[发明专利]一种阴极开放式空冷燃料电池双极板及其电池电堆

说明书

本发明公开了一种阴极开放式空冷燃料电池双极板及其电池电堆。其中，阴极开放式空冷燃料电池双极板包括氢极板和氧极板，所述氢极板上设有氢气流道，氧极板设有空气流道；所述空气流道包括多条弧形流道；各条弧形流道弯曲的弧度为5°。由阴极开放式空冷燃料电池双极板、膜电极组件重复层叠设置，并配合集流板、端板和紧固件组装而成所述电池电堆，其氧气流道弯曲一定的角度，使其可以干扰空气流动，进入GDL的空气浓度提高，提高空冷燃料电池的性能。

技术领域

本发明主要涉及燃料电池，特别涉及一种阴极开放式空冷燃料电池双极板及其电池电堆。

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，具有能量转换效率高、零排放、无机械噪声等优点，在军事和民用领域备受青睐。质子交换膜燃料电池(PEMFC)采用固体聚合物膜作为电解质，具有结构简单、工作温度低等优点，作为移动电源具有得天独厚的优势。质子交换膜燃料电池，是继碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池之后发展起来的第五代燃料电池，其具有工作温度较低、启动时间短、功率密度高，负载响应快、无电解液流失的特点，双极板是质子交换膜燃料电池的关键部件之，其功能是支撑膜电极组件、分配反应气体及冷却液、收集电流、传导热量和排出产物水等。流道是在双极板上加工的各种形状的沟槽，为反应气体、冷却液及生成的产物提供进出通道，是燃料电池设计的关键因素。

每个PEMFC单电池由两个极板（一个氢极板/阳极板和一个氧极板2/阴极板）以及夹在两个极板之间的膜电极组件组成。PEMFC的氢极板上设有氢气流道，该流道是氢气流动和传输的场所，氢气经由其而传输至阳极催化剂。PEMFC的氧极板2上设有氧气流道，该流道是空气流动和传输的场所，氧气经由其而到达阴极催化剂。借助于所述氢气流道和氧气流道，氢气和氧气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。

目前蛇形流道是最常见的双极板的流道形式，反应气体沿双极板的蛇形流道流通。蛇形流道的优点是能够迅速排除燃料电池生成的水，不会出现水堵塞流道的情况。目前大多数阴极开放式燃料电池的氧气流道都是直线型的流道设计，如何提高空气向阴极传输的速率、提高燃料电池的性能是阴极开放式燃料电池技术领域的技术瓶颈以及技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种阴极开放式空冷燃料电池双极板及其电池电堆，解决现有阴极开放式空冷燃料电池中空气向阴极传输的速率、燃料电池的性能难以提高的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种阴极开放式空冷燃料电池双极板，包括氢极板和氧极板，所述氢极板上设有氢气流道，氧极板设有空气流道；所述空气流道包括多条平行的弧形流道；各弧形流道弯曲的弧度为5°。

进一步地，所述氢气流道采用多条平行的蛇形流道；所述阴极开放式空冷燃料电池双极板的相对两端分别设有氢气进气口和氢气出气口；氢气流道的两端分别与氢气进气口和氢气出气口连通；氢气进气口和氢气出气口为贯穿双极板的开孔。

进一步地，氢气流道为四条平行的蛇形流道，从氢气进气口经多次折行到达氢气出气口；氢极板的蛇形流道截面为矩形，宽度为0.45mm，深度为0.3mm。

进一步地，氢极板上设有氢极板侧密封圈凹槽；氢极板侧密封圈嵌入所述凹槽内；氢极板侧密封圈凹槽及其内部嵌入的密封圈将氢气流道及氢气进气口和出气口包围在内，以防止氢气泄漏或氢氧互通；所述氢气进气口和氢气出气口分别设置于氢极板长度方向的两端；所述氢气流道沿氢极板长度方向蛇形延伸；所述凹槽围绕氢极板一圈，凹槽的深度为0.3mm，宽度为3mm。

进一步地，弧形流道两端延伸至氧极板的相对两侧；氧极板上的空气流道平行并列地排列为阵列；所述阴极开放式空冷燃料电池双极板为双面流道的一体结构，第一面形成氢极板，第二面形成氧极板。