[实用新型]一种具有超细密化流道的双极板及应用该双极板的燃料电池

说明书

本实用新型涉及质子交换膜燃料电池领域，公开了一种具有超细密化流道的双极板及应用该双极板的燃料电池。具有超细密化的双极板流道包括多个流场沟脊，每两个流场沟脊之间形成一个流道。流场沟脊的宽度和高度均为450µm，流道的宽度为900µm。在使用过程中，流体从流道的一端进入，沿流道从其另一端流出。另外，这种超细密化流道的设置能够令流道内流体分布不均匀，例如出现气泡等，会导致失压。最终造成进出口压力梯度增大，从而使得双极板顺利进行排水，防止水淹。应用该双极板的燃料电池可以配备更小功率的空压机，避免开发大功率的空压机，也能够防止燃料电池系统有效功率的降低。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体为一种具有超细密化流道的双极板及应用该双极板的燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种利用氢气和氧气进行电化学氧化反应而发电的装置。其中，质子交换膜(PEM)燃料电池通常是由膜电极、气体扩散层、双极板等部件交替堆叠而成。

双极板是PEM燃料电池的重要组成部分，它起着向反应位点提供燃料和氧化剂，去除反应产物，收集产生的电流，并为堆中的电池提供机械支持的作用。双极板主要分为石墨双极板、复合材料双极板和金属双极板。金属薄板具有较高的强度以及良好的导电、导热性能，原材料价格便宜，且适合大批量生产方式，是燃料电池产业化的第一选择。

燃料电池的排水技术在由传统的重力排水方式向压力排水方式转变，而这一转变对空压机的性能提出了更高的技术要求。在采用压力排水替代传统重力排水的策略中，需要使用大功率的空压机，通过增大流路压力损失梯度来实现燃料电池的排水，以防止水淹现象的产生。

因此，现有PEM燃料电池双极板增加了实用化空压机的开发难度。而另一方面，一味地提高空压机功率，又会造成燃料电池系统有效功率的降低。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有超细密化流道的双极板及应用该双极板的燃料电池，以改善现有双极板结构增加了实用化空压机的开发难度；另一方面空压机功率的提高会造成燃料电池系统有效功率的降低的技术问题。

本实用新型一种具有超细密化流道的双极板，包括流体总入口、流体总出口、多个流场沟脊和若干个超细密化的流道；

每相邻两个所述流场沟脊之间形成一个流道；所述流场沟脊的宽度和高度均为450µm；所述流道的宽度为900µm；若干个流道和流场沟脊为一组，设置在第一气体导流通道和第二气体导流通道内部，每组分别对应一个气体流场入口和一个气体流场出口。较小的流场沟脊宽度和较大的流道宽度能够使更多的流体通过流场，促进反应气传质, 从而提高电池性能。

气体流场入口和气体流场出口分别连接着第一气体导流通道和第二气体导流通道，第一气体导流通道和第二气体导流通道的端口呈漏斗型，中间部分宽度一致。第一气体导流通道和第二气体导流通道的漏斗型端口边缘为竖直线条，方便制作；并且节省空间，能够在双极板上布置更多流道和沟脊，提高利用效率。

每组所述第一气体导流通道和第二气体导流通道的一端均为气体流场入口，另一端均为气体流场出口；气体流场入口和气体流场出口两部分呈对角线分布。

所述的气体流场入口和气体流场出口分别设置有若干个，垂直于流道和流场沟脊的方向线性排列。

所述的流体总入口包括氧化剂入口、燃料气体入口、冷却水入口；所述流体总出口包括氧化剂出口、燃料气体出口和冷却水出口；所述的流体总入口和流体总出口分列于双极板的板面两端。

所述的若干气体流场入口和气体流场出口分别与对应的流体总入口和流体总出口中的出入口相通。若双极板的板面需要通过氧化剂时，若干气体流场入口则与氧化剂入口连通，气体流场出口则与氧化剂出口连通。