设置有阴极流场，所述阳极单板和所述阴极单板之间的空腔形成冷却剂流场。阳极入口和阳极出口设置在所述质子交换膜燃料电池双极板的左右两侧，阴极入口和阴极出口设置在所述质子交换膜燃料电池双极板的左右两侧；冷却剂入口和冷却剂出口在所述质子交换膜燃料电池双极板的上下两侧；以及所述阳极入口和所述阴极入口位于所述质子交换膜燃料电池双极板的左右两侧。实现了冷却剂与阴极气体和阳极气体的垂直交叉流动，进而提高了质子交换膜燃料电池双极板的电化学反应活性，并且实现了更好的热管理。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，更具体地说，涉及一种质子交换膜燃料电池双极板。

背景技术

燃料电池是一种将燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学电池，又称为电化学发电器；其是继水力发电、热能发电和原子能发电的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应将燃料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，具有很高的经济性。

目前实际运行的各种燃料电池，由于各种技术的限制，再考虑整个装置系统的耗能，总的转换效率多在45％-60％范围内，如考虑排热利用可达80％以上。此外，燃料电池装置不含运动部件，且工作可靠，维修较少，相比较传统的发电机组而言声音较低。另外，电化学反应清洁、安全、且产生的有害物质较少。所有的一切优势都使得燃料电池被视为一种很有发展前途的能源动力装置。

质子交换膜燃料电池是燃料电池的一种，在原理上相当于水解电的“逆”装置，其单电池由阳极、阴极和膜电极组成。以氢为燃料的质子交换膜燃料电池为例，膜电池的阳极为氢燃料发生氧化的场所，膜电极的阴极为氧化剂还原的场所，两级都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为传递质子的介质，只允许质子通过，而氢失去的电子则从外部负载和导线通过。

燃料电池堆是由多个单电池以串联方式层叠组合而成，在将单电池组装成电堆的过程中，将一个电池的阳极板与相邻电池的阴极板电气连接，就形成了双极板。双极板是燃料电池电堆的重要部件之一，起到支撑固定质子交换膜燃料电池膜电极、分割燃料和氧化气体、收集、传导电流等重要作用，所以优化双极板的设计将对质子交换膜燃料电池的性能和耐久性的提升具有巨大的作用。

为了保证燃料电池的性能和寿命，需要保持膜电极电流密度分布一致，因此需要保持膜电极各点的气体分布均匀，温度分布均匀。如果气体分布不一致时，会导致膜电极各点实际性能有较大差异，膜电极各点产热不一致，严重时会导致膜电极中出现局部过热，甚至烧穿质子交换膜；另一方面，如果燃料电池运行中生成的水不能及时排除时，液态水堵塞流道，会造成气体流道受阻，无法均匀分布。同时燃料电池阴极板流场、阳极板流场和冷却流场的压降对风机、气泵和液泵的选型有很大影响。

双极板的结构直接决定了燃料电池内部气体及冷却剂的流动方式和分布，从而直接影响燃料电池内部的电化学反应和水热管理，同时双极板的结构也直接决定了双极板部件面积利用率，从而直接影响燃料电池电堆的功率密度。

那么，如何提供一种优质的质子交换膜燃料电池双极板，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种质子交换膜燃料电池双极板，技术方案如下：

一种质子交换膜燃料电池双极板，所述质子交换膜燃料电池双极板包括：

相对设置的阳极单板和阴极单板；

其中，所述阳极单板背离所述阴极单板的外侧形成有阳极流场，所述阴极单板背离所述阳极单板的外侧形成有阴极流场，所述阳极单板和所述阴极单板之间的空腔形成冷却剂流场；