CN103618091A - 一种优化反应气体分配的高集成度燃料电池双极板 - Google Patents

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Abstract

一种优化反应气体分配的高集成度燃料电池双极板，极板为两层结构，下层是冲压有流道的金属板，上层是网状多孔流场板，网状多孔流场板是平板，网状多孔流场板置于冲压有流道的金属板上组成阳极板或阴极板。有益效果是：可以显著提升与流场凸起处对应的膜电极在电堆组装条件下的反应气浓度，大幅提高电极的有效面积，进而大幅提升电堆的功率输出和比功率密度；多孔流场在电极碳纸微观尺寸孔隙和金属板宏观尺寸流道间形成过度，利于反应生成液态水的排出，简化了燃料电池水管理；材料简单，不需开发新材料；结构简单，只在现有燃料电池常规结构上简单改进即可，不对电堆组装和结构产生大的影响。

Description

一种优化反应气体分配的高集成度燃料电池双极板
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及适于高电流密度运行的燃料电池双极板。
背景技术
质子交换膜燃料电池双极板主要分为三大类：1.在硬石墨板上通过机械雕刻出流场的双极板；2.金属薄板冲压出流场的双极板；3.碳粉、树脂等混合后模压成型双极板。此外，还有膨胀石墨浸渍树脂后冲压成型双极板等。
现有技术的双极板的缺点是：与双极板流场凸起处对应的膜电极上的反应气浓度很小，这部分电池面积对整体性能的贡献很小，影响电池性能的有效提升。造成这一缺点的原因是：双极板流场凸起的台阶是不透气的，反应气在流场沟槽内流动并传递到对应的膜电极表面，而通过流场凸起处的膜电极在电堆紧固力作用下发生形变导致该处的反应气浓度很低，甚至被液态水堵塞，无反应气。
发明内容
本发明的目的是提供提供一种强化反应气体分布的燃料电池双极板，克服现有双极板的缺点。
本发明的技术方案是：一种优化反应气体分配的高集成度燃料电池双极板，包括布有流场的阳极板和阴极板，其特征在于：所述阳极板和阴极板均为两层结构，下层是冲压有流道的金属板，上层是网状多孔流场板，网状多孔流场板是平板，网状多孔流场板置于冲压有流道的金属板上组成阳极板或阴极板。
本发明所述一种优化反应气体分配的高集成度燃料电池双极板，其特征在于：所述网状多孔流场板是金属网材料或非金属网材料制成的厚度0.1～0.8mm的多孔板，所述金属网材料为泡沫镍、不锈钢网、钛网或钛合金网，所述非金属网材料是非金属网镀金、银或碳的网材料。
本发明所述一种优化反应气体分配的高集成度燃料电池双极板，其特征在于：所述冲压有流道的金属板为不锈钢、钛或钛合金板，板厚为0.05～1.5mm，冲压成型后，流道宽度0.2～2.0mm，流道深度0.1～2.0mm，凸起处宽度0.1～1.5mm，总体厚度0.2～3.0mm。
本发明所述一种优化反应气体分配的高集成度燃料电池双极板，其特征在于：所述冲压有流道的金属板表面无镀层或有金、银或碳镀层。
本发明所述一种优化反应气体分配的高集成度燃料电池双极板，其特征在于：所述多孔流场板置于冲压有流道的金属板上组成阳极板或阴极板，冲压有流道的金属板嵌入网状多孔流场板0～0.3mm。
本发明的双极板，上部的多孔流场板起强化反应气分配的作用，保证膜电极表面各部位均有一定浓度的反应气体；下部的金属薄板具有保证双极板的阻气能力，同时起到宏观气体分配、导出反应废气和生成水等作用。
本发明的有益效果是；
1.可以显著提升与流场凸起处对应的膜电极在电堆组装条件下的反应气浓度，大幅提高电极的有效面积，进而大幅提升电堆的功率输出和比功率密度；
2.多孔流场在电极碳纸微观尺寸孔隙和金属板宏观尺寸流道间形成过度，利于反应生成液态水的排出，简化了燃料电池水管理；
3.材料简单，不需开发新材料；结构简单，只在现有燃料电池常规结构上简单改进即可，不对电堆组装和结构产生大的影响。
附图说明
图1.本发明的双极板结构示意图
图2.冲压金属板嵌入多孔流场板的双极板结构示意图
附图中，1.金属板；2.网状多孔流场板，
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
优化反应气体分配的高集成度燃料电池双极板包括布有流场的阳极板和阴极板，阳极板和阴极板均为两层结构，下层是冲压有流道的金属板1，上层是网状多孔流场板2，网状多孔流场板2是平板，网状多孔流场板2置于冲压有流道的金属板1上组成阳极板或阴极板。
实施例1：
上部的网状多孔流场板2材质为镀金泡沫镍，厚度0.3mm。下部的金属板1为厚度0.08mm的镀金钛合金板；镀金钛合金板冲压成型后，流道宽度0.8mm，流道深度0.3mm，凸起处宽度0.8mm，总体厚度0.38mm。直接将下部的金属板1和上部的网状多孔流场板2叠放在一起，组装电池或电堆前，金属板没有嵌入网状多孔流场板，两者靠电池或电堆组装力实现接触。
实施例2：
上部的网状多孔流场板2材质为镀碳的不锈钢网，厚度0.5mm。下部的金属板1为厚度0.1mm的镀碳316L不锈钢板；不锈钢板冲压成型后，流道宽度0.4mm，流道深度0.3mm，凸起处宽度0.4mm，总体厚度0.4mm。将下部的金属板1和上部的网状多孔流场板叠放在一起，在0.1MPa下通过压机将金属板嵌入网状多孔流场板20.1mm。组装电池或电堆时，与膜电极等电堆部件一并组装。

Claims (5)

1.一种优化反应气体分配的高集成度燃料电池双极板，包括布有流场的阳极板和阴极板，其特征在于：所述阳极板和阴极板均为两层结构，下层是冲压有流道的金属板（1），上层是网状多孔流场板（2），网状多孔流场板（2）是平板，网状多孔流场板（2）置于冲压有流道的金属板（1）上组成阳极板或阴极板。
2.根据权利要求1所述一种优化反应气体分配的高集成度燃料电池双极板，其特征在于：所述网状多孔流场板（2）是金属网材料或非金属网材料制成的厚度0.1～0.8mm的多孔板，所述金属网材料为泡沫镍、不锈钢网、钛网或钛合金网，所述非金属网材料是非金属网镀金、银或碳的网材料。
3.根据权利要求1所述一种优化反应气体分配的高集成度燃料电池双极板，其特征在于：所述冲压有流道的金属板（1）为不锈钢、钛或钛合金板，板厚为0.05～1.5mm，冲压成型后，流道宽度0.2～2.0mm，流道深度0.1～2.0mm，凸起处宽度0.1～1.5mm，总体厚度0.2～3.0mm。
4.根据权利要求1所述一种优化反应气体分配的高集成度燃料电池双极板，其特征在于：所述冲压有流道的金属板（1）表面无镀层或有金、银或碳镀层。
5.根据权利要求1所述一种优化反应气体分配的高集成度燃料电池双极板，其特征在于：所述网状多孔流场板（2）置于冲压有流道的金属板（1）上组成阳极板或阴极板，冲压有流道的金属板（1）嵌入网状多孔流场板（2）0～0.3mm。
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