CN112164810A - 一种燃料电池超薄双极板及燃料电池堆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料电池超薄双极板及燃料电池堆，燃料电池超薄双极板包括阳极板和阴极板，阳极板的正面设有燃料气体流道，阴极板的正面设有氧化气体流道，燃料气体流道包括至少两种不同槽深的沟槽，氧化气体流道包括至少一种槽深的沟槽，在发电活性区，阳极板和阴极板的背面相互扣合时燃料气体流道的沟槽与氧化气体流道的沟槽完全错开，阳极板和阴极板的背面通过分散的导电支撑点形成电接触，两者不相接触的位置形成冷却液流动的空腔，空腔形成不同槽深的冷却液流道。燃料电池堆包括串联堆叠的上述超薄双极板和膜电极组件。与现有技术相比，本发明双极板总厚度减小，燃料电池的体积比功率密度大大提升。

Description

一种燃料电池超薄双极板及燃料电池堆

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池超薄双极板及燃料电池堆。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)以清洁能源氢气作为燃料，具有高转化效率、反应产物无污染的特点，是一种理想的交通领域用新能源载体。然而，由于目前燃料电池还存在一定的技术瓶颈，比如功率密度不足、寿命不够高等；这造成了燃料电池堆的使用成本居高不下。在燃料电池汽车商业化的早期，可实现定点加注、适于远距离运输的燃料电池重卡、集装箱物流车、机车和船舶等日益受到重视；这就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。

目前国内交通领域用燃料电池处于小规模应用阶段，商业化推广才刚起步。由于燃料电池的体积比功率密度不够高，为了节约汽车上本就有限的空间，汽车厂配置的电堆目前主要以30-60kW的功率等级为主，必须辅以较大功率的锂离子电池等提供动力系统大功率做功时所需的能量。这类燃料电池堆主要面向市内交通用大巴、公司通勤小巴和轻型物流车等应用市场。如果像丰田、本田和现代等汽车厂一样，采用大功率燃料电池装配到空间更为局促的乘用车上，同时又要做到成本可控，那就必须提高电堆的体积比功率密度，即在提升核心发电单元“膜电极(MEA)”的发电性能的同时，大幅降低电堆中占据重量和体积之大部件的主体单元“双极板”的体积。因此，在电堆发电性能和寿命不受影响的条件下，有效降低双极板的厚度，将是提升电堆体积比功率密度的最佳方法之一。

体积比功率密度是彰显电堆技术含量的关键指标。目前国外丰田、本田和现代等汽车厂商的乘用车的体积比功率密度均已达到3.1kW/L的水平，具备了一定的商业价值。而要达到跟传统内燃机相媲美的6.0kW/L的水平，燃料电池的性能上升和体积下降方面的工作丝毫不能停顿。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，但超薄金属板电堆方面则专利较少。

CN209016193发明了一种金属材料+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。该发明中，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。该发明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。

上述发明的超薄双极板都是从材料角度减少双极板的厚度，都没有离开非金属材料的应用。然而，由于机械强度的需求，通过采用非金属材料的应用达到降低双极板的厚度之目的，将影响其抗振、抗弯性能和气密性，甚至牺牲电导率、导热系数，这是得不偿失的。此外，流场的功能是传输阴阳剂反应剂和冷却液，以满足其正常发电尤其是大电流发电时对流体的需求，流体的槽深也不能过浅，这也限制了双极板的进一步减薄。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池超薄双极板及燃料电池堆。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池超薄双极板，包括阳极板和阴极板，所述的阳极板的正面设有燃料气体流道，所述的阴极板的正面设有氧化气体流道，所述的燃料气体流道包括至少两种不同槽深的沟槽，在发电活性区，所述的氧化气体流道包括至少一种槽深的沟槽，所述的阳极板和阴极板的背面相互扣合时所述的燃料气体流道的沟槽与所述的氧化气体流道的沟槽完全错开，所述的阳极板和阴极板的背面通过分散的导电支撑点形成电接触，两者不相接触的位置形成冷却液流动的空腔，所述的空腔形成不同槽深的冷却液流道。

优选地，所述的导电支撑点包括水平导电支撑点和斜向导电支撑点，所述的水平导电支撑点与双极板整体平面平行，所述的斜向导电支撑点与双极板整体平面呈一设定倾斜角度。

优选地，所述的水平导电支撑点形成于阳极板上部分槽深最大的沟槽底部，该位置处阳极板的沟槽底部与所述的阴极板的背面贴合形成电接触。

优选地，所述的斜向导电支撑点形成于阳极板上部分沟槽的侧壁位置处，该位置处阳极板的沟槽侧壁为斜面，对应地，阴极板上设有与之斜率一致的斜面，阴极板和阳极板扣合时，阳极板和阴极板对应位置的斜面相互贴合。

优选地，所述的燃料气体流道包括燃料气体分配区和燃料气体活性区，所述的燃料气体分配区连通燃料气体进气总孔和燃料气体活性区，燃料气体分配区包括设置在阳极板和阴极板之间的燃料气体引导结构以及设置在阳极板正面的燃料气体分配结构，所述的燃料气体引导结构将燃料气体从燃料气体进气总孔引导至阳极板正面，所述的燃料气体分配结构将燃料气体引导结构引出至阳极板正面的燃料气体进行分流并输入至燃料气体活性区。

优选地，所述的燃料气体引导结构包括设置阳极板和阴极板之间的燃料气体夹层流道以及设置在阳极板上用于将燃料气体引导至阳极板正面的燃料气体引导孔，所述的燃料气体夹层流道气体输入端连通燃料气体进气总孔，燃料气体夹层流道输出端连通所述的燃料气体引导孔，所述的燃料气体分配结构包括多条第一折状弯流道，所述的第一折状弯流道入口对着所述的燃料气体引导孔。

优选地，所述的氧化气体流道包括氧化气体分配区和氧化气体活性区，所述的氧化气体分配区连通氧化气体进气总孔和氧化气体活性区，氧化气体分配区包括设置在阳极板和阴极板之间的氧化气体引导结构以及设置在阴极板正面的氧化气体分配结构，所述的氧化气体引导结构将氧化气体从氧化气体进气总孔引导至阴极板正面，所述的氧化气体分配结构将氧化气体引导结构引出至阴极板正面的氧化气体进行分流并输入至氧化气体活性区。

优选地，所述的氧化气体引导结构包括设置阳极板和阴极板之间的氧化气体夹层流道以及设置在阴极板上用于将氧化气体引导至阴极板正面的氧化气体引导孔，所述的氧化气体夹层流道气体输入端连通氧化气体进气总孔，氧化料气体夹层流道输出端连通所述的氧化气体引导孔，所述的氧化气体分配结构包括多条第二折状弯流道，所述的第二折状弯流道入口对着所述的氧化气体引导孔。

优选地，所述的冷却液流道的槽深沿冷却液流动方向呈阶梯式减小。

一种燃料电池堆，所述的燃料电池堆包括串联堆叠的双极板和膜电极组件，所述的双极板为上述燃料电池超薄双极板。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明燃料气体流道包括至少两种不同槽深的沟槽，氧化气体流道包括至少一种槽深的沟槽，阳极板和阴极板的背面相互扣合时燃料气体流道的沟槽与所述的氧化气体流道的沟槽完全错开形成牙嵌式组合，从而减少双极板总厚度，进而使得采用该双极板制作的燃料电池的体积比功率密度大大提升；

(2)本发明阳极单板和阴极单板通过水平导电支撑点和斜向导电支撑点进行连接，在降低双极板厚度的同时，还保持了良好的流通冷却液、导电和传热的功能。跟传统双极板设计中阳极单板和阴极单板在电堆堆叠方向上进行垂直接触不同，本发明的接触作用还可发生在侧壁(即导电支撑点位置处)，相比传统的双极板设计，本发明的设计增加了阴、阳极板侧向的接触，强化了各个方向上电和热的传导能力，有利于电堆的导电和传热；

(3)本发明燃料气体流道和氧化气体流道分别通过阴、阳极板之间的燃料气体夹层流道和氧化气体夹层流道引导至阳极本正面以及阴极板正面的燃料气体分配结构和氧化气体分配结构，此结果设计减小了双极板的厚度，同时使得气体分配更加均匀；

(4)本发明冷却液流道由阳极板和阴极板形成的冷却液流动的空腔构成，冷却液腔的高度也有变化，冷却液在冷却液腔中的流动也是分流、错动的，形成了扰流的效果。这样，既可以保证冷却液与金属板的良好接触，又让其在阴阳极板的各个区域能够均匀地分配；在改善了电堆散热效果的同时，还提升了面内温度的均匀性。这在大功率发电时效果尤为显著。因为燃料电池在大功率发电时的电效下降，产生的废热更多，与此同时热分布的不均匀性问题也会更加显著。

附图说明

图1为阳极单板结构示意图；

图2为阴极单板结构示意图；

图3为双极板剖切视图；

图4为阳极板氧化气体流道走向示意图；

图5为图4中区域A的局部放大图；

图6为阳极流道上的导电支撑点(图4中区域B)的结构示意图；

图7为阴极板氧化气体流道走向示意图；

图8为图7中区域C的局部放大图；

图9为冷却液流道结构示意图；

图10为冷却液流道的局部放大图；

图11为冷却液流道的剖切视示意图；

图12为本发明燃料电池堆的结构示意图。

图中，1为燃料电池堆，2为双极板，3为阳极板，4为阴极板，5为膜电极组件，6为燃料气体进气总孔，7为冷却液入口总孔，8为氧化气体近气总孔，9为燃料气体出气总孔，10为定位孔，11为冷却液出口总孔，12为氧化气体出气总孔，13为燃料气体分配区，14为燃料气体密封槽，15为氧化气体分配区，16为氧化气体密封槽，17为密封件，3-1为燃料气体进气凸台，3-2为燃料气体密封槽局部区域，3-3为燃料气体进气支通道，3-4为燃料气体引导孔，3-5为燃料气体分配结构，3-6为水平导电支撑点，3-7为斜向导电支撑点，4-1为氧化气体进气凸台，4-2为氧化气体密封槽局部区域，4-3为氧化气体进气支通道，4-4为氧化气体引导孔，4-5为氧化气体分配结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。

一种燃料电池超薄双极板，包括阳极板3和阴极板4，如图1所示、图2所示，阳极板3的正面设有燃料气体流道，阴极板4的正面设有氧化气体流道，燃料气体流道包括至少两种不同槽深的沟槽，氧化气体流道包括至少一种槽深的沟槽，在发电活性区，阳极板3和阴极板4的背面相互扣合时燃料气体流道的沟槽与氧化气体流道的沟槽完全错开，阳极板3和阴极板4的背面通过分散的导电支撑点形成电接触，两者不相接触的位置形成冷却液流动的空腔，空腔形成不同槽深的冷却液流道。阳极板3和阴极板4上分别设有燃料气体进气总孔6、燃料气体出气总孔9、氧化气体进气总孔8、氧化气体出气总孔12、冷却液入口总孔7、冷却液出口总孔11，燃料气体进气总孔6和燃料气体出气总孔9成对角线分布，并连通燃料气体流道，氧化气体进气总孔8和氧化气体出气总孔12成对角线分布，并连通氧化气体流道，燃料气体流道靠近燃料气体进气总孔6位置为燃料气体分配区13，燃料气体活性区位于整个阳极板3的中央部位，氧化气体流道靠近氧化气体进气总孔8位置为氧化气体分配区15，氧化气体活性区位于整个阴极板4的中央部位，冷却液入口总孔7和冷却液出口总孔11对称分布在气体活性区(氧化气体活性区和燃料气体活性区)的长边位置处，阳极板3周侧设有一圈燃料气体密封槽14，阴极板4周侧设有一圈氧化气体密封槽16，阳极板3和阴极板4的四个角处分别设有定位孔10，定位孔10用于装配电池堆时的定位。氧化气体通过阳极板3到达膜电极组件5的阳极侧，氧化气体通过阴极板4到达膜电极组件5的阴极侧；到达膜电极组件5的氧化气体和氧化气体通过电化学反应发电，对外做功。在本发明中，氧化气体为氢气，氧化气体为空气。

图3清晰地显示了双极板2中各流体流经的沟槽的深度。冷却液通过在由阳极板3的冷却液侧和阴极板4的冷却液侧结合后形成的腔体中的流动，带走电化学反应过程中所产生的废热，从而使电堆维持稳定、高效的工作状态。Ta为阳极板3厚度(含氧化气体流道深度)；Tb为阴极板4厚度(含氧化气体流道深度)；不同于常规的设计，本发明的巧妙之处在于，双极板2的总厚T满足下式：T<(Ta+Tb)。由图4可见，本发明实施例中氧化气体流道包括至少两种不同槽深的沟槽，从而氧化气体流道有两种不同的槽深，分别为Ha1和Ha2；氧化气体流道设置一种槽深的沟槽，进而氧化气体流道则只有一种槽深，即Hb；冷却液流经的冷却液流道的深度共有三种，分别为Hc1，Hc2和Hc3。

如图4和图5所示，燃料气体流道包括燃料气体分配区13和燃料气体活性区，燃料气体分配区13连通燃料气体进气总孔6和燃料气体活性区，燃料气体分配区13包括设置在阳极板3和阴极板4之间的燃料气体引导结构以及设置在阳极板3正面的燃料气体分配结构3-5，燃料气体引导结构将燃料气体从燃料气体进气总孔6引导至阳极板3正面，燃料气体分配结构3-5将燃料气体引导结构引出至阳极板3正面的燃料气体进行分流并输入至燃料气体活性区。其中，燃料气体引导结构包括设置阳极板3和阴极板4之间的燃料气体夹层流道以及设置在阳极板3上用于将燃料气体引导至阳极板3正面的燃料气体引导孔3-4，燃料气体夹层流道气体输入端连通燃料气体进气总孔6，燃料气体夹层流道输出端连通燃料气体引导孔3-4，燃料气体分配结构3-5包括多条第一折状弯流道，第一折状弯流道入口对着燃料气体引导孔3-4。

燃料气体流动方式为：燃料气体(氢气)经过燃料气体进气总孔6进入，氢气首先是在阳极单板和阴极单板之间的不规则空腔中流动，即通过阳极板3冷却液侧的多个燃料气体进气凸台3-1之间的间隙以及位于燃料气体密封槽局部区域3-2的背面的空隙(燃料气体进气支通道3-3)中流动；然后通过并列的数个燃料气体引导孔3-53-4进入规则的燃料气体分配结构；燃料气体在燃料气体分配结构拐两次直角弯后分流进入燃料气体活性区，参与电化学反应。每个燃料气体引导孔3-53-4流出的燃料气体可分流成3至4股，以使燃料气体在其活性区中的分布更加均匀。

本发明中导电支撑点包括水平导电支撑点3-6和斜向导电支撑点3-7，水平导电支撑点3-6与双极板2整体平面平行，斜向导电支撑点3-7与双极板2整体平面呈一设定倾斜角度。水平导电支撑点3-6形成于阳极板3上部分槽深最大的沟槽底部，该位置处阳极板3的沟槽底部与阴极板4的背面贴合形成电接触。斜向导电支撑点3-7形成于阳极板3上部分沟槽的侧壁位置处，该位置处阳极板3的沟槽侧壁为斜面，对应地，阴极板4上设有与之斜率一致的斜面，阴极板4和阳极板3扣合时，阳极板3和阴极板4对应位置的斜面相互贴合。

如图6所示，在阳极板33的燃料气体活性区的流道中，通过冲压、模压等工艺均匀地形成众多底面凸台和侧面凸台，即导电支撑点。它们又分为与电堆堆叠方向垂直的水平导电支撑点3-6和与电堆堆叠方向成一定角度的斜向导电支撑点3-7。阳极板3通过上述导电支撑点与阴极板4相接，在电学方面可以起到增加接触面的作用，维持电堆工作，尤其是大电流密度下工作时保证良好的导电、传热功能；而在两个阴极板4和阳极板3不相接触的地方，则可形成良好的冷却液流动的空腔。在机械方面，导电支撑点和可以强化电堆组装后的结构强度和厚度稳定性，也可以有效地防止电堆在组装过程、振动环境下的工作过程中的极板错位问题的发生。极大地保证了单电池结构的稳定性、性能的一致性和长寿命。

如图7、图8所示，氧化气体流道包括氧化气体分配区15和氧化气体活性区，氧化气体分配区15连通氧化气体进气总孔8和氧化气体活性区，氧化气体分配区15包括设置在阳极板3和阴极板4之间的氧化气体引导结构以及设置在阴极板4正面的氧化气体分配结构4-5，氧化气体引导结构将氧化气体从氧化气体进气总孔8引导至阴极板4正面，氧化气体分配结构4-5将氧化气体引导结构引出至阴极板4正面的氧化气体进行分流并输入至氧化气体活性区。其中，氧化气体引导结构包括设置阳极板3和阴极板4之间的氧化气体夹层流道以及设置在阴极板4上用于将氧化气体引导至阴极板4正面的氧化气体引导孔4-4，氧化气体夹层流道气体输入端连通氧化气体进气总孔8，氧化料气体夹层流道输出端连通氧化气体引导孔4-4，氧化气体分配结构4-5包括多条第二折状弯流道，第二折状弯流道入口对着氧化气体引导孔4-4。

氧化气体流动方式为：氧化气体(氧气)经过氧化气体进气总孔8进入，氧气首先是在阳极单板和阴极单板之间的不规则空腔中流动，即通过阴极板4冷却液侧的多个氧化气体进气凸台4-1之间的间隙以及位于氧化气体密封槽局部区域4-2的背面的空隙(氧化气体进气支通道4-3)中流动；然后通过并列的数个氧化气体引导孔4-4进入规则的氧化气体分配结构4-5；氧化气体在氧化气体分配结构4-5拐两次直角弯后分流进入氧化气体活性区，参与电化学反应。每个氧化气体引导孔4-4流出的氧化气体可分流成3至4股，以使氧化气体在其活性区中的分布更加均匀。

如图9、图10所示为冷却液在双极板2中的流动示意图。冷却液入口总孔7和冷却液出口总孔11的长度覆盖活性区的一条边，以使冷却液的分布更均匀。冷却液入口总孔7进入单电池后，沿燃料气体进气凸台3-1和氧化气体进气凸台4-1之间的间隙流动，再经过燃料气体密封槽局部区域3-2和氧化气体密封槽局部区域4-2的背面相对应的区域，最后进入阴极板4和阳极板3的活性区的背面。在阴、阳极板3的冷却液侧，冷却液的流道形式是不一致的，槽的高度也有变化，冷却液在冷却液腔中的流动也是分流、错动的，形成了扰流的效果。

图11更清晰地展示了冷却液的流动，图11为图10中区域D的剖切视图。图中，黑色粗箭头表示冷却液的流动方向。可见，冷却液从冷却液入口总孔7进入后，首先流经的是阴极板4和阳极板3形成的高度为Hc1的空腔，然后达到高度为Hc2的空腔，最后还会经过高度为Hc3的空腔。其中，冷却液流动的通跟的横截面积逐渐增大，而流场的槽深逐渐减小，满足Hc1>Hc2>Hc3。

如图12所示，一种燃料电池堆，氧化电池堆1包括串联堆叠的双极板2和膜电极组件5，双极板2为上述氧化电池超薄双极板2，膜电极组件5两侧分别设置密封件17，密封件17的作用是防止反应气(氢气和空气)泄露到电堆外(外漏)，也防止氢气、空气和冷却液的相互串漏(内漏)。

综上以上，本发明燃料电池超薄双极板以及构成的燃料电池堆主要包括如下几种部件：

双极板2：由阳极板3和阴极板4通过粘接、焊接等方式组合而成。

阳极单：通过金属箔板冲压形成独特结构的沟槽，一侧为燃料气体(氢气)的进出提供流道；相反一侧与阴极板4的特定一侧共同形成供冷却液进出的流道；并通过沟槽的尺寸和形状设计来保证燃料气体和冷却液的均匀分布。

阴极单：通过金属箔板冲压形成独特结构的沟槽，一侧为氧化气体(空气)的进出提供流道；相反一侧与阳极板3的特定一侧共同形成供冷却液进出的流道；并通过沟槽的尺寸形状设计来保证氧化气体和冷却液的均匀分布。

任何导电的铁、不锈钢、镍、铝、金、铂金及基合金构成的金属板、金属箔、纯石墨板、膨胀石墨板、金属/石墨复合板、C/C复合板、导电塑料板等，都可以作为本专利的阳极板3和阴极板4的材料，为了减少电堆厚度，提升电堆的功率密度，材料根据需要和选型，厚度范围0.01mm～0.1mm。

膜电极组件5：由质子交换膜与在其两侧涂覆的阳极催化层和阴板催化层构成，形成三合一的发电单元。质子交换膜隔开氢气和空气，利用阳极侧的氢氧化反应与阴板侧的氧还原反应，分别作为燃料电池的负极和正极，从而产生电流，对外作电功。

质子交换膜燃料电池的工作原理：

氢气在阳极催化剂的作用下，发生下列反应：

H₂→2H⁺+2e^-

氢离子通过电解质到达阴极，电子则通过外电路到达阴极，在阴极催化剂的作用下，与氧气反应生成水，反应式如下：

2H⁺+2e^-+1/2O₂→H₂O

综合起来，即氢燃料电池中的总反应为：

2H₂+O₂→H₂O

正是通过该电池反应，电池向外输出电能，只要保证氢气和空气或氧气的供给，该燃料电池即可连续不断产生电能。对于质子交换膜燃料电池，由于不受卡诺循环约束，在标准态下理想的最大转化效率为83％，而实际应用中由于各种条件影响，燃料电池系统的实际效率约在45％～60％。

具体实施例1

在本实施例中双极板2采用上述具体实施方式中的方案进行设计，并构成燃料电池堆，具体地，阳极板3和阴极板4采用的厚度均为0.1mm 316L不锈钢板，经冲压工艺加工成形，燃料气体流道槽深Ha1为0.3mm，Ha2为0.4mm，氧化气体流道槽深Hb为0.3mm，双极板2总厚度T为0.6mm。与传统的1.0mm左右的金属双极板2厚度相比，本发明的板厚下降40％。而双极板2的堆积厚度通常占到电堆总长度的40～50％；这意味着在同等膜电极组件5(MEA)的性能条件和测试条件下，除双极板2以外的所有部件(包括前后端板、集流板、MEA等)的厚度不变的情况下，燃料电池的体积比功率密度将提升15％～20％。

具体实施例2

在本实施例中双极板2采用上述具体实施方式中的方案进行设计，并构成燃料电池堆，具体地，阳极板3和阴极板4采用的厚度均为0.15mm石墨/树脂复合板，经模压工艺加工成形，燃料气体流道槽深Ha1为0.3mm，Ha2为0.4mm，氧化气体流道槽深Hb为0.3mm，双极板2总厚度T为0.7mm。与传统的1.4mm左右的石墨复合双极板2厚度相比，本发明的板厚下降50％。而双极板2的堆积厚度通常占到电堆总长度的40～50％；这意味着在同等膜电极组件5(MEA)的性能条件和测试条件下，除双极板2以外的所有部件(包括前后端板、集流板、MEA等)的厚度不变的情况下，燃料电池的体积比功率密度将提升20％～30％。

上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (10)

1.一种燃料电池超薄双极板，包括阳极板(3)和阴极板(4)，所述的阳极板(3)的正面设有燃料气体流道，所述的阴极板(4)的正面设有氧化气体流道，其特征在于，在发电活性区，所述的燃料气体流道包括至少两种不同槽深的沟槽，所述的氧化气体流道包括至少一种槽深的沟槽，在发电活性区，所述的阳极板(3)和阴极板(4)的背面相互扣合时所述的燃料气体流道的沟槽与所述的氧化气体流道的沟槽完全错开，所述的阳极板(3)和阴极板(4)的背面通过分散的导电支撑点形成电接触，两者不相接触的位置形成冷却液流动的空腔，所述的空腔形成不同槽深的冷却液流道。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池超薄双极板，其特征在于，所述的导电支撑点包括水平导电支撑点(3-6)和斜向导电支撑点(3-7)，所述的水平导电支撑点(3-6)与双极板(2)整体平面平行，所述的斜向导电支撑点(3-7)与双极板(2)整体平面呈一设定倾斜角度。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池超薄双极板，其特征在于，所述的水平导电支撑点(3-6)形成于阳极板(3)上部分槽深最大的沟槽底部，该位置处阳极板(3)的沟槽底部与所述的阴极板(4)的背面贴合形成电接触。

4.根据权利要求2所述的一种燃料电池超薄双极板，其特征在于，所述的斜向导电支撑点(3-7)形成于阳极板(3)上部分沟槽的侧壁位置处，该位置处阳极板(3)的沟槽侧壁为斜面，对应地，阴极板(4)上设有与之斜率一致的斜面，阴极板(4)和阳极板(3)扣合时，阳极板(3)和阴极板(4)对应位置的斜面相互贴合。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池超薄双极板，其特征在于，所述的燃料气体流道包括燃料气体分配区(13)和燃料气体活性区，所述的燃料气体分配区(13)连通燃料气体进气总孔(6)和燃料气体活性区，燃料气体分配区(13)包括设置在阳极板(3)和阴极板(4)之间的燃料气体引导结构以及设置在阳极板(3)正面的燃料气体分配结构(3-5)，所述的燃料气体引导结构将燃料气体从燃料气体进气总孔(6)引导至阳极板(3)正面，所述的燃料气体分配结构(3-5)将燃料气体引导结构引出至阳极板(3)正面的燃料气体进行分流并输入至燃料气体活性区。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池超薄双极板，其特征在于，所述的燃料气体引导结构包括设置阳极板(3)和阴极板(4)之间的燃料气体夹层流道以及设置在阳极板(3)上用于将燃料气体引导至阳极板(3)正面的燃料气体引导孔(3-4)，所述的燃料气体夹层流道气体输入端连通燃料气体进气总孔(6)，燃料气体夹层流道输出端连通所述的燃料气体引导孔(3-4)，所述的燃料气体分配结构(3-5)包括多条第一折状弯流道，所述的第一折状弯流道入口对着所述的燃料气体引导孔(3-4)。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池超薄双极板，其特征在于，所述的氧化气体流道包括氧化气体分配区(15)和氧化气体活性区，所述的氧化气体分配区(15)连通氧化气体进气总孔(8)和氧化气体活性区，氧化气体分配区(15)包括设置在阳极板(3)和阴极板(4)之间的氧化气体引导结构以及设置在阴极板(4)正面的氧化气体分配结构(4-5)，所述的氧化气体引导结构将氧化气体从氧化气体进气总孔(8)引导至阴极板(4)正面，所述的氧化气体分配结构(4-5)将氧化气体引导结构引出至阴极板(4)正面的氧化气体进行分流并输入至氧化气体活性区。

8.根据权利要求7所述的一种燃料电池超薄双极板，其特征在于，所述的氧化气体引导结构包括设置阳极板(3)和阴极板(4)之间的氧化气体夹层流道以及设置在阴极板(4)上用于将氧化气体引导至阴极板(4)正面的氧化气体引导孔(4-4)，所述的氧化气体夹层流道气体输入端连通氧化气体进气总孔(8)，氧化料气体夹层流道输出端连通所述的氧化气体引导孔(4-4)，所述的氧化气体分配结构(4-5)包括多条第二折状弯流道，所述的第二折状弯流道入口对着所述的氧化气体引导孔(4-4)。

9.根据权利要求1所述的一种燃料电池超薄双极板，其特征在于，所述的冷却液流道的槽深沿冷却液流动方向呈阶梯式减小。

10.一种燃料电池堆，所述的燃料电池堆包括串联堆叠的双极板(2)和膜电极组件(5)，其特征在于，所述的双极板(2)为权利要求1～9任意一项所述的燃料电池超薄双极板。

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