[发明专利]质子交换膜燃料电池双极板和燃料电池

说明书

本公开涉及一种质子交换膜燃料电池双极板和燃料电池，双极板包括层叠布置的阳极板和阴极板，阳极板的正面设有氢气流场，阴极板的正面设有空气流场，阳极板的背面和阴极板的背面之间设有冷却液流场，其中，氢气流场、空气流场、以及冷却液流场分别至少包括：位于进口端的第一点状流道区和与第一点状流道区相连通的蜿蜒流道区，氢气流场和空气流场的流动方向相向设置并且与冷却液流场的流动方向互成夹角设置。第一点状流道区为分配区域，第一点状流道区可以对气体或冷却液来流进行分配，调节远离入口位置处的流量，均匀分配蜿蜒流道区内每条流道的气体或冷却液流量，强化不同电流密度下的传质能力，并在保证冷却效果的情况下减小双极板的体积。

技术领域

本公开涉及燃料电池技术领域，具体地，涉及一种质子交换膜燃料电池双极板和燃料电池。

背景技术

燃料电池是将燃料的化学能直接转换为电能的装置。质子交换膜燃料(PEMFC)电池由于具有效率高、无污染、重量轻等优点被称为终极绿色能源。随着燃料电池行业的发展，各类应用场景如乘用车、商用车、重卡等对燃料电池的技术要求越来越高，降低燃料电池的性能损失，提升燃料电池的性能迫在眉睫。

在相关技术中，从原理可将质子交换膜燃料电池性能损失分为三部分：活化极化损失、欧姆极化损失、浓差极化损失。其中低电流密度下燃料电池损失主要表现为活化极化，中等电流密度条件下表现为欧姆极化损失，而在高电流密度状况下，燃料电池损失的损失主要由浓差极化带来，此时催化层内反应物浓度的损耗和生成物的聚积，恶劣的质量传输将导致严重的燃料电池性能损耗。因此急需燃料电池流场结构中质量传输的精心优化，强化PEMFC在电流密度下的传质能力，提升燃料电池的净输出功率。

发明内容

本公开的目的是提供一种质子交换膜燃料电池双极板和燃料电池，以至少部分地解决相关技术中所存在的问题。

为了实现上述目的，本公开提供一种质子交换膜燃料电池双极板，包括层叠布置的阳极板和阴极板，所述阳极板的正面设有氢气流场，所述阴极板的正面设有空气流场，所述阳极板的背面和所述阴极板的背面之间设有冷却液流场，其中，所述氢气流场、所述空气流场、以及所述冷却液流场分别至少包括：位于进口端的第一点状流道区和与所述第一点状流道区相连通的蜿蜒流道区，所述氢气流场和所述空气流场的流动方向相向设置并且与所述冷却液流场的流动方向互成夹角设置。

可选地，所述氢气流场的氢气进口和氢气出口、所述空气流场的空气进口和空气出口分别位于相应的极板的两端，且错开布置。

可选地，所述氢气流场、所述空气流场、以及所述冷却液流场分别还包括位于出口端的第二点状流道区，所述第二点状流道区通过所述蜿蜒流道区与所述第一点状流道区相连通。

可选地，所述冷却液流场的进口端设置有多个冷却液进口，所述冷却液流场的出口端设置有多个冷却液出口，所述冷却液流场的第一点状流道区和第二点状流道区分别具有多个伸入蜿蜒流道区的重叠区域，多个所述重叠区域分别靠近所述冷却液进口和所述冷却液出口布置。

可选地，所述第一点状流道区和所述第二点状流道区分别构造为形成于相应的极板上的多排圆柱状凸起，相邻每排的多个圆柱状凸起交错布置。

可选地，所述冷却液流场的蜿蜒流道区构造为由多条等间隔布置且长度不等的长条形凸起形成的槽形流道，所述长条形凸起的高度为0.1mm-0.6mm，所述长条形凸起的宽度为0.6mm-1.0mm，所述槽形流道的宽度为1.0mm-1.5mm。

可选地，所述氢气流场和所述空气流场的蜿蜒流道区构造为为由多个间隔布置的波浪板形成的锯齿状流道，在所述波浪板的延伸方向上相邻两个拐折点之间的距离L为2mm-3.3mm，在垂直于所述波浪板的延伸方向上，相邻两个拐折点之间的距离H为1.2mm-1.9mm，所述波浪板的高度为0.1mm-0.6mm。

可选地，所述波浪板的宽度与所述锯齿状流道的宽度的比值D1为0.9-2，且对于比值D1，所述空气流场大于所述氢气流场。