[发明专利]一种外冷却型液冷燃料电池双极板和电堆

说明书

本发明涉及一种外冷却型液冷燃料电池双极板和电堆，所述双极板由单片极板构成，该极板中间区域与膜电极接触，传导电子，该极板延伸形成的两侧翅片为散热区域。将冷却翅片合围形成电堆的外冷却腔，冷却介质流经外冷却腔将电堆内部产生的热量带出去，最后通过散热片散至周围环境中。本发明消除了两片极板做双极板所产生的接触电阻以及金属双极板焊缝处的腐蚀，提高了电池性能和双极板的使用寿命，进一步提高电池的使用寿命；降低了双极板厚度，提高了体积比功率；减少了冷却介质流经双极板中间的冷却腔阻力大所消耗的能量；消除了冷却液在由两片极板做双极板的冷却腔内热胀冷缩所引起的对膜电极产生的挤压变化，提高膜电极的稳定性。

技术领域

本发明涉及用于燃料电池技术领域，具体涉及一种适用于液冷技术的燃料电池双极板。

背景技术

国家在“双碳”政策指引下，氢能的利用受到极大关注与重视。燃料电池是利用氢能的最为理想方式之一。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种可以快速启动的低噪音、高能量转换效率的零排放发电装置，可广泛用于车用动力电源、固定式电站、航空动力电源、水下动力电源、移动电源、便携电源等，满足多领域的用电需要，是最接近于实际应用的燃料电池之一。

传统的质子交换膜燃料电池电堆由端板、绝缘板、集流板、多个双极板与膜电极交互叠放组成的重复单元、另一侧的集流板、绝缘板、端板构成。双极板是质子交换膜燃料电池的重要部件之一，起到分隔氧化剂和还原剂、分布反应物、生成物、生成热、收集传导电流的重要作用。

在液冷型燃料电池中，双极板主要有石墨双极板、金属双极板和复合双极板等，一般都采用焊接或粘结的方法将两层极板(阳极板和阴极板)复合在一起，中间形成冷却腔体。普遍采用水或其他冷却剂作为导热载体，流经双极板中间的冷却腔，将燃料电池工作过程中产生的热量通过循环带出来，再通过散热器传至周围环境中或者作为热电联供的优质热源加以利用。

薄金属冲压双极板与膜电极接触的表面需要做提高电导率防腐蚀处理，中间冷却腔的内表面一般不做处理，本身接触电阻大，经过电池长时间运转，内部电阻进一步增大，焊缝部位也容易出现腐蚀，漏气。采用石墨双极板时，要保证基板的强度和中间冷却通道合理畅通，所雕刻或模压加工的阳极板和阴极板都要保证一定强度和厚度，所以复合成的双极板厚度更厚、笨重。复合双极板都存在一些限制其应用环境和提高性能的因素，如石墨双极板抗震性差，无法制造得更轻薄，装配力难于控制，成本高；复合双极板的两侧是阳极石墨流场和阴极石墨流场贴敷在经过提高电导率防腐蚀处理的薄金属板表面，中间冷却液流场是预制后贴敷进去的，四周用胶体压合密封，结构复杂，电池长时间运转，冷却腔内溶液被腐蚀，导致内阻增大，电池性能下降，胶体开裂导致串气漏气，电池失效。石墨双极板和复合双极板虽然在机械强度方面有了长足进步，但由于其采用的材料及零部件较多，加工装配相对繁琐，其质量比功率、体积比功率也难于进一步提高，成本也难于进一步降低。相对而言，金属双极板可以加工非常轻薄，在质量比功率、体积比功率方面均有大幅提高，同时能够满足导电性优良、传热性好、机械强度高等要求。而且采用冲压加工极板，适于大规模生产，可以严格控制其成本。

发明内容

针对实际使用中的液冷型燃料电池所用中间为冷却腔的双极板，所存在的两层极板之间接触电阻大、焊缝易被腐蚀开裂，双极板结构复杂、制备成本高、厚度增加电阻大等问题，本发明使用单层极板制备出双极板，具备双极板的所有功能，因此制造和后续的装配工序都相对简单，非常适于大规模加工制造同时降低成本，并得到实际应用。本发明进一步了提高电堆本体的质量比功率和体积比功率。

本发明的具体技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种外冷却型液冷燃料电池双极板，双极板由带有流场单片极板构成，单片极板包括反应区域和反应区域两侧的冷却翅片，反应区域包括流场，所述流场的两个宽度方向设有燃料进出口和氧化剂进出口。该极板中间反应区域，与膜电极接触，传导电子，该极板的两侧翅片为散热区域。