CN103633337B - 一种强化反应气体分配的燃料电池金属双极板 - Google Patents

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Abstract

一种强化反应气体分布的燃料电池金属双极板，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：下层金属薄板和上层流场板，下层金属薄板是平板上层流场板为多孔金属薄板模压成流道形状的板，上层流场板置于下层金属薄板上或固定在下层金属薄板上。有益效果是；提升流场凸起处对应的膜电极的反应气浓度，提升电极在实际电堆运行过程中的有效面积，大幅度提升电堆的性能和比功率密度；可将流场板及金属薄板的厚度和重量控制在很低的水平，提高体积比功率和重量比功率；可避免金属板冲压过程的缺陷、应力等，可靠性高；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

一种强化反应气体分配的燃料电池金属双极板
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：一种强化反应气体分布的燃料电池金属双极板，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：下层金属薄板和上层流场板，所述下层金属薄板是平板，所述上层流场板为多孔金属薄板模压成流道形状的板，上层流场板置于下层金属薄板上或固定在下层金属薄板上。
本发明所述一种强化反应气体分布的燃料电池金属双极板，其特征在于：所述上层流场板厚度为0.03～0.2mm，上层流场板上的孔的孔径为0.1～0.5mm，上层流场板上的孔均匀分布。
本发明所述一种强化反应气体分布的燃料电池金属双极板，其特征在于：
所述上层流场板为不锈钢、钛、钛合金、铌和锆多孔金属薄板中的一种；多孔金属薄板表面无镀层或有导电镀层。
本发明所述一种强化反应气体分布的燃料电池金属双极板，其特征在于：所述导电镀层是金、银、碳或导电化合物镀层。
本发明所述一种强化反应气体分布的燃料电池金属双极板，其特征在于：所述多孔金属薄板模压成流场的流道宽度为0.2～2.0mm，流道深度为0.1～2.0mm，凸起处宽度为0.1～1.5mm，凸起处高度为0.1～2.0mm，流场总厚度为0.2～3.0mm。
本发明所述一种强化反应气体分布的燃料电池金属双极板，其特征在于：所述下层金属薄板厚度0.05～1.5mm，包括不锈钢、钛或钛合金薄板，下层金属薄板表面无镀层或有金、银、碳或导电化合物镀层。
本发明所述一种强化反应气体分布的燃料电池金属双极板，其特征在于：所述上层流场板固定在金属薄板上是用光纤激光焊接或粘等方式固定。
本发明所述一种强化反应气体分布的燃料电池金属双极板，其特征在于：所述上层流场板置于金属薄板上是靠电堆组装力将上层流场板压合在金属薄板上。
本发明的燃料电池双极板上部的多孔流场板起强化反应气分配的作用，同时仍起到宏观气体分配、导出反应废气和生成水等作用；下部的金属薄板是保证双极板阻气能力的。
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，进而提升电极在实际电堆运行过程中的有效面积，大幅度提升电堆的性能和比功率密度；
2、可将流场板及金属薄板的厚度控制在很低的水平，进而降低电堆厚度，提高体积比功率；
3、可将流场板及金属薄板的重量控制在很低的水平，进而降低电堆重量，提高重量比功率；
4、材料简单，采用现有工业成熟技术和材料即可，不需开发新材料；
5、可避免金属板冲压造成的缺陷、应力等，可靠性高；
6、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为本发明的强化反应气体分配的燃料电池金属双极板结构示意图
图中，1.上层流场板；2.下层金属薄板；3.上层流场板上的孔。
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。
强化反应气体分布的燃料电池金属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：下层金属薄板2和上层流场板1，下层金属薄板2是平板，上层流场板1为多孔金属薄板模压成流道形状的板，上层流场板1置于下层金属薄板2上或固定在下层金属薄板2上。
实施例1：
上层流场板1由多孔金属薄板模压成流道形状；金属材质为钛合金，表面镀金处理；多孔金属薄板厚度0.05mm，板上孔尺寸Φ0.2mm，相邻孔圆心间距0.3mm；冲压成流场后，流道宽度0.3mm，流道深度0.3mm，凸起处宽度0.3mm，凸起处高度0.3mm，流场总体厚度0.35mm。下层金属薄板厚度0.08mm，材质为镀金钛合金板。下层金属薄板2和上层流场板1之间通过光纤激光焊接结合。实施例2：
上层流场板1由多孔金属薄板模压成流道形状；金属网材质为316L不锈钢，表面镀有碳层；316L不锈钢板厚度0.1mm，板上孔尺寸0.1mm，相邻孔圆心间距0.3mm；冲压成流场后，流道宽度0.4mm，流道深度0.2mm，凸起处宽度0.1mm，凸起处高度0.2mm，流场总体厚度0.3mm，下层金属薄2厚度0.1mm，材质为316L不锈钢，表面镀碳层。下层金属薄板2和上层流场板1之间靠电堆组装力压合。

Claims (6)

1.一种强化反应气体分布的燃料电池金属双极板，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：下层金属薄板(2)和上层流场板(1)，所述下层金属薄板(2)是平板，所述上层流场板(1)为多孔金属薄板模压成流道形状的板，所述多孔金属薄板模压成的流道宽度为0.2～2.0mm，流道深度为0.1～2.0mm，凸起处宽度为0.1～1.5mm，凸起处高度为0.1～2.0mm，上层流场板(1)置于下层金属薄板(2)上或固定在下层金属薄板(2)上，所述上层流场板(1)置于下层金属薄板(2)上是靠电堆组装力将上层流场板(1)压合在下层金属薄板(2)上。
2.权利要求1所述一种强化反应气体分布的燃料电池金属双极板，其特征在于：所述上层流场板(1)厚度为0.03～0.2mm，上层流场板上的孔(3)的孔径为0.1～0.5mm，上层流场板上的孔(3)均匀分布。
3.权利要求2所述一种强化反应气体分布的燃料电池金属双极板，其特征在于：所述上层流场板(1)为不锈钢、钛、钛合金、铌和锆多孔金属薄板中的一种；多孔金属薄板表面无镀层或有导电镀层。
4.权利要求3所述一种强化反应气体分布的燃料电池金属双极板，其特征在于：所述导电镀层是金、银、碳或导电化合物镀层。
5.权利要求1所述一种强化反应气体分布的燃料电池金属双极板，其特征在于：所述下层金属薄板(2)厚度0.05～1.5mm，包括不锈钢、钛或钛合金薄板，下层金属薄板(2)表面无镀层或有金、银、碳或导电化合物镀层。
6.权利要求1所述一种强化反应气体分布的燃料电池金属双极板，其特征在于：所述上层流场板(1)固定在下层金属薄板(2)上是用光纤激光焊接或粘接方式固定。
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