[实用新型]一种质子交换膜燃料电池金属双极板

说明书

本实用新型公开了一种质子交换膜燃料电池金属双极板，包括对应布置的阳极单极板和阴极单极板，两单极板上均设置燃料气体腔、氧化剂气体腔、分配区、冷却介质腔和活性区；活性区由流场区和其两端的凹凸结构组成，两凹凸结构内均布有若干交替布置的凸点和凹点，并在两凹凸结构之间形成非连续型气体介质腔流道以及中空的冷却介质腔流道，气体介质腔流道两端分别与反应气体腔连通；冷却介质腔流道的两端分别与冷却介质腔连通。本实用新型提供的质子交换膜燃料电池金属双极板，解决了现有金属双极板冲压制备时内应力无法有效释放，导致整体会变形的通病；相对现有结构双极板，其气体与冷却液能够更好分配；且流场边界处沟槽深度略浅的问题得以有效改善。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池金属双极板。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是以氢气为燃料，氧气或空气为氧化剂，将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的发电装置。双极板在PEMFC中具有隔断反应介质、集流导电、支撑膜电极、导热、以及通过在双极板上加工气体通道或与流场板结合,为反应气体提供通道,均匀分布反应气体以及排水等作用。此外,还可以通过耦合的两个双极板中形成的间隙,利用冷却剂控制电池的温度。

金属双极板相比石墨双极板具有导电性好、散热性好，强度高，容易薄片化，易于使用模具批量加工来降低制造成本等优点，而且可以减小电堆的体积，提高电堆的体积功率密度，金属双极板是目前燃料电池双极板发展的主流趋势。但是金属双极板的制造工艺难度较大，由于双极板的结构非常复杂、流道精细，金属材料具有一定的延展性，冲压成型之后很难保证双极板的平整度及流道一致性，一般在活性区的矩形四个角位置由于应力无法完全释放会导致冲压回弹比较大，流道沟槽深度相对中间较浅，使得进气流量不一致，直接影响电堆性能；而且冲压之后会导致双极板四周翘曲，平整度比较差，若干片双极板叠加装堆之后会使电堆产生很大的内应力，从而加速密封胶及其他部件的使用寿命，大大降低电堆的寿命。

现有技术中为提高电堆寿命，保证双极板制造过程中的内应力释放、提高双极板平整度是非常有必要的技术手段，而双极板前期的合理设计，对于保证双极板平整度至关重要。

如专利CN100388540C公开了一种凸凹互补的流道结构，以及双极板边缘凸点结构来释放内应力；其优势在于，增加双极板的强度，有效释放内应力增加双极板的平整度；但不足之处在于：该凸凹互补流道为连续型流道，并不能解决流道深度不一致的问题；双极板周围的凸点也增加了整体板的尺寸，降低了活性区的占比及电堆的功率密度。

专利CN102306805A公开了一种金属版型，该版型中将气体分配区设计为凹凸点型，凹点为支撑，凸点为导流。其优势在于：该结构具有气体分配作用及冷却腔支撑分配作用；但其不足之处在于：凹凸点结构设在分配区，并不能解决活性区边缘沟槽不一致的问题。

以及专利CN103151531A中阐述一种金属板的分配区为凸凹点结构，当气体分配的凸点为不规则形状时其长度方向与气流方向一致，这样的有点在于能够有效分配气体且能够减小气体的流阻；但其不足之处在于：凸点长度方向与气流方向一致时使得冲压时应力方向一致，不能得到均匀释放，增加双极板的翘曲度及整堆的内应力，降低电堆使用寿命。

实用新型内容

本实用新型为解决现有技术燃料电池在制备中产生的形变、内应力释放以及冷却液流阻过大造成流量分配不均的缺陷，提出一种质子交换膜燃料电池金属双极板。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：