一种具有内增湿结构的燃料电池双极板及电堆制造技术

本发明专利技术属于燃料电池技术领域，具体涉及一种具有内增湿结构的燃料电池双极板及电堆。本发明专利技术具有内增湿结构的燃料电池双极板，包括阳极板和阴极板，所述阳极板设置有阳极流道，所述阴极板设置有阴极流道，两个极板的背面相对组成所述双极板，之间形成双极板冷却液流道，所述阳极板和阴极板的氢气出入口设置在极板的左右两侧，极板空气入口和极板空气出口设置在极板的上下两端或左右两端，所述阳极板和阴极板的下端设置有若干极板空气增湿口。本发明专利技术通过在极板下部增加若干空气增湿口，并配合前后端板、前后取电板等零部件的相关结构，在电堆内形成自增湿循环，能够解决外部增湿器不适宜在低温环境下使用的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种具有内增湿结构的燃料电池双极板及电堆
本专利技术属于燃料电池
，具体涉及到一种具有内增湿结构的燃料电池双极板及电堆。
技术介绍
质子交换膜燃料电池普遍采用固体聚合物电解质膜，质子在膜中以水合的形式从阳极传递到阴极，水就是质子传导的载体。故质子交换膜中水含量的多少，直接影响膜的质子传导率，进而对燃料电池的性能产生极大的影响。质子交换膜燃料电池增湿技术主要包括外增湿和自增湿两种方式。市场上成熟的燃料电池发电系统通常采用电堆外置辅助增湿系统来对电堆的反应气进行增湿，从而保证反应电堆中的质子交换膜(PEM)有充足的水分。例如在阴极侧增加膜管增湿器，利用湿度较高的气体与进气间的浓度差，扩散渗透达到进气增湿的目的。但膜管增湿器增加了燃料电池系统的复杂性和空间结构，尤其是高功率发电系统进气量大，就需要配置大体积的膜管增湿器。此外，膜管增湿器还存在因冷凝液态水而不能适应低温环境的缺点。燃料电池自增湿技术的研究主要集中在流场结构和膜电极的设计，依靠流场的特殊设计以及对气体扩散层、催化剂、质子交换膜的材料改性、匹配优化，实现电堆的自增湿和保水能力。通过改性的内增湿技术若匹配不好，将导致燃料电池膜电极和流场内部出现积水现象，阻碍正常反应，即电堆“水淹”的现象，使设备性能下降。且此方式的增湿能力有限，尤其高电流密度时，自增湿的量并不能满足质子传导的需求。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种具有内增湿结构的燃料电池双极板及电堆。本专利技术通过在极板下端增设一排空气增湿口，并配合前后端板、前后取电板等零部件的相关结构，在电堆内形成自增湿循环，能够解决外部增湿器不适宜在低温环境下使用的问题，既可以满足电堆高电流密度下正常工作需求，又能够降低电堆结构、系统控制和加工的复杂程度。为解决现有技术的不足，本专利技术采用以下技术方案：一种具有内增湿结构的燃料电池双极板，包括阳极板和阴极板，所述阳极板设置有阳极流道，所述阴极板设置有阴极流道，两个极板的背面相对组成所述双极板，之间形成双极板冷却液流道，所述阳极板和阴极板的氢气出入口设置在极板的左右两侧，极板空气入口和极板空气出口设置在极板的上下两端或左右两端，所述阳极板和阴极板的下端设置有若干极板空气增湿口。一种具有内增湿结构的燃料电池电堆，包括前端板、后端板、前取电板、后取电板及所述的双极板，所述前端板上设置有前端板空气入口和前端板空气出口，所述前取电板上设置有前取电板空气增湿口和前取电板空气出口；所述前端板空气入口与前取电板空气增湿口、极板空气增湿口相连通，所述前端板空气出口与前取电板空气出口、极板空气出口相连通；所述后取电板上设置有后取电板空气增湿口和后取电板空气入口，所述后取电板空气增湿口与极板空气增湿口相连通；所述后取电板空气入口与极板空气入口相连通；所述后端板内侧设置有连通后取电板空气增湿口和后取电板空气入口的空气改向槽；所述前端板或后端板上至少设有一个端板增湿口，用于将增湿用水注入或排出。所述前端板上设置有前端板空气增湿口，所述前端板空气增湿口在高度方向与极板空气增湿口对应。所述前端板上设置有后端板空气增湿口，所述后端板空气增湿口在高度方向与极板空气增湿口对应。所述前端板上设置有空气分配槽，所述空气分配槽的设置位置与极板空气增湿口对应，介于前端板空气入口、前端板空气增湿口和前取电板空气增湿口之间，用于将进入端板的空气和增湿用水进行混合与分配。所述空气改向槽与串联的极板空气增湿口及极板空气入口垂直设置。所述端板增湿口与一个或多个增湿控制器相连接，所述增湿控制器能够根据极板空气增湿口中蓄水池的液位或电堆实际运行情况，判断是否将增湿用水导入或排出电堆。所述蓄水池是电堆中多个极板串联后在极板空气增湿口处形成的通道。所述增湿用水的导入通过水路增压设备或气路负压设备实现，所述水路增压设备或气路负压设备与增湿控制器相连接。所述导入电堆的增湿用水来自前端板空气出口排出的多余的反应生成水，或来自于整个电堆之外。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术通过在极板下部增加若干空气增湿口，并配合前后端板、前后取电板等零部件的相关结构，使空气可在电堆内部进行增湿。这种方案的优点有：1、不借助外部增湿器，在电堆内形成增湿循环，即可满足电堆高电流密度下正常工作需求，又能够降低电堆结构、系统控制和加工复杂程度，节约成本。2、内部增湿结构能够解决外部增湿器不适宜在低温环境下使用的问题。3、可以借助电堆自身反应生成的水对后续反应使用的空气进行增湿，而并非像传统电堆那样，使用时将反应产生的水从电堆空气出口直接排出，能够实现水在电堆系统内部的循环利用，减少浪费。附图说明图1是本专利技术实施例1电堆的结构示意图。其中，省略了部分外附件和膜电极组件等。此外，电堆内部结构均用剖面表示，外部管路、控制器等均用实体表示。图2是本专利技术实施例1阳极板的结构示意图。其中，省略了中间流道部分的结构。视图方向对应图1中从左向右看。图3是本专利技术实施例2电堆的结构示意图。其中，省略了部分外附件和膜电极组件等。此外，电堆内部结构均用剖面表示，外部管路、控制器等均用实体表示。图4是本专利技术实施例2阳极板的结构示意图。其中，省略了中间流道部分的结构。视图方向对应图3中从左向右看。图5是本专利技术实施例3阳极板的结构示意图。其中，省略了中间流道部分的结构。图6是本专利技术实例3中前端板的靠近极板一侧的结构示意图。该视图的方向与图5视图的方向是相反的。图7是本专利技术实例3中后端板的靠近极板一侧的结构示意图。该视图的方向与图5视图的方向是相同的。图8是本专利技术实例3中电堆的主视图。其中，省略了外附件等结构。该视图的方向与图5视图的方向是相同的。图9是图8中电堆A-A方向的剖视图。其中，省略了部分外附件和膜电极组件等。此外，电堆内部结构均用剖面表示，外部管路、控制器等均用实体表示。图10是图8中电堆B-B方向的剖视图。其中，省略了部分外附件和膜电极组件等。此外，电堆内部结构均用剖面表示，外部管路、控制器等均用实体表示。图11是图8中电堆C-C方向的剖视图。其中，省略了部分外附件和膜电极组件等。此外，电堆内部结构均用剖面表示，外部管路、控制器等均用实体表示。图12是图8中电堆D-D方向的剖视图。其中，省略了部分外附件和膜电极组件等。此外，电堆内部结构均用剖面表示，外部管路、控制器等均用实体表示。附图标记说明：1-阳极板；2-阴极板；3-前端板；4-后端板；5-前取电板；6-后取电板；7-增湿控制器；8-水路增压设备；9-气路负压设备；101-氢气入口；102-氢气出口；103-极板空气入口；104-极板空气出口；105-冷却液入口；106-冷却液出口；107-活性区域；108-极板空气增湿口；301-前端板空气入口；302-前端板空气出口；303-前端板空气增湿口；304-空气分配槽；401-后端板空气增湿口；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有内增湿结构的燃料电池双极板，包括阳极板（1）和阴极板（2），所述阳极板（1）设置有阳极流道，所述阴极板（2）设置有阴极流道，两个极板的背面相对组成所述双极板，之间形成双极板冷却液流道，其特征在于，所述阳极板（1）和阴极板（2）的左右两侧设置有氢气出入口，极板的上下两端或左右两侧设置有极板空气入口（103）和极板空气出口（104），所述阳极板（1）和阴极板（2）的下端设置有若干极板空气增湿口（108）。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有内增湿结构的燃料电池双极板，包括阳极板（1）和阴极板（2），所述阳极板（1）设置有阳极流道，所述阴极板（2）设置有阴极流道，两个极板的背面相对组成所述双极板，之间形成双极板冷却液流道，其特征在于，所述阳极板（1）和阴极板（2）的左右两侧设置有氢气出入口，极板的上下两端或左右两侧设置有极板空气入口（103）和极板空气出口（104），所述阳极板（1）和阴极板（2）的下端设置有若干极板空气增湿口（108）。


2.一种具有内增湿结构的燃料电池电堆，其特征在于，包括前端板（3）、后端板（4）、前取电板（5）、后取电板（6）及权利要求1所述的双极板，所述前端板（3）上设置有前端板空气入口（301）和前端板空气出口（302），所述前取电板（5）上设置有前取电板空气增湿口（501）和前取电板空气出口（502）；
所述前端板空气入口（301）与前取电板空气增湿口（501）、极板空气增湿口（108）相连通，所述前端板空气出口（302）与前取电板空气出口（502）、极板空气出口（104）相连通；
所述后取电板（6）上设置有后取电板空气增湿口（601）和后取电板空气入口（602），所述后取电板空气增湿口（601）与极板空气增湿口（108）相连通；所述后取电板空气入口（602）与极板空气入口（103）相连通；
所述后端板（4）内侧设置有连通后取电板空气增湿口（601）和后取电板空气入口（602）的空气改向槽（402）；
所述前端板（3）或后端板（4）上至少设有一个端板增湿口，用于将增湿用水注入或排出。


3.根据权利要求2所述的具有内增湿结构的燃料电池电堆，其特征在于，所述前端板（3）上设置有前端板空气增湿口（303），所述前端板空气增湿口（303）在高度方向与极板空气增湿口（108）对应。...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢祖成，张义煌，陆濛洲，蒋利娟，易沙，
申请(专利权)人：无锡威孚高科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32