[发明专利]燃料电池双极板、电堆及燃料电池系统

说明书

本发明提供一种燃料电池双极板、电堆及燃料电池系统，所述双极板具有阴极进气口；所述双极板的阴极进气口的一端分别设有两个独立的通孔I和通孔II，通孔II与所述阴极进气口连通。本发明由于双极板导热性好，进入双极板流道的空气能够充分与双极板进行换热；能够省去阴极空气外置预热装置的设计，由于双极板本身构成空气流道，使进入电堆的空气直接密封在双极板构成的上、下两个流道内，因此不需要其他额外装置来将预热好的空气汇集起来进入电堆；结构更加紧凑简单，极大提升换热效果。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及燃料电池双极板、电堆及燃料电池系统。

背景技术

由于高温燃料电池电堆一般工作温度较高在100℃以上并且所需阴极物料为空气。燃料电池电堆工作环境在室温条件下，因此阴极空气来源即为室温条件下的空气，温度范围在-40～55℃左右。高温燃料电池电堆性能受电堆温度影响较大，要求电堆长度方向温度差在5℃以内且电堆中每节石墨/金属双极板面积上的温度差较小。这样整个电堆温度比较均匀，电堆性能、寿命均有较大的提升。

现有高温燃料电池系统电堆阴极进料方式大多采用室温条件下直接由空气泵泵入空气至MEA阴极反应侧，由于室温相比于电堆工作温度相差很大，造成由于阴极进料原因导致电堆内部温差很大影响电堆性能。这种现象在风冷电堆中更加严重，由于风冷高温燃料电池电堆使用阴极空气作为电堆产热的散热介质，需要大剂量比的阴极空气流过电堆阴极流道从而带走电堆产生热量维持电堆正常工作温度不非温。大剂量比的阴极空气如果不进行预热对电堆性能、寿命造成损害。

由于燃料电池要求较高的比功率，传统的燃料电池阴极预热形式为将阴极空气预热装置外置，将阴极空气通过专门设计的外置预热装置使阴极空气达到电堆需求的阴极物料温度后通过导流管泵入电堆，此种设计不仅使燃料电池系统的体积变大降低系统比功率，外置的阴极预热装置更是需要单独热源进行加热，增加系统内耗。。

发明内容

本发明设计一种燃了电池系统阴极进料预热装置，对阴极进料进行预热，预热的热量来源为电堆两端金属端板产生的热量及电堆后端蒸发器所产生的热量。

本发明一方面提供一种燃料电池双极板，所述双极板具有阴极进气口；所述双极板的阴极进气口的一端分别设有两个独立的通孔I和通孔II，通孔II与所述阴极进气口连通。优选地，阴极进气口和通孔I分别位于通孔II的两侧。

双极板的材质优选为金属双极板或石墨双极板。

本发明另一方面提供一种燃料电池电堆，由若干个上述的燃料电池双极板集成；若干个所述通孔I构成导流通道，若干个所述通孔II构成阴极进气通道。

本发明再一方面，提供具有预热装置的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括蒸发器和上述的燃料电池电堆；所述预热装置包括第一预热组件和第二预热组件；所述导流通道作为第一预热组件；所述导流通道、第二预热组件和阴极进气通道依次连通；所述第二预热组件为腔体结构；所述第二预热组件可换热地设置于电堆的端部和蒸发器的端部之间。

阴极进气通道、第一预热组件和第二预热组件的材质优选为导热金属。

作为优选的技术方案，所述的第二预热组件为折流式腔体结构。

作为优选的技术方案，所述折流式腔体结构由顺次组装的第二板、隔板和第一板组成；第一板与隔板构成第一折流腔；第二板与隔板构成第二折流腔；所述导流通道、第一折流腔、第二折流腔和阴极进气通道依次连通。

作为优选的技术方案，所述第一折流腔和第二折流腔内设有翅片；优选翅片分别设置于第一板和第二板。

作为优选的技术方案，所述燃料电池为高温燃料电池。

作为优选的技术方案，所述电堆端部的材质为导热金属。

作为优选的技术方案，所述导流通道是一个用于引入阴极进气的管状结构。