[发明专利]一种大功率金属板燃料电池堆

说明书

本发明涉及一种大功率金属板燃料电池堆，包括交错设置的双极板和膜电极，双极板包括阳极板和阴极板，阳极板和阴极板的相对面分别设有阳极冷却流道和阴极冷却流道，非相对面分别对应设有燃料气体流道和氧化气体流道，阳极冷却流道、阴极冷却流道、燃料气体流道和氧化气体流道蚀刻成型，阳极板和阴极板相对面的阳极冷却流道和阴极冷却流道周侧对称设有密封槽，其中一个面上的密封槽内集成冷却液流场密封件，组装阳极板和阴极板时，冷却液流场密封件挤压嵌入另一个面上的密封槽中形成半粘合组合方式，阳极冷却流道和阴极冷却流道连通形成密封冷却液腔。与现有技术相比，本发明大功率金属板电堆密封效果好，散热性能高，单体电压一致性高。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种大功率金属板燃料电池堆。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)以氢气作为燃料，具有高转化效率、反应产物无污染的特点，是一种理想的交通领域用新能源载体。然而，由于目前燃料电池还存在一定的技术瓶颈，加上加氢基础设施数量少，造成了燃料电池堆的使用成本居高不下的现状。在燃料电池汽车商业化的早期，可实现定点加注并适于远距离运输的燃料电池重卡、集装箱物流车、机车等日益受到重视；这就对大功率燃料电池堆的设计、开发和加工制造提出了迫切需求。

目前国内交通领域用燃料电池处于小规模应用阶段，商业化推广才刚起步；主流的电堆以30-60kW的功率等级为主，主要面向市内交通用大巴、公司通勤小巴和轻型物流车等市场。

100kW以上大功率电堆面积大、组件多、技术复杂，其成功开发需要攻破两大瓶颈：1、设计大功率下传质良好和废热排出迅速的金属极板(尤其是阴极)；2、易于实现低成本、批量制造且易于密封(包括氢气、空气和冷却液)的电堆密封技术。除此以外，还需要高性能膜电极组件(MEA)以及电堆集成与组装技术进行配合。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种大功率金属板燃料电池堆。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种大功率金属板燃料电池堆，包括发电核心单元，所述的发电核心单元包括交错设置的双极板和膜电极，所述的双极板包括相对设置的阳极板和阴极板，所述的阳极板和阴极板的相对面分别设有阳极冷却流道和阴极冷却流道，所述的阳极板和阴极板的非相对面分别对应设有燃料气体流道和氧化气体流道，所述的发电核心单元两端分别设有正极集电板和负极集电板，所述的正极集电板外侧设有流体分配板，所述的阳极冷却流道、阴极冷却流道、燃料气体流道和氧化气体流道蚀刻成型，所述的阳极板和阴极板相对面的阳极冷却流道和阴极冷却流道周侧对称设有密封槽，其中一个面上的密封槽内集成冷却液流场密封件，组装阳极板和阴极板时，所述的冷却液流场密封件挤压嵌入另一个面上的密封槽中形成半粘合组合方式，所述的阳极冷却流道和阴极冷却流道连通形成密封冷却液腔。

所述的阳极冷却流道和阴极冷却流道交错分布，形成交错分流结构。

所述的阳极板上的燃料气体流道包括多条紧密排布的蛇形流道，燃料气体进口端和燃料气体出口端分别位于阳极板的对角线位置处。

所述的燃料气体流道靠近燃料气体进口端设有用于将多条流道中的燃料气体汇流并再分配的第一隔断槽。

所述的阳极板上的阳极冷却流道包括多条紧密排布的蛇形流道，冷却液进口端和冷却液出口端分别位于阳极板的另一对角线位置处。

所述的阴极板上的氧化气体流道和阴极冷却流道分别包括多条紧密排布的波纹流道，两个面上的波纹流道对称加工，正面波纹流道的脊对应反面波纹流道的槽，氧化气体进口端和氧化气体出口端对称分布在阴极板两端。

所述的氧化气体流道靠近氧化气体进口端设有用于将多条流道中的氧化气体汇流并再分配的第二隔断槽。

所述的氧化气体流道中各波纹流道采用精细流道：槽宽≤0.5mm，槽深度≥0.35mm。