[发明专利]一种燃料电池极板、双极板及燃料电池电堆

说明书

本发明涉及一种燃料电池极板、双极板及燃料电池电堆，燃料电池极板一面为气体流道面，另一面为冷却流道面，气体流道面上位于燃料电池活性区域设有气体流道，冷却流道面上设有用于流通相变流体的相变流体通道，相变流体通道完全覆盖燃料电池活性区域且相变流体通道所占面积大于双极板的活性区域面积。双极板包括两块燃料电池极板，两块燃料电池极板的冷却流道面相互贴合，相变流体通道形成真空封闭流道结构。与现有技术相比，本发明利用相变流体的相变潜热实现双极板的散热，可以减少双极板上对应的反应区的温度梯度，降低从反应区到相变流体间的传热温差，提高电堆热管理系统携带热量的能力，满足高功率热管理冷却系统的散热需求。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池极板、双极板及燃料电池电堆。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高效率、低污染、低噪声的优点，具有广泛的应用前景。提高电堆的发电能力是发展燃料电池的重要目标，但是伴随燃料电池发电能力的增长，将导致燃料电池发热量的增大，因此需要提供新的技术手段在提升发电能力的前提下满足电堆的散热需求。

双极板目前是组成燃料电池的关键部件，其主要特征包括如下：

1)包括两张极板：第一极板和第二极板；

2)第一极板一侧为冷却液流道面，含有冷却液流道，另一侧为空气流道面，含有空气流道；第一极板两侧的冷却液流道面与空气流道面的面积一致；第二极板一侧为冷却液流道面，含有冷却液流道，一侧为氢气流道面，含有氢气流道；第二极板两侧的冷却液流道面与氢气流道面的面积一致；冷却液流道、空气流道、氢气流道都具有明显的进出口；

3)第一极板与第二极板的冷却液流道面贴合在一起，然后通过焊接或者粘合在一起形成双极板；双极板表面含有：空气进口、空气出口、氢气入口、氢气出口、冷却液入口、冷却液出口；

4)第一极板和第二极板的冷却液流道面贴合一起，形成弯曲的双极板的冷却液流道，同时双极板的冷却液流道不封闭，具有冷却液入口与冷却液出口，外部冷却液通过冷却液进口进入双极板内部的冷却液流道，并通过冷却液出口流出双极板内部的冷却液流道；

4)双极板材料：含有表面导电耐蚀镀层的316L不锈钢；含有表面导电耐蚀镀层的钛合金；混合环氧树脂后压制成型的石墨；双极板的组合不锈钢+钛合金，或者不锈钢+不锈钢，或者钛合金+钛合金，或者石墨板与石墨板，第一极板与第二极板均为金属时，二者直接使用焊接或者粘合的方式形成双极板；第一极板与第二极板为非金属材料，或者为非金属材料与金属材料；第一极板与第二极板使用粘合的方式形成双极板。

现有的燃料电池电堆基于上述双极板，结合膜电极、密封件、端板节(第一节单极板)、底板节(最后一节单极板)、端板、底板、第一集流板、第二集流板，第一绝缘板、第二绝缘板、密封件、紧固螺栓、氢气入口接口、氢气出口接口、空气入口接口、空气出口接口、冷却液入口接口，冷却液出口接口，形成电堆。

其中，端板节(第一节)单极板，由两块板(极板和端板)组成，极板一侧为氢气流道，另一侧为冷却液流道，端板一侧为平面板，另一侧为冷却液流道；与双极板的组合方式一致，两块板通过焊接或者粘合在一起。

底板节(最后一节)单极板，由两个板(极板和底板)组成，极板一侧为空气流道，另一侧为冷却液流道，底板一侧为平面板，另一侧为冷却液流道；与双极板的组合方式一致，两块板通过焊接或者粘合在一起。

部分公开技术方案中：

端板节、底板节只有一块板；对于端板节而言，一面为氢气流道面，一面为冷却液流道面；对于底板节而言，一面为空气流道，一面为冷却液流道；

燃料电池电堆中的冷却液为乙二醇水溶液、去离子水、或者含有其他成分的乙二醇水溶液。