[发明专利]一种燃料电池双极板及制备方法

说明书

本发明提供了一种燃料电池双极板，包括阳极板和阴极板，阳极板和阴极板之间为燃料电池膜电极，阳极板、膜电极和阴极板相互层叠在一起；阳极板和阴极板均包括进气口、出气口和流场结构，流场结构内部设置有流道，流道之间设置有隔壁；进气口在流场结构的一端，与流道相连，气体通过进气口进入流场结构，并通过膜电极进行化学反应；出气口在流场结构的另一端，进气口与出气口呈对角线分布，气体在完成化学反应后通过与流道相连的出气口排出；双极板和膜电极之间安装有垫圈和间距调整构件，垫圈安装在双极板外侧，间距调整构件安装在垫圈外侧，通过间距调整构件调整双极板和膜电极之间的距离。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池双极板及制备方法。

背景技术

燃料电池(Fuel Cells，FC)可以把燃料所具有的化学能直接转换成电能，是一种电化学发电装置。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把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换为电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用氢气和氧气作为原料；同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，有害气体的排放很少。就节能和生态环境保护的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。因此，燃料电池技术被视为21世纪最有效和最清洁的发电技术。

双极板(Bipolar plate，BP)是燃料电池中的另一个关键组件，在燃料电池中它起着分配燃料气和空气、实现单片电池之间的电的联结、从活性区域带出废热、防止气体和冷却剂的泄漏以及促进电池中的水管理等功能。目前双极板的成本约占电池总成本的30％～45％左右，而其质量占电池总重量的 80％。

目前从材料上分类，双极板基本上可以分成三大类：石墨双极板、聚合物-碳复合材料双极板、金属双极板。其中金属双极板其具有机械加工性能优良、导电和导热性好、气密性好等优点，可以用来制作很薄(＜0.15mm)的双极板，从而大幅减小整个电池组的体积，提高燃料电池的比功率，适合大批量低成本生产。但是，金属双极板的主要缺点为耐腐蚀性能差，腐蚀会降低燃料电池的性能和双极板的耐久性，满足不了燃料电池长期稳定运行的需要；金属表面钝化会导致双极板和膜电极扩散层之间接触电阻增大，金属离子扩散到电极部位对催化剂产生毒化作用，降低燃料电池的输出效率。

发明内容

本发明解决了现有金属双极板的技术缺陷，通过对金属板表面进行改性，通过开发特定的耐腐蚀涂层来保护和提高金属双极板的耐腐蚀性、降低运行过程中双极板与扩散层之间的接触电阻。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种燃料电池双极板，所述双极板包括阳极板和阴极板，阳极板和阴极板之间为燃料电池膜电极，阳极板、膜电极和阴极板相互层叠在一起；

所述阳极板和阴极板均包括进气口、出气口和流场结构，流场结构内部设置有流道，流道之间设置有隔壁；进气口在流场结构的一端，与流道相连，气体通过进气口进入流场结构，并通过膜电极进行化学反应；出气口在流场结构的另一端，进气口与出气口呈对角线分布，气体在完成化学反应后通过与流道相连的出气口排出；

双极板和膜电极之间安装有垫圈和间距调整构件，垫圈安装在双极板外侧，间距调整构件安装在垫圈外侧，通过间距调整构件调整双极板和膜电极之间的距离；

所述流场结构包括第一流场结构、第二流场结构和第三流场结构，第二流场结构位于中间，第一流场结构和第三流场结构位于两侧；第二流场结构中的流道平行分布；第一流场结构和第三流场结构均包括蛇形分布的复合流道，每个复合流道由平行分布的流道组成。

进一步地，每个流场结构流道数量在6～12之间。

进一步地，所述阳极板和阴极板均包括基板和涂层；所述基板采用金属材料，包括不锈钢、铝、钛其中一种及以上；所述涂层沉积在基板表面，涂层包括碳涂层、金属涂层、合金涂层其中一种及以上。