一种燃料电池电堆用的极板制造技术

本发明专利技术提出了一种燃料电池电堆用的极板，所述极板由阳极板和阴极板组成，所述极板的左上部设有氢气进口，所述极板的右下部设有氢气出口，所述极板的左下部设有若干个冷却液进口，所述极板的右上部设有若干个冷却液出口，所述极板的下部设有若干个空气进口，所述极板的上部设有若干个空气出口；采用空气和氢气对向流动、增加出入口的氢气和空气的交叉流动宽度和较少氢气和空气流道壁的重叠面积有利于提升氢气和空气的自增湿，提升单电池内部的自增湿效果，提升MEA的含水量均匀性等，提升电堆性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池电堆用的极板


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别涉及一种燃料电池电堆用的极板。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种能够将燃料化学能直接转化成电能的绿色能量转化装置，在运输车辆、船舶、发电设备等领域具有广泛的应用。燃料电池电堆是燃料电池行业的核心技术部件。燃料电池电堆由双极板、膜电极组件（MEA）、集流板等部件组成，双极板是PEMFC的关键组成部分，是占据电池硬件部分的主体，不仅具有机械支撑膜电极、隔离和分布反应物、收集并传导电流的功能，并且是整个电池系统的散热功能和排水功能的实现载体，优秀的电堆极板结构设计是充分发挥MEA性能和提升电堆输出性能的关键技术。
[0003]极板材质一般分为石墨、金属和复合材质等，其中石墨双极板属于主流材质，具有技术成熟、成本低、寿命长、性能高等优势，因而应用最广，是大多数燃料电池电堆的极板材质。
[0004]目前在电堆输出功率越来越大的趋势下，为提高燃料电池输出功率，燃料电池双极板有效反应面积增大和电流密度增大，电堆内部的气流分布均匀性下降、电堆湿度分布均匀性和MEA的质子交换膜含水量的均匀性下降、阳极的排水难度增加和电堆内部的温度均匀性降低，而导致电堆性能提升困难，优秀的极板结构设计是有效克服这些问题的关键。
[0005]目前电堆极板的主流整体结构布局有空气和氢气同向流动和逆向流动等。空气和氢气同向流动结构导致在气体的进口端气流过大而湿度过低，电堆性能偏低，需要更高效率的外增湿装置，在电堆的气体出口端湿度过高而气流过小，排水困难，需要更高的排水结构设计。空气和氢气逆向流动无法存在无法消除的局部湿度过高和湿度过低的区域，同时由于整体布局结构原因，电堆氢气和空气两侧的压力差过大而影响电堆的寿命等问题。
[0006]目前电堆极板承担气体的作用，需要设计复杂的分配结构和支撑结构，而导致常规版型的电堆极板的利用偏低，而导致电堆的功率密度偏低，导流区结构与反应流道区的气体流道形式不同而导致CCM的催化剂、质子交换膜等的损伤。同时在电堆导流区需要根据设计工况优化设计而导致设计和实际使用GDL的测试阶段性能偏差较大和后期修改困难。
[0007]目前电堆极板的氢气侧的流道采用同截面宽度的设计而导致在极板氢气流场的出口端由于氢气消耗减少同时渗透水含量上升而导致电堆的氢气侧排水困难。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种燃料电池电堆用的极板，以克服现有技术中的不足。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本申请公开了一种燃料电池电堆用的极板，所述极板由阳极板和阴极板组成，所述极板的左上部设有氢气进口，所述极板的右下部设有氢气出口，所述极板的左下部设有若干个冷却液进口，所述极板的右上部设有若干个冷却液出口，所述极板的下部设有若干个空气进口，所述极板的上部设有若干个空气出口；所述阳极板包括氢气侧面和冷却侧面，
所述氢气侧面的中部设有氢气流场，所述氢气流场的进口端与氢气进口相连接，所述氢气流场的出口端与氢气出口相连接，所述氢气流场的流道覆盖范围大于电堆MEA的反应活性区范围；所述冷却侧面的中部设有冷却流场，所述冷却流场的进口端与冷却液进口相连接，所述冷却流场的出口端与冷却液出口相连接，所述冷却流场的流道覆盖范围不小于MEA的活性反应区域；所述阴极板包括连接面和空气侧面，所述连接面采用便于与冷却侧面配合组装的平板结构；所述空气侧面的中部设有空气流场，所述空气流场的进口端与空气进口相连接，所述空气流场的出口端与空气出口相连接，所述空气流场的流道方向与氢气流场的流道方向相互垂直。
[0010]作为优选，所述阳极板上设有氢气进口过桥区和氢气出口过桥区，所述氢气进口过桥区和氢气出口过桥区采用斜向流道设计，所述氢气进口过桥区位于氢气进口与氢气流场的进口端之间，所述氢气进口的中部所在高度不低于氢气进口过桥区的进口所在高度，所述氢气进口的底部所在高度必须低于氢气进口过桥区的进口所在高度，所述氢气进口过桥区的出口所在高度不低于氢气流场的进口端的所在高度，所述氢气出口过桥区位于氢气出口与氢气流场的出口端之间，所述氢气出口过桥区的进口所在高度不高于氢气流场的出口端的所在高度，所述氢气出口的所在高度低于氢气出口过桥区的出口所在高度。
[0011]作为优选，所述氢气流场采用由若干个氢气流道首尾相连组成的蛇形流道，所述氢气流道为为相互平行的直流道设计，所述氢气流道的周期为1.2~2.0mm，所述氢气流场从进口到出口，相邻的氢气流道之间的宽度或周期逐次减小20~30%。
[0012]作为优选，所述冷却液进口最高点所在高度不高于冷却流场最高点的所在高度，冷却出口最高点的所在高度必须高于冷却流场最高点的所在高度。
[0013]作为优选，所述冷却流场由圆弧形导流壁和直流道区域组成，所述直流道区域的两侧设有圆弧形导流壁，所述圆弧形导流壁的另一侧分别与冷却液进口、冷却液出口相连接，所述直流道区域的直流道长度采用上下两端最长，中间逐渐变短的渐变式结构，所述圆弧形导流壁包括主导流壁和次导流壁，所述主导流壁与直流道区域的直流道连接为一体，所述次导流壁位于主导流壁之间，所述次导流壁与直流道区域之间有缺口区。
[0014]作为优选，所述阳极板上设有若干个空气过桥区，所述空气过桥区分别位于空气进口与空气流场的进口端之间和空气出口与空气流场的出口端之间，所述空气过桥区采用直流道结构设计，所述空气流场采用波浪形流道，所述空气进口、空气出口的宽度大于空气过桥区的宽度，所述空气过桥区的宽度不小于空气流场的宽度，所述空气过桥区与空气流场的进出口之间设有贯通的横向设计的空气均匀分配槽。
[0015]作为优选，所述阴极板的边缘设计有宽度为0.1~0.5mm的定位缺口槽。
[0016]本专利技术的有益效果：1、采用空气和氢气对向流动、增加出入口的氢气和空气的交叉流动宽度和较少氢气和空气流道壁的重叠面积有利于提升氢气和空气的自增湿，提升单电池内部的自增湿效果，提升MEA的含水量均匀性等，提升电堆性能；2、极板采用小长宽比例的整体布置，有利提升叠堆后电堆的刚度，提升叠堆的数量和抗振动性能，同时降低空气的压降而降低BOP的寄生功耗；3、采用氢气和空气流道垂直布置，提升流道壁对于MEA的支撑强度，降低单电池内部的接触电阻，并且减小氢气和空气流道壁的重叠面积，空气采用波浪形流道，氢气和空气
吹扫的区域，提升排水效果和大电流下的电堆性能；4、采用大宽度、全面覆盖的空气主进出口，使用主进出口、过桥区、流场进口和流道区域等覆盖范围逐渐减小和配合外部的分配歧管，可以有效提升空气气流分配均匀性，同时取消空气导流区，降低设计和生产难度，提升极板利用率；5、氢气流场采用分段变截面宽度的蛇形平行流道，适应氢气消耗的氢气气流流速下降问题，提升排水效果和自增湿效果；6、冷却流场采用通过采用导流壁和直流道结构，采用直流道长度的规律变化，有效控制冷却液分配适应单电池芯部发热量大的情况，同时采用整体上冷却液与空气同向流动，适应反应热的产生规律，提升单电池内部的温度分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电堆用的极板，其特征在于：所述极板由阳极板和阴极板组成，所述极板的左上部设有氢气进口，所述极板的右下部设有氢气出口，所述极板的左下部设有若干个冷却液进口，所述极板的右上部设有若干个冷却液出口，所述极板的下部设有若干个空气进口，所述极板的上部设有若干个空气出口；所述阳极板包括氢气侧面和冷却侧面，所述氢气侧面的中部设有氢气流场，所述氢气流场的进口端与氢气进口相连接，所述氢气流场的出口端与氢气出口相连接，所述氢气流场的流道覆盖范围大于电堆MEA的反应活性区范围；所述冷却侧面的中部设有冷却流场，所述冷却流场的进口端与冷却液进口相连接，所述冷却流场的出口端与冷却液出口相连接，所述冷却流场的流道覆盖范围不小于MEA的活性反应区域；所述阴极板包括连接面和空气侧面，所述连接面采用便于与冷却侧面配合组装的平板结构；所述空气侧面的中部设有空气流场，所述空气流场的进口端与空气进口相连接，所述空气流场的出口端与空气出口相连接，所述空气流场的流道方向与氢气流场的流道方向相互垂直。2.如权利要求1所述的一种燃料电池电堆用的极板，其特征在于：所述阳极板上设有氢气进口过桥区和氢气出口过桥区，所述氢气进口过桥区和氢气出口过桥区采用斜向流道设计，所述氢气进口过桥区位于氢气进口与氢气流场的进口端之间，所述氢气进口的中部所在高度不低于氢气进口过桥区的进口所在高度，所述氢气进口的底部所在高度必须低于氢气进口过桥区的进口所在高度，所述氢气进口过桥区的出口所在高度不低于氢气流场的进口端的所在高度，所述氢气出口过桥区位于氢气出口与氢气流场的出口端之间，所述氢气出口过桥区的进口所在高度不高于氢气流场的出口端的所在高度，所述氢气出口的所在高度低于氢气出口过...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鸿波，郭志阳，陆建山，刘志洋，张华良，
申请(专利权)人：金华氢途科技有限公司，
类型：发明
国别省市：