[发明专利]一种具有内增湿结构的燃料电池双极板及电堆

说明书

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种具有内增湿结构的燃料电池双极板及电堆。本发明具有内增湿结构的燃料电池双极板，包括阳极板和阴极板，所述阳极板设置有阳极流道，所述阴极板设置有阴极流道，两个极板的背面相对组成所述双极板，之间形成双极板冷却液流道，所述阳极板和阴极板的氢气出入口设置在极板的左右两侧，极板空气入口和极板空气出口设置在极板的上下两端或左右两端，所述阳极板和阴极板的下端设置有若干极板空气增湿口。本发明通过在极板下部增加若干空气增湿口，并配合前后端板、前后取电板等零部件的相关结构，在电堆内形成自增湿循环，能够解决外部增湿器不适宜在低温环境下使用的问题。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及到一种具有内增湿结构的燃料电池双极板及电堆。

背景技术

质子交换膜燃料电池普遍采用固体聚合物电解质膜，质子在膜中以水合的形式从阳极传递到阴极，水就是质子传导的载体。故质子交换膜中水含量的多少，直接影响膜的质子传导率，进而对燃料电池的性能产生极大的影响。

质子交换膜燃料电池增湿技术主要包括外增湿和自增湿两种方式。市场上成熟的燃料电池发电系统通常采用电堆外置辅助增湿系统来对电堆的反应气进行增湿，从而保证反应电堆中的质子交换膜(PEM)有充足的水分。例如在阴极侧增加膜管增湿器，利用湿度较高的气体与进气间的浓度差，扩散渗透达到进气增湿的目的。但膜管增湿器增加了燃料电池系统的复杂性和空间结构，尤其是高功率发电系统进气量大，就需要配置大体积的膜管增湿器。此外，膜管增湿器还存在因冷凝液态水而不能适应低温环境的缺点。燃料电池自增湿技术的研究主要集中在流场结构和膜电极的设计，依靠流场的特殊设计以及对气体扩散层、催化剂、质子交换膜的材料改性、匹配优化，实现电堆的自增湿和保水能力。通过改性的内增湿技术若匹配不好，将导致燃料电池膜电极和流场内部出现积水现象，阻碍正常反应，即电堆“水淹”的现象，使设备性能下降。且此方式的增湿能力有限，尤其高电流密度时，自增湿的量并不能满足质子传导的需求。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种具有内增湿结构的燃料电池双极板及电堆。本发明通过在极板下端增设一排空气增湿口，并配合前后端板、前后取电板等零部件的相关结构，在电堆内形成自增湿循环，能够解决外部增湿器不适宜在低温环境下使用的问题，既可以满足电堆高电流密度下正常工作需求，又能够降低电堆结构、系统控制和加工的复杂程度。

为解决现有技术的不足，本发明采用以下技术方案：一种具有内增湿结构的燃料电池双极板，包括阳极板和阴极板，所述阳极板设置有阳极流道，所述阴极板设置有阴极流道，两个极板的背面相对组成所述双极板，之间形成双极板冷却液流道，所述阳极板和阴极板的氢气出入口设置在极板的左右两侧，极板空气入口和极板空气出口设置在极板的上下两端或左右两端，所述阳极板和阴极板的下端设置有若干极板空气增湿口。

一种具有内增湿结构的燃料电池电堆，包括前端板、后端板、前取电板、后取电板及所述的双极板，所述前端板上设置有前端板空气入口和前端板空气出口，所述前取电板上设置有前取电板空气增湿口和前取电板空气出口；

所述前端板空气入口与前取电板空气增湿口、极板空气增湿口相连通，所述前端板空气出口与前取电板空气出口、极板空气出口相连通；

所述后取电板上设置有后取电板空气增湿口和后取电板空气入口，所述后取电板空气增湿口与极板空气增湿口相连通；所述后取电板空气入口与极板空气入口相连通；

所述后端板内侧设置有连通后取电板空气增湿口和后取电板空气入口的空气改向槽；

所述前端板或后端板上至少设有一个端板增湿口，用于将增湿用水注入或排出。

所述前端板上设置有前端板空气增湿口，所述前端板空气增湿口在高度方向与极板空气增湿口对应。

所述前端板上设置有后端板空气增湿口，所述后端板空气增湿口在高度方向与极板空气增湿口对应。