[实用新型]一种硅极板

说明书

本实用新型公开了一种硅极板，采用掺杂导电的晶体硅材料制成，所述硅极板的表面设有碳膜，通过碳膜与外部气体扩散层接触，用于降低硅极板与所述气体扩散层之间的接触电阻；本实用新型通过碳膜与燃料电池气体扩散层接触，在降低与气体扩散层之间接触电阻的同时可以保证其在燃料电池气氛下的耐腐蚀性，改善燃料电池电堆内部的水管理，还可以保证具有良好的机械性能。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，具体涉及了一种硅极板。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，能量转化率高；而且采用氢作为燃料的燃料电池反应产物为水，环境友好，理论上可实现零污染排放；另外，燃料电池没有机械传动部件，运动部件少，工作时噪音很低；而且燃料电池还具有比能量高，可靠性高，燃料范围广，启动时间短，体积小，携带方便等优点。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是目前最有发展前途的发电技术。

从结构上来说，燃料电池通常包括膜电极(也称为MEA)与集电器(CurrentCollector)；其中，燃料电池的膜电极是还原剂(通常为甲醇或氢气等燃料)发生氧化反应以及氧化剂(通常为氧气或空气)发生还原反应的电化学反应场所。传统膜电极主要包括位于中间且其两侧分别一体设有阴极和阳极的质子交换膜(也称为PEM膜)和分别位于质子交换膜上下表面的气体扩散层(也称为GDL膜)组成，为了促进电化学反应的发生，一般还会在阴极、阳极和质子交换膜之间设置催化剂(通常位于质子交换膜与气体扩散层之间的界面)；而集电器通常又称作双极板(Bipolar Plate)，双极板负责把燃料和空气分配到阴阳电极表面以及电堆的散热，也是负责将单电池串联起来组成燃料电池电堆的关键部件，主要起分割氧化剂、还原剂和冷却剂以及收集电流的作用。

常规燃料电池的双极板一般使用两种材质：石墨极板和金属极板；其中，石墨极板具有较好的电导率，它和碳纤维气体扩散层的接触电阻较小，不需要任何过渡层就能做出串联电阻较低的电堆，然而石墨极板的缺点是其较大的厚度和体积，会影响电堆的功率密度；而金属极板的体电阻虽然比石墨极板更小，但和碳纤维气体扩散层的接触电阻不够理想，为此，人们在贱金属上进一步淀积碳膜或贵金属，一方面保护贱金属在燃料电池酸性气氛下不被腐蚀掉，另一方面降低了金属极板和碳纤维气体扩散层的接触电阻。然而由于氢燃料电池具有天然的酸性气氛，金属极板在酸性气氛下存在容易被腐蚀的自然特性，具有碳膜或贵金属膜保护的金属极板化学稳定性仍然是影响燃料电池电堆寿命的主要因素。

在先中国发明专利：CN110581288A，CN110581290A，CN110581291A公开了采用掺杂导电的晶体硅材料制成的硅极板来替代传统的石墨极板和金属极板，兼容地满足了功率密度以及耐腐蚀性的要求。随着硅极板的进一步产业化应用会发现，硅极板与气体扩散层之间的接触电阻较大，导致燃料电池电堆在发电工作时，因其自身存在的内阻而会消耗能量，电堆的内阻不仅减小电堆的输出功率，增加热量的产生以及冷却的负担，还会由于燃料电池电堆内局部区域的发热量增大而影响燃料电池电堆的寿命。对于燃料电池电堆来说，双极板和气体扩散层之间的接触电阻是电堆内阻的主要来源之一，因此，降低硅极板和气体扩散层之间的接触电阻，是制造高效、高耐久性和高功率密度燃料电池电堆的关键技术基础；同时本申请人进行了大量专利检索和技术信息调研后，未发现关于降低硅极板和气体扩散层之间界面接触电阻的相关技术研究。此外，硅材料双极板表面很容易生成自然氧化层，具有亲水性，不利于燃料电池工作过程中产生的水的排出。

因此，基于以上技术现状，本申请人迫切希望寻求技术方案来对硅极板应用于燃料电池领域的产业化进程进行有力推进。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种硅极板，通过碳膜与燃料电池气体扩散层接触，在降低与气体扩散层之间接触电阻的同时可以保证其在燃料电池气氛下的耐腐蚀性，改善燃料电池电堆内部的水管理，还可以保证具有良好的机械性能。