[发明专利]一种改善燃料电池堆端板弱片的结构

说明书

本发明涉及一种改善燃料电池堆端板弱片的结构，包括发电电池、伪电池、端板、绝缘板和集流板，所述的发电电池的极板流道宽度为L1，深度为H1，流道脊的宽度为R1，所述的伪电池的极板流道宽度为L2，深度为H2，流道脊的宽度为R2，其中L2＝1.1～1.3L1，H2＝1.1～1.3H1，R2＝0.7～0.9R1。与现有技术相比，本发明通过在燃料电池堆两端设置不具发电功能的伪电池，作为反应气体和冷却水的传输通道，有利于排出电堆运行过程中产生的多余的液态水，同时改善电堆端板两端单电池电压偏低的现象，提高电堆的输出性能、冷启动性能和耐久性。

技术领域

本发明涉及燃料电池，尤其是涉及一种改善燃料电池堆端板弱片的结构。

背景技术

燃料电池是能够将燃料的化学能通过电化学反应直接转换成电能的一种装置，其能量转换效率不受卡诺热机循环理论效率的限制，转换效率较高(45—60％)，同时生成物只有水，对环境没有污染，因而在众多领域具有广阔的发展前景。其中质子交换膜燃料电池具有功率密度高、启动快、对负载变化响应快等特点，成为交通运输能源领域重要发展方向。然而在实际运用中，燃料电池还面临诸多问题，端板效应便是其中之一，所谓端板效应就是燃料电池在常温或低温下工作时，其靠近端板处的单电池的输出电压要低于中间电池。端板效应受诸多因素的影响，比如燃料电池堆内侧的单电池主要通过冷却液散热，而燃料电池端板两侧的单电池。除了通过冷却液散热外，还向外部空气辐射散热，导致其温度偏低，输出电压与内部单电池相比也较低，即产生端板效应。

端板效应不仅影响燃料电池堆的输出性能，还对影响电堆的冷启动性能和寿命，在电堆冷启动时，端板两端的单电池向环境散热快，端板效应更为严重，是决定电堆能否启动成功的关键因素，而在使用过程中，燃料电池堆端板两侧单电池的性能衰减也远远高于内部的单电池，从而大大降低电堆的使用寿命，因此需要研究合适的方案，解决燃料电池堆的端板效应，提高燃料电池堆的使用寿命和冷启动性能。

专利CN201911065235.8在端部设置伪电池，极板与集流板之间增加柔性电阻板，可以在电流经过该柔性电阻板时产生热量，对极板进行加热，保证极板的温度与电堆内部单电池的温度相同，或者稍微超过内部单电池的温度，从而延长电堆的寿命。该专利通过调节伪电池的气体扩散层孔隙率与发电电池的气体扩散层孔隙率的比例来调节冷启动时两者的温差，但是其排水效果较差。专利CN201480053101.3在燃料电池堆端板处设置伪电池，有利于排除电堆中多余的液态水，在一定程度上可以改善电堆端板两端电压较低的现象。专利CN201911065235.8在端板处设置伪电池，并且在伪电池和端板之间插入加热器，可以在冷启动时，降低端板处与电堆中间部分的温差，提高电堆的冷启动性。

但是上述技术存在以下缺点：

1.在端板只设置伪电池，一定程度上可以排出电堆中多余的液态水，但对端板效应的改善并不明显。

2.与普通发电电池相比，伪电池流场结构并有没太多改变，排水效果一般。

3.需要在伪电池和端板之间增加其他的结构来改善端板效应，增加了电堆结构的复杂性。

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改善燃料电池堆端板弱片的结构，有利于排出电堆运行过程中产生的多余的液态水，同时改善电堆端板两端单电池电压偏低的现象，提高电堆的输出性能、冷启动性能和耐久性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种改善燃料电池堆端板弱片的结构，包括发电电池、伪电池、端板、绝缘板和集流板，其特征在于，所述的发电电池的极板流道宽度为L1，深度为H1，流道脊的宽度为R1，所述的伪电池的极板流道宽度为L2，深度为H2，流道脊的宽度为R2，其中L2＝1.1～1.3L1，H2＝1.1～1.3H1，R2＝0.7～0.9R1。

所述的伪电池包括阴极板a、阳极板a和石墨板，其中石墨板设置在阴极板a、阳极板a之间。