[发明专利]一种双极板与燃料电池

说明书

本发明涉及一种双极板和燃料电池，所述双极板包括合并在一起的阳极板和阴极板；所述双极板包括依次分布的入口区、流体分配区、流场区、流体收集区和出口区；所述流场区为反应活性区，发生氧化还原反应；所述双极板中包括至少两个独立分隔的流场区。所述双极板与膜电极组件匹配，组成两个双极板夹一个膜电极的燃料电池单元，双极板中至少两个独立分隔的流场区，则组成至少两个燃料电池单元，而多个燃料电池单元重复堆叠在一起得到燃料电池电堆，相比于单流场结构的燃料电池，提升了反应面积，在反应面积增大的同时，实现了较好的均匀性也是有较大的困难，由于电堆的功率可以成倍的提升，大幅度的提高了燃料电池的功率密度。

技术领域

本发明属于氢燃料电池的制造技术领域，涉及一种双极板，尤其涉及一种双极板与燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种发电装置，燃料电池包括：双极板、膜电极(MEA)、集流板及端板等主要部件。双极板是燃料电池的骨架，作用主要是为反应物(氢气和氧化剂)提供反用的场所，在膜电极发生电化学反应放电。双极板的作用是分隔气流，导电，散热，以及排出反应生成物，如水等。

燃料电池是新能源汽车的技术路线之一，随着汽车用户对燃料电池汽车功率的需求越来越大，因此需要更大的燃料电池电堆或是电池组。通常的双极板的反应区面积在200cm²到300cm²之间，单电堆功率达到200～300kW。为了实现更大的燃料电池功率，实现的方式之一就是需要双极板有更大的反应面积。按照双极板结构包括反应物进出口和冷却剂进出口的设计方案，流动分配区域，流道流场区，提升双极板的反应面积，在反应面积增大的同时，实现较好的均匀性也是有较大的困难。

CN 113140748A提供一种带螺旋的斗状燃料电池双极板，包括双极板基体，所述双极板基体呈漏斗状，且漏斗的底部为一圆形结构；且所述双极板基体的内表面设有阴极流场，所述双极板基体的外表面设有阳极流场；所述阴极流场内具有多个螺旋通道；所述阳极流场内具有多个放射通道。该发明阴极流场采用的是均布的螺旋通道，使气体在流动过程中产生离心力，增强传质，提高气体扩散层中反应物浓度，增加电化学反应速率，提高电池电流密度。阳极流场采用渐变的放射流道，直肋宽度沿气体流动方向减小，可以提高电化学反应面积，进一步提高电流密度。

CN 211420326U公开了一种用于电化学氟化的多孔双极电解池，属于电化学技术领域，目的在于提供一种用于电化学氟化的多孔双极电解池，包括电解池本体，所述电解池本体的两侧的侧壁底部分别设有进料口，顶部分别设有出料口，电解池本体内设有阴极板和阳极板，阴极板和阳极板之间设有双极板，所述双极板的表面设有若干通孔，阴极板、阳极板和双极板的四个顶角分别通过螺栓与电解池本体的侧壁连接固定。通过在阴极板和阳极板之间插入双极板，相当于在双极板上多了一个阴极和阳极，使得反应面积增加一倍，双极板表面的通孔，可以使得反应物进行传质和二次反应，增加反应面积，提高反应效率。

CN 111697246A提供一种双极板结构和燃料电池，双极板结构包括：第一侧面和第二侧面，第一侧面上设置有氢气流道，第二侧面上设置有氧气流道，第一侧面上设置有至少两个氢气进口和至少两个氢气出口，至少两个氢气进口分别与氢气流道连通，至少两个氢气出口也分别与氢气流道连通；第二侧面上设置有至少两个氧气进口和至少两个氧气出口，至少两个氧气进口分别与氧气流道连通，至少两个氧气出口分别与氧气流道连通。该发明能够保证与每个氢气进口、氢气出口以及每个氧气进气口和每个氧气出气口连通的流道个数更为均匀，使得氢氧电化学反应的反应区面积可根据功率需求进行合理的扩大，解决三进三出由于单一进出口结构而形成的气体分配不均的问题。

以上技术方案中CN 113140748A结构复杂，还需要改造膜电极、集流板及端板，CN211420326U增加反应面积的程度有限，而CN 111697246A相当于两个双极板并排布置，共用冷却出入口。由于冷却布置在垂直方向，占用较大的空间，对电堆的功率密度有较大的影响，双极板流场区域的活性面积占比较低，电堆功率密度整体不高。