[发明专利]一种全通孔金属纤维烧结体燃料电池双极板及燃料电池堆

说明书

本发明公开了一种全通孔金属纤维烧结体燃料电池双极板及燃料电池堆，包括导电分隔板和流场板，所述流场板设置于所述导电分隔板的一侧或两侧，所述流场板由金属纤维烧结体制成，所述流场板与所述导电分隔板一体化烧结连接或焊接连接或胶接连接；本发明提供的全通孔金属纤维烧结体燃料电池双极板及燃料电池堆，采用金属纤维烧结体做流场板可以在流体扩散均匀，气体有效反应面积增加一倍，电池功率密度提高；金属纤维毡做电池堆的冷却通道，冷却效率提高，减小电池堆体积，提升电池堆体积功率。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种全通孔金属纤维烧结体燃料电池双极板及燃料电池堆。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是以氢气或净化重整气为燃料，空气或纯氧为氧化剂，直接将化学能转化成电能的装置，以其高比功率、高转化效率、零排放等优点，成为解决能源危机的重要发展方向。典型的PEMFC由膜电极组件(MEA)、双极板(BP)端板、紧固件和密封元件等组成。膜电极组件包括气体扩散层、质子交换膜和催化层。双极板功能结构包括流场板和集流板，其中流场板是燃料和氧化剂的流场通道，集流板收集电子，是电极与外电路之间的电流通道。双极板是燃料电池的支撑骨架，占电池组大部分质量和成本，具有隔离并均匀分配反应气体、收集并导出电流、串联各单电池等功能。目前石墨类双极板导电性和耐腐蚀性良好，但其脆性大、成形难度大、加工费用高，成形的双极板厚度较大，体积功率密度低，在工业化应用中竞争力不足。金属双极板导电导热性能好、机械性能优良和阻气性好，可显著降低双极板厚度，从而提高PEMFC的比功率，被认为是PEMFC商品化的必然选择。

目前报道的金属双极板主要是板框式结构，包括正反面对称设置气体进出口区、过渡区和反应区，冲压成形工艺可加工复杂流道、便于批量化生产，已经实现商业化应用。中国专利CN1787261A公开了“一种冲压金属双极板结构及其制备方法”，采用模具冲压技术加工双极板的燃料/氧化剂气体通道、冷却介质通道和流场区，流场区中凸台和沟槽交错排布构成“脊-槽”结构，用于气体均匀分布和电流收集。流场沟槽和凸台的宽度为0.5-2mm、深度为0.1-1.0mm，加工的板材厚度为0.1-1mm。这种“脊-槽”式金属双极板的凸台与膜电极完全贴合，阻止了反应气体接触膜电极，MEA利用率约为50％；同时冲压成形凹凸模定位误差大、成形薄板翘曲等缺点，而且单次冲压只能成形单极板，制备双极板还需要将两片单极板进行焊接，工艺复杂。易培云《无极板式质子交换膜燃料电池结构设计与制造工艺研究》公开了“一种无极板式PEMFC结构和制造方法”，同时中国发明专利CN206834255μ公开了“使用其波浪形膜电极组件的PEMFC电池堆”，该现有技术采用金属多孔材料兼顾双极板和气体扩散层，通过模具冲压成波浪型金属气体扩散层和波浪型复合膜电极组件，MEA两侧的波峰空腔用于氢气和氧气(或者空气)的反应通道，反应生成的电流通过MEA两侧的金属纤维材料导出。这种设计消除了传统意义上的双极板，提高了质子交换膜电池堆的功率密度。

但是这种波浪型结构在模具冲压时容易撕裂，成品率低；另外该种无极板式燃料电池通过波浪形膜电极分割氧化剂与燃料，单电池组成电堆时，并不是串联结构，而是正极与正极相邻，负极与负极相邻，需要用专门的导线来错位串联，增加了电堆装配的难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种全通孔金属纤维烧结体燃料电池双极板及燃料电池堆，以解决上述现有技术存在的问题，采用金属纤维烧结体做流场板可以在流体扩散均匀，气体有效反应面积增加一倍，电池功率密度提高；金属纤维毡做电池堆的冷却通道，冷却效率提高，减小电池堆体积，提升电池堆体积功率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种全通孔金属纤维烧结体燃料电池双极板，包括导电分隔板和流场板，所述流场板设置于所述导电分隔板的一侧或两侧，所述流场板为由金属纤维烧结体制成的金属纤维烧结板，所述流场板与所述导电分隔板一体化烧结连接或焊接连接或胶接连接。

优选地，所述导电分隔板为平板状结构，所述导电分隔板的板厚为0.1mm-1mm。