專利名稱：帶濾膜的燃料電池雙極板及組裝的燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及燃料電池雙極板。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，電池內(nèi)部的水管理主要通過優(yōu)化流場形狀以促進(jìn)電池排水。專利號(hào) 為CN1622377A的專利技術(shù)涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池流場結(jié)構(gòu)，由網(wǎng)狀流場和折流條 構(gòu)成。折流條置于網(wǎng)狀流場內(nèi)部，使流體在局部通過網(wǎng)狀流場分布，而總體受交錯(cuò)分布的折 流條約束，從而減少流體短路現(xiàn)象。專利號(hào)為CN1822419A的專利技術(shù)涉及一種燃料電池蛇 形流場結(jié)構(gòu)，其出口設(shè)在流場板的中心位置，而入口則分別設(shè)在流場板的兩端。專利號(hào)為 CN101459M6A的專利技術(shù)涉及另一種流場結(jié)構(gòu)，在流場板上有呈正方形的流場區(qū)域，主體 則為葉脈形結(jié)構(gòu)。這些專利技術(shù)在理論上可以強(qiáng)化流體分配，有利于流場內(nèi)水的排出，但其 實(shí)際效果還有待驗(yàn)證，同時(shí)，由于流場形狀變得復(fù)雜，致使雙極板的制作工藝復(fù)雜，難于實(shí) 現(xiàn)商品化應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種帶濾膜的燃料電池雙極板及其制備方法，以及用 該雙極板組裝的可以優(yōu)化燃料電池水管理的燃料電池。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是帶濾 膜的燃料電池雙極板，包括由碳粉和樹脂的復(fù)合材料制成的雙極板，雙極板兩面分別分布 反應(yīng)氣體流道和冷卻水流道；其特征在于所述雙極板兩面分別分布的反應(yīng)氣體流道和冷卻 水流道具有相同的流道底部寬度和流道凸起寬度，反應(yīng)氣體流道底部和冷卻水流道底部向 對(duì)，在相對(duì)的反應(yīng)氣體流道底部和冷卻水流道底部設(shè)有濾膜，流道底部設(shè)有濾膜處，無碳粉 和樹脂的復(fù)合材料，即設(shè)濾膜處反應(yīng)氣體流道和冷卻水流道之間僅由濾膜相隔離，濾膜由 多個(gè)濾膜分兩段分散設(shè)置，一段從反應(yīng)氣入口至1/3反應(yīng)氣體流道長度處均勻布設(shè)，另一 段從1/2反應(yīng)氣體流道長度至出口段均勻布設(shè)。本實(shí)用新型所述的帶濾膜的燃料電池雙極板，其特征在于所述流道底底部均勻布 設(shè)的兩段濾膜，每段至少三個(gè)。本實(shí)用新型所述的帶濾膜的燃料電池雙極板，其特征在于所述濾膜為圓形或正方 形，同一流道內(nèi)的相鄰兩個(gè)濾膜間的中心間距為5 50mm。本實(shí)用新型所述的帶濾膜的燃料電池雙極板，其特征在于所述濾膜的上平面與流 道底部面平齊。本實(shí)用新型所述的帶濾膜的燃料電池雙極板，其特征在于所述濾膜的孔徑為1 20nmo本實(shí)用新型所述的帶濾膜的燃料電池雙極板的制備方法，包括將碳粉和樹脂的混 合料模壓成單極板，將單極板組合成雙極板，其特征在于所述將碳粉和樹脂的混合料模壓 成單極板的制備方法還包括以下步驟將預(yù)熱好的部分碳粉和樹脂的混合料充填到帶水流 場的半模具中，模具中在反應(yīng)氣流道從反應(yīng)氣入口至1/3反應(yīng)氣體流道長度處和從1/2反應(yīng)氣體流道長度至出口段預(yù)留放濾膜的通孔，即預(yù)留放濾膜的通孔處不充填碳粉和樹脂的 混合料，將剪裁好的濾膜按設(shè)計(jì)數(shù)量放置在預(yù)留放濾膜的通孔處，將預(yù)熱好的另一部分碳 粉和樹脂的混合料放入帶陰極反應(yīng)氣流場的半模具中，模具中在與帶水流場的半模具中預(yù) 留的放濾膜的通孔相對(duì)應(yīng)處，預(yù)留濾膜通孔，即預(yù)留的通孔處不充填碳粉和樹脂的混合料， 將兩個(gè)半模具壓合在一起，加熱到140°C并在IOMI^a下進(jìn)行真空模壓成型，保持20min，脫模 后即得帶濾膜的單極板。用帶濾膜的燃料電池雙極板組裝的燃料電池，包括由括陰極腔和陰極反應(yīng)氣體、 陽極腔和陽極反應(yīng)氣體、水腔和冷卻水以及在陰極腔和陽極腔之間的質(zhì)子交換膜組成的 質(zhì)子交換膜燃料電池，陰極腔和陽極腔反應(yīng)氣體的壓力為保持燃料電池運(yùn)行反應(yīng)所需的壓 力，其特征在于所述電池的陰、陽極腔的反應(yīng)氣體壓力均大于冷卻水腔的冷卻水壓。本實(shí)用新型所述的帶濾膜的燃料電池雙極板組裝的燃料電池，其特征在于所述帶 濾膜的燃料電池雙極板組裝的燃料電池中，反應(yīng)氣體濕度為20% 100%。本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)反應(yīng)氣流道內(nèi)的液態(tài)水可以通過濾膜到達(dá)燃料電池的冷卻水腔，使反應(yīng)氣流道內(nèi) 無液態(tài)水殘留，從而優(yōu)化電池內(nèi)部的水管理，提高電池運(yùn)行時(shí)的性能和穩(wěn)定性。本實(shí)用新型 尤其適用于進(jìn)行反應(yīng)氣體增濕操作的燃料電池。通過入口段的濾膜可以將反應(yīng)氣體中帶入 的多余液態(tài)水排除；而通過出口段的濾膜可以將燃料電池運(yùn)行過程中通過電化學(xué)反應(yīng)生成 的液態(tài)水排除。
本實(shí)用新型共有附圖3幅，其中圖1是本實(shí)用新型的雙極板的濾膜布局示意圖圖2是圖1的雙極板的A-A向斷面結(jié)構(gòu)示意圖圖3是圖1的雙極板的B-B向斷面結(jié)構(gòu)示意圖附圖中，1.流道凸起部分，2.濾膜，3.反應(yīng)氣入口，4.反應(yīng)氣出口，5.雙極板， 6.流道底部。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例是一根流道內(nèi)設(shè)有8個(gè)濾膜的雙極板，如附圖1-3所示。雙極板兩面的反 應(yīng)氣體流道和冷卻水流道具有相同的流道底部6寬度和流道凸起1寬度，反應(yīng)氣體流道底 部和冷卻水流道底部向?qū)?，在流道底?分兩段共設(shè)有8個(gè)均布的濾膜2，一段濾膜在從反 應(yīng)氣入口至1/3反應(yīng)氣體流道長度處均勻布設(shè)，共設(shè)3個(gè)濾膜，另一段從1/2反應(yīng)氣體流道 長度至出口段共設(shè)5個(gè)濾膜，均勻布設(shè)。流道底部6設(shè)有濾膜2處，無碳粉和樹脂的復(fù)合材 料，即設(shè)濾膜處反應(yīng)氣體流道和冷卻水流道之間僅由濾膜相隔離。濾膜2為正方形，相鄰 兩個(gè)濾膜間的中心間距為20mm，濾膜2的上平面與流道底部部6面平齊，濾膜2的孔徑為 IOnm0本實(shí)施例的制備方法是在IOOg碳粉中加入20g環(huán)氧樹脂，0. 5g脫模劑，混合后 預(yù)熱至80°C。將預(yù)熱好的部分混合料放入帶水流場和預(yù)留放濾膜的通孔半模具中，預(yù)留放 濾膜的通孔設(shè)在半模具的從反應(yīng)氣入口至1/3反應(yīng)氣體流道長度處和從1/2反應(yīng)氣體流道長度至出口段，將剪裁好的濾膜放在預(yù)留的放濾膜的通孔處，將預(yù)熱好的另一部分混合料 放入另一個(gè)帶反應(yīng)氣流場和預(yù)留放濾膜的通孔半模具中。帶反應(yīng)氣流場半模具中在與帶水 流場的半模具中預(yù)留的放濾膜的通孔相對(duì)應(yīng)處，預(yù)留濾膜通孔，然后，將兩個(gè)半模具壓合在 一起，加熱到140°C并在IOMPa下進(jìn)行真空模壓成型，保持20min。脫模后即得帶濾膜的板。 用本實(shí)施例的帶濾膜的燃料電池雙極板組裝的燃料電池，陰極腔的反應(yīng)氣體的壓 力保持在0. 08MPa。陽極腔的陽極反應(yīng)氣體的壓力保持在0. 08MPa，冷卻水腔的冷卻水壓為 0. 07MPa。這樣，可以保證冷卻水腔的液態(tài)水不會(huì)反流到反應(yīng)氣腔，從而保證燃料電池的高 效可靠運(yùn)行。
權(quán)利要求1.帶濾膜的燃料電池雙極板，包括由碳粉和樹脂的復(fù)合材料制成的雙極板，雙極板兩 面分別分布反應(yīng)氣體流道和冷卻水流道；其特征在于所述雙極板兩面分別分布的反應(yīng)氣體 流道和冷卻水流道具有相同的流道底部(6)寬度和流道凸(1)起寬度，反應(yīng)氣體流道底部 和冷卻水流道底部向?qū)?，在相?duì)的反應(yīng)氣體流道底部和冷卻水流道底部設(shè)有濾膜O)，流道 底部(6)設(shè)有濾膜處，無碳粉和樹脂的復(fù)合材料，即設(shè)濾膜處反應(yīng)氣體流道和冷卻水流道 之間僅由濾膜( 相隔離，濾膜O)由多個(gè)濾膜分兩段分散設(shè)置，一段從反應(yīng)氣入口(3)至 1/3反應(yīng)氣體流道長度處均勻布設(shè)，另一段從1/2反應(yīng)氣體流道長度至出口(4)段均勻布 設(shè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶濾膜的燃料電池雙極板，其特征在于所述流道底底部均勻 布設(shè)的兩段濾膜O)，每段至少三個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶濾膜的燃料電池雙極板，其特征在于所述濾膜( 為圓形 或正方形，同一流道內(nèi)的相鄰兩個(gè)濾膜間的中心間距為5 50mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶濾膜的燃料電池雙極板，其特征在于所述濾膜O)的上平 面與流道底部(6)面平齊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶濾膜的燃料電池雙極板，其特征在于所述濾膜O)的孔徑 為1 20nmo
6.用帶濾膜的燃料電池雙極板組裝的燃料電池，包括由括陰極腔和陰極反應(yīng)氣體、陽 極腔和陽極反應(yīng)氣體、水腔和冷卻水以及在陰極腔和陽極腔之間的質(zhì)子交換膜組成的質(zhì)子 交換膜燃料電池，陰極腔和陽極腔反應(yīng)氣體的壓力為保持燃料電池運(yùn)行反應(yīng)所需的壓力， 其特征在于所述電池的陰、陽極腔的反應(yīng)氣體壓力均大于冷卻水腔的冷卻水壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶濾膜的燃料電池雙極板組裝的燃料電池，其特征在于所述 帶濾膜的燃料電池雙極板組裝的燃料電池中，反應(yīng)氣體濕度為20% 100%。
專利摘要帶濾膜的燃料電池雙極板及組裝的燃料電池，雙極板主體為碳粉和樹脂的復(fù)合材料，雙極板兩側(cè)分別分布反應(yīng)氣體流道和冷卻水流道，在流道底部設(shè)有液態(tài)水通過的濾膜。由本實(shí)用新型的雙極板組裝的燃料電池的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)氣流道內(nèi)的液態(tài)水可以通過濾膜到達(dá)燃料電池的冷卻水腔，使反應(yīng)氣流道內(nèi)無液態(tài)水殘留，從而優(yōu)化電池內(nèi)部的水管理，提高電池運(yùn)行時(shí)的性能和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01M8/02GK201829567SQ20102015544
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者付宇, 侯中軍, 劉常福, 明平文 申請(qǐng)人:新源動(dòng)力股份有限公司