[发明专利]一种风冷型燃料电池金属双极板

说明书

本发明涉及一种风冷型燃料电池金属双极板，该金属双极板是一片金属板机加工或冲压得到的，其中包括阳极流场、阴极流场、密封槽和燃料的公共管道。金属双极板中的阳极流场、燃料公共管道与膜电极密封合围形成燃料通道；阴极流场与另一片膜电极合围形成空气通道，空气用于冷却电池且提供参与电化学反应的氧化剂。双极板与膜电极之间采用胶线压合密封或粘结密封。所述双极板制作工艺简单，后续的装配工序都相对简单，非常适于大规模加工制造同时降低成本，并得到实际应用。

技术领域

本发明涉及用于燃料电池技术领域，具体涉及一种适用于风冷技术的燃料电池用金属双极板。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种可以室温快速启动的低噪音、高能量转换效率的零排放发电装置。质子交换膜燃料电池可用于移动电源、便携电源、航空动力电源、车用动力电源、固定式电站等，可以满足多领域的用电需要，是最接近于实际应用的燃料电池之一。

氢燃料电池工作时，除了对外输出电能之外，同时会伴产约40-50％的热量。在燃料电池冷却方式中主要有液冷(包含水冷)和风冷两种方式。风冷型氢燃料电池是以氢气为燃料，少量空气中氧作为参与电化学反应的氧化剂，过量的空气用于冷却电堆，使其保持在一定的温度(不宜超过80℃)下工作。用风冷技术摈弃了液冷技术中的复杂臃肿的冷却液循环及散热系统(冷却液箱、冷却液循环泵、冷却液管、散热片、风扇、空气增湿器还有诸多传感器、电磁阀等)，更是摈弃了笨重、高功耗的空气压气机(正常工作时要消耗掉燃料电池发电量的20-40％)，使整个系统简单、易于操作与控制，具有广泛的应用前景。

在风冷型燃料电池中，阴极通道是敞开的，强制对流通入的空气有两个作用，一个是冷却电池，使电池处于平稳的工作状态；另一个作用就是为阴极电化学反应提供氧气。其阴极通道是由膜电极的阴极侧和双极板的合围部分形成的。风冷型燃料电池普遍采用石墨双极板，但是石墨双极板存在抗震性差，无法制造得更轻薄，装配力难于控制，成本高等缺点，在实际应用中还存在低重量比功率和体积比功率等问题。在中国专利201510449567.1和201610333293.4中，用了多孔石墨板(也可用多孔金属板)作阴极板，以减轻阴极板的重量。在中国专利201010217390.X中，描述了制备石墨双极板的原料和制备双极板的方法。由于金属双极板易于加工，更好的能够满足导电性优良、传热性好、机械强度高等要求，也有用薄金属板做双极板的技术。在中国专利200710056414.6中，使用冲压技术制备了阳极流场板和阴极流场板(不锈钢板板厚为0.1-0.2mm)，阳极板和阴极板中间使用了轻质铝合金作为支撑板，阴极板为边长1.5mm的正方形，或为半径为0.75mm的半圆形。阳极流场板、支撑板和阴极板直接叠合组合在一起，靠密封圈加以密封，面电阻较大，重量较重，结构较为复杂，不适合大批量生产。在中国专利200820153416.7中，双极板由三部分构成，一个是阳极流场冲压板(金属板板厚为0.05-0.2mm)，一个是阴极流场冲压板，还有带孔的塑料构件，阳极流场板和阴极流场板靠焊接或粘结连在一起，塑料构件和阳极流场板是靠焊接连在一起，在这里能够将塑料构件和金属流场板焊接在一起是常用技术难以实现的，焊接不实，会导致密封不住氢气，氢气泄漏。在中国专利201611012620.2中，是将氢侧板与截面呈弧面的空气流场板焊接起来，再将空气流场板两端的支撑体与氢侧板粘结在一起形成氢气的公共管道，结构复杂，并多处使用胶体粘结技术，在密封、使用寿命和环境适应性等方面需要提供更多的技术保障。在中国专利201510455394.4中，为了提高密封性，采用了一种密封圈支撑结构，不仅增加了加工制备步骤，还影响了散热效果，从达到支撑效果来看，本发明专利采用了穿孔板与膜电极的阴极侧全面积接触，既提供了很好的支撑，又增加了导电面积和散热面积，实施效果好于该专利。在中国专利201711498436.8中，虽然采用了风冷技术，但这和传统提法的风冷型燃料电池存在较大差异，它的阴极结构为封闭式，是采用空气压气机将空气的引入电池阴极通道中，为阴极电化学反应提供氧气，这样空气压气机正常工作时要消耗掉燃料电池发电量的20-40％，笨重、高功耗是这种结构致命的弱点。