專利名稱：質子交換膜燃料電池的新型導流板的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種質子交換膜燃料電池的導流板，屬于燃料電池技術領域。
背景技術：
質子交換膜燃料電池是一種能將氫和氧的化學能通過電極反應直接轉化成電能的裝置。一個質子交換燃料電池組由若干個電池單體組成，各個電池單體主要由膜電極(陰極和陽極)、密封圈和帶有導氣通道的導流板組成。其中，膜電極是指質子交換膜和其兩側各一片多孔氣體擴散電極組成的陽、陰極和電解質的復合體，可細分為如下五部分陽極擴散層、陽極催化劑層、質子交換膜、陰極催化劑層和陰極擴散層。導流板由于其兩側均刻有導氣通道，因而也稱為雙極板。質子交換膜燃料電池的工作方式如下燃料和氧化劑通過雙極板上的導氣通道分別到達電池的陽極和陰極，燃料和氧化劑通過電極上的擴散層到達質子交換膜。在膜的陽極一側，燃料在陽極催化劑的作用下解離出氫離子(質子)和帶負電的電子，氫離子以水合質子H+(xH2O)的形式通過遷移穿過質子交換膜，到達陰極，實現(xiàn)質子導電。陰極氧化劑與通過質子交換膜傳遞過來的質子和通過外電路傳導過來的電子發(fā)生復合反應生成水，同時產(chǎn)生電能對外作功。
質子交換膜燃料電池在燃料電池中雖然屬于低溫型電池(＜100℃)，但其工作溫度仍高于環(huán)境溫度，應維持在80100℃之間，否則各種極化都將增強，造成電池性能惡化。另一方面，考慮到燃料電池的實際工作效率，質子交換膜燃料電池產(chǎn)生的能量中仍有40％～50％是熱能，因此為了維持電池的工作溫度穩(wěn)定須采取適當措施對電池進行冷卻。
目前，國內外通常采用的排熱方法有如下幾種一是冷卻劑循環(huán)通過電池組排熱通道而排熱；二是電池內置親水多孔貯水元件使水向反應氣中蒸發(fā)的排熱方法；三是空氣通過各單電池間排熱流道或空氣通過電池周邊翅片的排熱方法；四是采用蒸發(fā)冷卻自循環(huán)的方法。上述第一種方法為以動力驅動使冷卻劑在各單電池的排熱孔道內流動而將電池熱量排出的方法。第二種方法系在電池組裝中將三合一電極與雙極板間插入一片可導電的透液板與一片多孔透氣疏水板。當電池運行時，透液板中充滿水。反應氣體在電池溫度升高時，可由來自透液板而通過多孔透氣疏水板的水蒸汽所飽和。該飽和蒸汽被送至散熱翅片上進行冷凝。冷凝水重新由泵循環(huán)返回電池組內。第三種方法系在電池組內加一片導熱翅片，電池內熱量由空氣從電池內通道引導至電池組外圍以排熱。第四種方法系利用外加冷卻劑在電池組的排熱板中吸收熱量，從上部蒸發(fā)到電池組體外的導管或容器，與環(huán)境進行熱交換并冷凝，再借助其自身重力實現(xiàn)冷卻劑的回輸。以上這些方法存在著如下一些缺陷(1)冷卻劑循環(huán)排熱法和電池內置親水多孔貯水元件使水向反應氣中蒸發(fā)的排熱法都需要動力驅動裝置，并且很難有效地將電池工作溫度自動控制在最佳。此外，第二種方法還需在電池內組裝可導電透液板與多孔透氣疏水板，使電池內結構復雜化。
(2)第三種導熱周邊排熱方法無法有效排除大功率電池組的熱量，致使電池工作溫度無法穩(wěn)定，影響電池工作性能。
(3)第四種蒸發(fā)排熱方法需調配一定沸點的冷卻劑；需要一個蒸發(fā)循環(huán)回路；電堆放置方式受到一定的制約。
實用新型內容本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種能有效地將電池工作溫度控制在最佳點，能實現(xiàn)冷卻劑的無泵或無動力循環(huán)，使電池組排熱裝置得以簡化，冷卻劑無需特別調配，電堆可任意放置，運行安全可靠的質子交換膜燃料電池的新型導流板。
本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)質子交換膜燃料電池新型導流板的表面有導流槽和與之相通的導流孔，還有定位連接孔，改進之處是導流板的一側設有一端伸入板的內部一端露出板外的熱管，熱管內注有傳熱工質。
上述熱管的外露部分長度占總長的5～20％，熱管直徑2～5mm。所述傳熱工質為純凈水、甲醇、乙醇中的一種。對于石墨制導流板，所述熱管為插入板內的金屬管，插入段表面涂有導熱膠。對于金屬制導流板，所述熱管與導流板作成一體，熱管的腔體為任意形狀。
采用以上技術方案，通過運用熱管技術，不斷將電池內熱量排出電池外，因此，確保了電池工作溫度有效地自動控制在最佳點。本實用新型簡化了電池組排熱裝置，冷卻劑無需特意調制，便利了電堆的放置，增強了電堆運行的安全可靠性。此外，當電堆內溫度低于最佳工作溫度時，可通過加熱熱管裸露于電池外的那一端，確保電堆處于最佳工作溫度運行狀態(tài)。
以下結合附圖及實施例，對本實用新型作進一步說明。


圖1為本實用新型結構示意圖；圖2為石墨制導流板內部結構示意圖；圖3為金屬制導流板內部結構示意圖。
具體實施方式
參照附圖，新型導流板1的正面和背面均有導流槽2和與之相通的導流孔3，并有定位連接孔4。導流板的一側設有一端伸入板內一端露出板外的熱管5。
實施例1采用石墨導流板6，熱管5是插入板內的鋼管，配合公差為H9/h9，插入段表面涂有導熱膠。鋼管直徑3mm，插入段長100mm，露出段長20mm，鋼管內充裝0.2mg的乙醇和0.3ml不凝性氣體。由包含該導流板的單電池組成的電池組以額定功率160W運行時，熱管的插入段受熱，其毛細芯中的液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小壓差下流向熱管的露出段，放出熱量凝結成液體，凝結液再靠毛細力的作用流回插入段，如此循環(huán)往復，把電池組內的廢熱排出，無需人工調節(jié)，可將電池組內各單電池間溫度精確控制在溫差小于±2℃。
實施例2與實施例1不同的是采用鋼制導流板7，熱管5與導流板作成一體，其腔體為圓形直管，也可為其它形狀。熱管內充裝0.1mg的水和0.3ml不凝性氣體。當電池組以額定功率160W運行時，各單電池間溫度精確控制在溫差小于±1℃。
權利要求1.一種質子交換膜燃料電池的新型導流板，表面有導流槽和與之相通的導流孔，還有定位連接孔，其特征是導流板的一側設有一端伸入板的內部一端露出板外的熱管，熱管內注有傳熱工質。
2.按權利要求1所述的質子交換膜燃料電池的新型導流板，其特征是熱管的外露部分長度占總長的5～20％，熱管直徑2～5mm。
3.按權利要求1所述的質子交換膜燃料電池的新型導流板，其特征是所述傳熱工質為純凈水、甲醇、乙醇中的一種。
4.按權利要求1所述的質子交換膜燃料電池的新型導流板，其特征是對于石墨制導流板，所述熱管為插入板內的金屬管，插入段表面涂有導熱膠。
5.按權利要求1所述的質子交換膜燃料電池的新型導流板，其特征是對于金屬制導流板，所述熱管與導流板作成一體。
6.按權利要求5所述的質子交換膜燃料電池的新型導流板，其特征是熱管的腔體為任意形狀。
專利摘要本實用新型涉及一種質子交換膜燃料電池的新型導流板，應用熱管技術將電池內熱量自動排出電池外。對于石墨制導流板，在其側面插入外徑為直徑2～5mm的熱管，露出段占總長5～20％；對于金屬制導流板，將熱管和導流板做成一體。與現(xiàn)有的技術相比，本實用新型具有可將電池工作溫度有效地自動控制在最佳點，簡化電池組排熱裝置，冷卻劑無需特意調制，便利電堆的放置，增強電堆運行的安全可靠性等優(yōu)點。
文檔編號H01M8/02GK2648614SQ0327830
公開日2004年10月13日 申請日期2003年9月4日 優(yōu)先權日2003年9月4日
發(fā)明者佘沛亮, 孫延先, 胡信國, 陳懷林, 楊善基 申請人:江蘇雙登電源有限公司