[发明专利]一种组合式流道燃料电池双极板

说明书

本申请提供了一种组合式流道燃料电池双极板，包括阴极单极板、阳极单极板、设于阴极单极板和阳极单极板之间的膜电极，所述的阴极单极板相对所述的膜电极的一侧设有空气流场，另一侧设有冷却液流场，所述的空气流场与所述的膜电极构成空气流道；所述的阳极单极板相对所述的膜电极的一侧设有燃料流场，所述的燃料流场与所述的膜电极形成燃料流道，所述的双极板具有与空气流道的入口相连通的空气入口共享通道、与空气流道的出口相连通的空气出口共享通道、与燃料流道的入口相连通的燃料入口共享通道、与燃料流道的出口相连通的燃料出口共享通道、与冷却液流道的入口相连通的冷却液入口共享通道、与冷却液流道的出口相连通的冷却液出口共享通道。

技术领域

本申请涉及一种组合式流道燃料电池双极板。

背景技术

燃料电池是一种能够将化学能转化为电能的电化学反应装置，由于不受卡诺循环的限制，理论上其能量转换效率高于内燃机(最高可达80％以上，一般不低于50％)，并且具有零排放、无机械噪声等诸多优点，因此在军事和民用领域备受青睐。根据燃料电池中所用的电解质不同，可以将燃料电池分为五种类型：碱性燃料电池(AFC)，磷酸燃料电池(PAFC)，熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)。其中PEMFC采用固体聚合物膜作为电解质，具有结构简单、工作温度低、能量转化效率高等优点，作为移动电源具有得天独厚的优势。据报道，目前德国、法国已开发出以 PEMFC为动力的潜水艇，而日本丰田汽车公司等数家世界顶级汽车公司则已开发出以PEMFC为动力的量产化的燃料电池电动汽车(Fuel Cell Electric Vehicle, 缩写为FCEV或FCV)。作为一种重要的移动动力电源，PEMFC具有良好的发展前景。

燃料电池是一种将燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应将燃料化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池使用燃料和氧气作为原料，没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。燃料电池非常适用于交通运输、固定式发电以及便携式领域。从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。近年来，世界各国都在积极研究将燃料电池作为动力源，应用于汽车领域。

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为传递H+的介质，只允许H+通过，而H2失去的电子则从导线通过。工作时相当于一直流电源，阳极即电源负极，阴极即电源正极。

每个PEMFC单电池由两个极板(一个阳极板和一个阴极板)以及夹在两个极板之间的膜电极组成。所述膜电极由阳极催化剂、质子交换膜、阴极催化剂组装在一起构成。在阳极板和膜电极之间以及膜电极和阴极板之间通常还设置有气体扩散层(GDL)，该气体扩散层通常用透气的碳纸或碳布制成，有些文献将气体扩散层作为膜电极的一部分，而有些文献将气体扩散层作为PEMFC中的一种单独的部件。PEMFC的阳极板上设置有燃料流道，该燃料流道是燃料(氢气或甲醇等在常温常压下以气体或液体形态存在的含能化合物)流动和传输的场所，燃料经由之而传输至阳极催化剂。PEMFC的阴极板上设置有氧化剂流道，该氧化剂流道是氧化剂(通常为氧气或空气)流动和传输的场所，氧化剂经由之而到达阴极催化剂。借助于所述燃料流道和氧化剂流道，燃料和氧化剂可以被源源不断地输送到燃料电池内从而使燃料电池可以连续地输出电能。

典型的水冷质子交换膜燃料电池由阴极流场板、膜电极、阳极流场板组成，膜电极一般放在两块导电的流场板中间，流场板既作为电流集流板，也作为膜电极的机械支撑。流场板上的流道提供燃料、氧化剂、冷却水进入阳极、阴极、冷却参与反应的通道，同时也提供了带走燃料电池运行过程中生成水的通道。

发明内容