[发明专利]一种燃料电池用风冷一体化双极板

说明书

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用风冷一体化双极板。

背景技术

燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。燃料电池通常由多个电池单元构成，每个电池单元包括两个电极(阳极和阴极)，该两个电极被电解质元件隔开，并且彼此串联地组装，形成燃料电池堆。通过给每个电极供给适当的反应物，即给一个电极供给燃料而另一个供给氧化剂，实现电化学反应，从而在电极之间形成电位差，并且因此产生电能。

为了给每个电极供给反应物，使用通常称为“双极板”并且设置在每个单个电池的两侧的特定界面元件。这些双极板通常是邻近阳极或阴极支撑体放置的单个元件的形式。双极板是燃料电池组的重要元件。燃料电池堆在运行过程中，双极板执行如下功能以维持燃料电池堆的最佳工作状态以及使用寿命：(1)电池导电体，极板两侧分别形成阴极阳极，将一个个电池单元串联以组成燃料电池堆；(2)通过流道向电极提供反应气(传质)；(3)协调水与热的管理，防止冷却介质及反应气体外漏；(4)向膜电极组件(MEA)提供结构强度支持。

双极板不但需要提供反应物的流道，还需要排出反应后生成水与热量，避免因热量蓄积而造成燃料电池的不能工作和寿命的缩短。为此，一般的设计方案是在阴极板背面设置导流槽作为冷却介质流道，通过冷却介质流道中高速气流带走反应产生的热。但是这种冷却流道受导流板大小的限制。尤其是对风冷型燃料电池，如CN202308177U，该专利通过在阴极板和阳极板上设有多条冷却风流道，加快电堆散热速度。该类技术的缺点在于，因为冷却通道直接设在阴、阳极板板上，一旦板的尺寸确定，就不能根据电池的大小来调整散热面积，常常由于散热面积有限，散热效果差，造成燃料电池产生的热量不能全部散掉，从而影响燃料电池的性能，或者增加冷却风扇的风量来达到散热的目的，但是这样又增加了额外的功耗。另外，双极板材料昂贵，如果直接在双极板背面设冷却流道，增加了制作难度，同时导致双极板板体变厚，进一步增加材料成本。

另一种设计方式是将氧化剂直接充当冷却剂，因此双极板上的氧化剂流道同时充当冷却剂流道。如CN1996647A，该专利将阴极流场板的氧化剂分配管道设计为开放性沟槽。该类技术的缺点在于，冷却所需流量与氧化剂所需流量并不一致，且直接采用开放式流道供氧化剂，对空气要求极高，适用环境极少。

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散热效果好、可靠性高的燃料电池用风冷一体化双极板。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池用风冷一体化双极板，包括阴极板和阳极板，阴极板和阳极板上设有燃料进出流体孔和氧化剂进出流体孔，其特征在于，所述的阴极板和阳极板之间设有至少一层散热片，该散热片上设有流体通道，该流体通道的进出口暴露于空气中呈开路状态，冷却空气流经流体通道对双极板进行散热。

所述的散热片根据需要的散热面积设置多层，各层散热片上下叠加。

所述的散热片设有1-10层，冷却流体分别从各层散热片一端流入，另一端流出。

所述的散热片的材料为金属材料。

所述的散热片上流体通道由单排的多个平行连通槽组成，或双排上下相对的多个平行凹槽组成，或双排上下交错的多个平行凹槽组成。

所述的连通槽或凹槽的截面形状为矩形、梯形、半圆形、圆形、五角星形或多边形。

所述的散热片与阳极板和阴极板之间注塑成一整体。

所述的散热片与散热片之间、散热片与阳极板和阴极板之间粘合成一整体。

所述的散热片上开设有氧化剂进出口和燃料进出口。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明散热片可以根据需要上下叠加多层，以满足不同的散热需求，因而不受双极板面积的限制，能有效控制燃料电池的温度，从而提高了燃料电池的性能和寿命。

2.散热片具有单独性，与双极板分开制作，降低了传统双极板背面冲压冷却流道面临的工艺难度高和加工时间长。

3.散热片形状设计灵活，流体通道可以由散热板冲压形成串联的通孔，或者在散热板上打孔，孔的大小和形状可以任意调整，操作灵活。

4.采用铝合金等散热好的材料，可以有效提高散热能力。

5.双极板可以通过注塑或者粘接做成整体，即一体化设置，大大提高电堆安装的可靠性。

6.本发明为开放式风冷散热设计，采用两进两出四孔的双极板结构，大大提高了电堆的密封性能，同时省略了冷却流体所需的管路结构和控制系统。