[发明专利]一种双极板、燃料电池单元、燃料电池及其制作方法

说明书

本发明是关于一种双极板、燃料电池单元、燃料电池及其制作方法，涉及燃料电池技术领域。主要采用的技术方案为：一种双极板包括阳极板和阴极板；其中，阳极板的发电区域处的流道设置为交指型流道；阴极板的发电区域处的流道设置为并行流道。阳极板包括阳极板本体和燃料分配盖板、阴极板包括阴极板本体和氧化剂分配盖板。一种燃料电池单元包括膜电极及上述的双极板。一种燃料电池包括多个上述的燃料电池单元。本发明主要用于提高燃料电池中的燃料向催化层的扩散能力、并避免燃料电池的阴极出现水淹现象，在强化传质的同时实现冷却液侧、气侧流体的均匀流通。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池技术领域，特别是涉及一种双极板、燃料电池单元、燃料电池及其制作方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种新型的能源转换装置，用于将燃料中的化学能转化为电能输出。质子交换膜燃料电池具有能量转换效率高、不受卡诺循环限制、运行可靠性高、工作温度低、启动快、结构简单、无噪声等优点，可广泛应用于交通行业、可移动设施电源、分布式发电等领域。质子交换膜燃料电池单元由双极板、膜电极及密封件等组成，多个电池单元可串联组装为电堆结构。

燃料电池的产电性能及可靠性受冷却液侧流场、气侧流场均匀性的影响较大。具体地，若气侧流场不均，会引起流场局部缺气，产生浓差极化，进而影响燃料电池的产电性能，严重的会引起反极导致催化剂降解，损坏电堆。若冷却液侧流场不均，会导致电池发电时局部产生的热量无法被及时带走，从而产生单电池局部超温的现场，进而引起质子交换膜脱水降低电导率，甚至导致质子交换膜穿孔，影响电池性能和安全性。因此，设计双极板时，要使反应气体尽可能均匀地到达反应区域的各个流路，从而使电流密度分布均匀，增加电池运行可靠性和均匀性，提高电池性能；同时，冷却液侧流场也应设计均匀，使多余的热量能及时被冷却液带离电池，保证电池温度分布的均匀性，进而保证电池产电性能的均一性。然而，受双极板的尺寸及设计方法、模具精度、密封工艺等方面的限制，无法同时调整气侧和冷却液侧均匀性，或是需要额外的制造工艺、材料和设备，增加了制造难度及成本。

燃料电池在大电流工作区间的产电性能主要受浓差极化影响，催化层中的燃料浓度是限制电池性能的主要因素。但是，目前的阳极双极板主要采用并行流道或并行的蛇形流道设计，这种设计的流通结构导致传输方式主要为对流，燃料向催化层的扩散传输能力较弱，催化层中燃料浓度较低。交指型流道由于其流道不连续的特点，相比于并行、蛇形流道具有更好的扩散传输能力；但是，由于现有技术的阴极板与阳极板的流道设计相同，不利于阴极生成水的排出，易造成阴极水淹，影响阴极的气体传输，进而影响电池产电性能；并且，现有交指型双极板的设计单一，忽视了分配区对流场均匀性的作用；此外，传统的交指型双极板冷却液侧多采用焊接密封工艺，限制了燃料电池单元一体化的发展。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种双极板、燃料电池单元、燃料电池及其制作方法，主要目的在于提高燃料向催化层的扩散能力、并避免燃料电池的阴极出现水淹现象。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种双极板，其中，所述双极板包括阳极板和阴极板；其中，

所述阳极板的发电区域处的流道设置为交指型流道；

所述阴极板的发电区域处的流道设置为并行流道。

优选的，所述阳极板包括：

阳极板本体，所述交指型流道位于所述阳极板本体上，且所述阳极板本体上设置有燃料进口、燃料出口；

燃料分配盖板，所述燃料分配盖板包括第一燃料分配盖板、第二燃料分配盖板；其中，所述第一燃料分配盖板上设置有燃料进气分配区，且所述燃料进气分配区用于连通所述燃料进口和交指型流道的进口；所述第二燃料分配盖板上设置有燃料出气分配区，且所述燃料出气分配区用于连通所述燃料出口和交指型流道的出口。