[实用新型]一种单板三腔式燃料电池双极板及燃料电池堆

说明书

本实用新型涉及一种单板三腔式燃料电池双极板及燃料电池堆，单板三腔式燃料电池双极板包括双极板单板(3)，所述的双极板单板(3)一侧为阳极侧，另一侧为阴极侧，所述的阳极侧设置多条燃料气体流道(24)，所述的阴极侧设置多条氧化气体流道(29)，所述的双极板单板(3)上在其厚度方向内还设有若干中空的冷却液流道(31)。燃料电池堆包括串联堆叠的双极板和膜电极组件(1)，所述的双极板采用所述的单板三腔式燃料电池双极板。与现有技术相比，本实用新型可以有效降低多片双极板堆叠的总厚度，减少电堆体积，提升电堆的功率密度，从而适应大功率发电电堆的要求。

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，尤其是涉及一种单板三腔式燃料电池双极板及燃料电池堆。

背景技术

燃料电池，特别是低温启动、高效运行的质子交换膜燃料电池(PEMFC)以氢气作为燃料，是一种理想的交通领域用新能源载体，是氢能推广应用的重要载体。目前氢能与燃料电池推广遭遇到一些障碍。氢能方面，尽管还存在氢气制取成本高、加注不方便、加氢基础设施数量不足等问题，但随着相关氢能示范项目的不断推进和大型能源企业的加入，相信在不久的将来可以得到长足的发展，这些问题最终都将得以解决。与之相比，燃料电池目前存在的成本较高、可靠性和耐久性不足等问题则必须从技术层面突破。现阶段，行业对具备大的发电功率、高效的能量转化效率的燃料电池堆的设计、开发和加工制造提出了迫切需求。

交通领域应用的燃料电池堆，必须做到低重量、小体积，也即具备超高的功率密度；只有这样，才能与传统的内燃机相媲美，在乘用车、大巴、重卡、工程机械和船舶等领域发挥大的作用。超高的功率密度除了需要高性能的膜电极组件(MEA)外，还需要采用轻而薄的材料，可实现的途径包括采用更薄的气体扩散层、金属箔材制作双极板、以聚合物作为端板等。当然，在此基础上通过巧妙的结构设计以有效降低单电池的总厚度和总质量，同时保持电堆的发电性能和寿命，则更能提升电堆功率密度。也只有这样，燃料电池才能真正在功率密度、单位功率成本等方面具备竞争优势。

在现有技术中，有大量关于石墨、金属制备燃料电池双极板的专利。但在涉及超薄金属板的电堆方面则专利较少。其中，国内外专利大多是关于金属板制备、表面处理、密封技术等方面的。

CN209016193实用新型了一种金属材料+非金属材料的混合双极板。它由一块冲压成形的阳极半板嵌套于一块预成形的阴极半板构成。其中，阳极半板为金属板，阴板半板为非金属材料。该实用新型中，阴极半板减薄后极易漏气，可通过金属半板起到阻气的作用，防止阴阳极反应气互窜。两个半板嵌套设计和金属板阻气作用下，该结构起到了减少电堆体积的作用。但该设计较为复杂，且两种非同种的材质之间的结合容易产生界面电阻增大、应力不均影响非金属材料机械强度等问题。

CN201911301960.0提供了一种超薄碳/碳复合材料双极板的制备方法，其以超细碳纤维网胎作为基材，通过热浸和化学气相渗透法工艺，将复合的高残炭浆料注入基材之中，再经对辊粗轧、精轧、印花和修边等步骤，最终获得了低成本超薄高强高电导C/C复合材料双极板。该双极板厚度达0.16mm(无流道)，弯曲强度超过150MPa，体电导达到300S/cm。

CN201910260443.7提供了一种钒电池用超薄双极板及其制备方法。该实用新型以树脂材料薄膜为基材，将以导电功能材料制成的溶液喷涂至基材的双侧表面，再经热压工艺固化，并制备出流道。制得的双极板的厚度可以达到30-1000μm，纵向电导率大于80S/cm，柔韧性也很好。基材薄膜为15-115μm厚的聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯材料，这类材料绝缘性高，是一个制约电导率的因素。

CN201710931665.8也是采用跟CN201910260443.7类似的工艺进行超薄双极板的制备。不过基材板采用的是20-400μm厚的金属，如不锈钢箔、金箔、银箔、铜箔和钛箔等。在金属基材上通过丝网印刷工艺涂覆上聚合物基导电胶层，形成超细流道流场。双极板总厚度可降低至400μm，导电涂层的厚度可达100μm，流道脊宽100μm，槽宽50μm。