一種燃料電池網(wǎng)狀支撐雙極板及其組成的電堆的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于燃料電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是一種燃料電池網(wǎng)狀支撐雙極板及其組成的電堆；所述雙極板包括陰極板（1）和陽極板（2），雙極板分為反應(yīng)區(qū)域（4）和非反應(yīng)區(qū)域（3），非反應(yīng)區(qū)域設(shè)有上下貫通的三進三出孔，雙極板上的反應(yīng)區(qū)域（4）設(shè)有氣體流道，陽極板上的燃料進出孔（陰極板上的氧化劑進出孔）通過流道（8）連接反應(yīng)區(qū)域并與氣體流道連通，流道內(nèi)設(shè)有填充塊（9）；本發(fā)明優(yōu)點在于，采用多孔透氣材料作為填充塊，在氣體進出口與反應(yīng)區(qū)之間的進出氣流道區(qū)域給MEA外框提供強度支持，使得MEA外框兩面受力均衡，不會發(fā)生因MEA外框塌陷使進、出氣處流道堵塞，最終有可能導(dǎo)致MEA損壞。
【專利說明】一種燃料電池網(wǎng)狀支撐雙極板及其組成的電堆
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于燃料電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是一種燃料電池網(wǎng)狀支撐雙極板及其組成的電堆。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是一種將氫和氧的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。燃料電池通常由多個電池單元構(gòu)成，每個電池單元包括兩個電極(陽極和陰極)，該兩個電極被電解質(zhì)元件隔開，并且彼此串聯(lián)地組裝，形成燃料電池堆。通過給每個電極供給適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)物，即給一個電極供給燃料而另一個供給氧化劑，實現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)，從而在電極之間形成電位差,并且因此產(chǎn)生電能。
[0003]為了給每個電極供給反應(yīng)物，使用通常稱為“雙極板”并且設(shè)置在每個單個電池的兩側(cè)的特定界面元件。這些雙極板通常是鄰近陽極或陰極支撐體放置的單個元件的形式。雙極板是燃料電池組的重要元件。燃料電池堆在運行過程中，雙極板執(zhí)行如下功能以維持燃料電池堆的最佳工作狀態(tài)以及使用壽命:(1)電池導(dǎo)電體，極板兩側(cè)分別形成陰極陽極，將一個個電池單元串聯(lián)以組成燃料電池堆；(2 )通過流道向電極提供反應(yīng)氣(傳質(zhì))；(3 )協(xié)調(diào)水與熱的管理，防止冷卻介質(zhì)及反應(yīng)氣體外漏；(4)向膜電極組件(MEA)提供結(jié)構(gòu)強度支持。
[0004]雙極板上一般設(shè)有三進三出孔，六個孔均通過進、出流體流道與雙極板中間反應(yīng)區(qū)域的氣體流道連通，氣體進入電堆后由進、出流體流道引導(dǎo)進入流體在MEA表面發(fā)生反應(yīng)。MEA是將電極熱壓在質(zhì)子交換膜上，催化劑嵌入在他們之間組成，膜的厚度小于0.1mm,常用的辦法是在膜的兩側(cè)粘接0.1mm左右的加強材料。一般極板表面上的流體進出口流道寬度較寬，因此膜在進出口流道處無支撐，受極板上密封墊的回彈力作用，流道進出口處的膜容易產(chǎn)生塌陷，，造成進出氣流道堵塞，增加壓降，通氣量不夠等，殃及MEA和電堆，引發(fā)電堆產(chǎn)生故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明設(shè)計一種MEA外框表面不會塌陷且流道進出口不堵塞的燃料電池支撐雙極板。
[0006]一種燃料電池網(wǎng)狀支撐雙極板，所述雙極板包括陰極板(I)和陽極板(2)，其特征在于，所述雙極板分為反應(yīng)區(qū)域(4)和非反應(yīng)區(qū)域(3)，所述雙極板上的非反應(yīng)區(qū)域設(shè)有上下貫通的燃料進出孔、氧化劑進出孔和冷卻劑進出孔，所述雙極板上的反應(yīng)區(qū)域(4)設(shè)有氣體流道，所述陽極板上的燃料進出孔通過流道(8)連接反應(yīng)區(qū)域并與氣體流道連通，所述陰極板上的氧化劑進出孔通過流道連接反應(yīng)區(qū)域并與氣體流道連通，所述流道內(nèi)設(shè)有填充塊
(9)，所述填充塊與流道等寬等長，所述填充塊高度不小于流道深度。
[0007]所述流道寬度小于所述燃料進出孔或氧化劑進出孔直徑，大于所述反應(yīng)區(qū)域氣體流道道寬。[0008]所述流道深度不小于所述反應(yīng)區(qū)域氣體流道深度。
[0009]所述填充塊(9 )采用多孔材料，包括但不限于泡沫鎳、泡沫鋁或者泡沫塑料。
[0010]所述填充塊與所述流道粘貼或鑲嵌連接。
[0011]所述陰極板和陽極板為一體化設(shè)計或分開設(shè)計后粘合在一起。
[0012]一種燃料電池網(wǎng)狀支撐雙極板組成的電堆，其特征在于，兩片所述雙極板之間設(shè)有一層MEA組件構(gòu)成一組燃料電池單元，所述MEA和雙極板之間夾設(shè)一層GDL，多個所述燃料電池單元構(gòu)成一個燃料電池電堆。
[0013]本發(fā)明優(yōu)點在于，采用多孔透氣材料作為填充塊，在不影響氣體進入流道反應(yīng)的流量和流速的同時，在氣體進出口與反應(yīng)區(qū)之間的進出氣流道區(qū)域給MEA外框提供強度支持，使得MEA外框兩面受力均衡，不會發(fā)生因MEA外框塌陷使進、出氣處流道堵塞，影響氣體流量及壓降，導(dǎo)致輸出電壓下降，最終有可能導(dǎo)致MEA損壞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的極板示意圖 圖2為本發(fā)明的極板平面示意圖 圖3為圖2中的A-A剖視圖
圖4為本發(fā)明的燃料電池單元結(jié)構(gòu)圖
參見圖1，I為陰極板，2為陽極板，3為非反應(yīng)區(qū)域，4為反應(yīng)區(qū)域，5-1為燃料進孔，5-2為燃料出孔，6-1為氧化劑進孔，6-2為氧化劑出孔，7-1為冷卻劑進孔，7-2為冷卻劑出孔，8為流道，9為填充塊；
參見圖4,1為陰極板,2為陽極板，10為MEA, 11為⑶L。
【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明做進一步說明。
[0016]參見圖1、圖2和圖3，本發(fā)明的雙極板包括陰極板I和陽極板2，雙極板分為反應(yīng)區(qū)域4和非反應(yīng)區(qū)域3。其中，在雙極板的非反應(yīng)區(qū)域3設(shè)有上下貫通的燃料進孔5-1、燃料出孔5-2，氧化劑進孔6-1、氧化劑出孔6-2和冷卻劑進孔7-1、冷卻劑出孔7_2，在雙極板反應(yīng)區(qū)域4內(nèi)可設(shè)計多條氣體流道，陽極板2上的燃料進出孔5-1和5-2通過流道8連接反應(yīng)區(qū)域并與氣體流道連通。陰極板I上的氧化劑進出孔6-1和6-2通過流道8連接反應(yīng)區(qū)域并與氣體流道連通，流道寬度小于燃料進出孔或氧化劑進出孔直徑，大于所述反應(yīng)區(qū)域氣體流道寬度，在流道8內(nèi)設(shè)有與流道等體積的多孔材料填充塊9。
[0017]由于多孔材料填充塊與流道等寬等長且深度不小于所述反應(yīng)區(qū)域氣體流道深度，因此將多孔材料填充塊嵌入流道后，多孔材料填充塊頂面與整個極板表面持平或稍稍高出，填充塊可以用粘結(jié)或其它方式如鑲嵌固定于流道內(nèi)。
[0018]如圖3的A-A剖圖所示，流道8深度不小于反應(yīng)區(qū)域內(nèi)的氣體流道深度。
[0019]如圖4所示，陽極板2、⑶L11、MEA10、⑶L、陰極板I依次疊加組成一個燃料電池單元；若干個電池單元上下疊加，組成一個燃料電池電堆。各極板上貫通的燃料進出孔、氧化劑進出孔和冷卻劑進出孔組成六條氣體管道。燃料電池實際反應(yīng)過程中，燃料和氧化劑分別從燃料進孔及氧化劑進孔流入電堆，通過流道進入反應(yīng)區(qū)域流道內(nèi)，反應(yīng)結(jié)束后通過流道8進入燃料出孔及氧化劑出孔流出電堆。由于嵌入流道的填充塊為多孔材料，如泡沫鎳、泡沫鋁或者泡沫塑料，因此氣體流經(jīng)流道時氣流均勻，壓降小。
[0020]另外，根據(jù)燃料和氧化劑的不同需要及電堆實際反應(yīng)需求，可以選擇不同空隙密度的多孔材料，達到對進出氣流的微調(diào)作用。
[0021]其中，相鄰兩組電池單元組的陰極板和陽極板可以一體化設(shè)計在一塊雙極板上，也可以粘結(jié)在一起。
[0022]參見圖4，MEA組件同時覆蓋雙極板的反應(yīng)區(qū)域和非反應(yīng)區(qū)域，由于燃料進出孔或氧化劑進出孔連接反應(yīng)區(qū)域的流道8內(nèi)設(shè)有填充塊9，填充塊頂面與整個極板表面持平或稍稍高出(多個燃料電池單元疊加后，稍稍高出部分可以被壓平或忽略不計)，所以MEA與陰極板、陽極板之間在非反應(yīng)區(qū)域受力各處均勻，因此MEA外框在進出氣孔處，不會發(fā)生塌陷。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料電池網(wǎng)狀支撐雙極板，所述雙極板包括陰極板(I)和陽極板(2 )，其特征在于，所述雙極板分為反應(yīng)區(qū)域(4)和非反應(yīng)區(qū)域(3)，所述雙極板上的非反應(yīng)區(qū)域設(shè)有上下貫通的燃料進出孔、氧化劑進出孔和冷卻劑進出孔，所述雙極板上的反應(yīng)區(qū)域(4)設(shè)有氣體流道，所述陽極板上的燃料進出孔通過流道(8)連接反應(yīng)區(qū)域并與氣體流道連通，所述陰極板上的氧化劑進出孔通過流道連接反應(yīng)區(qū)域并與氣體流道連通，所述流道內(nèi)設(shè)有填充塊(9)，所述填充塊與流道等寬等長，所述填充塊高度不小于流道深度。
2.如權(quán)利要求1所述的一種燃料電池網(wǎng)狀支撐雙極板，其特征在于所述流道寬度小于所述燃料進出孔或氧化劑進出孔直徑，大于所述反應(yīng)區(qū)域氣體流道道寬。
3.如權(quán)利要求1所述的一種燃料電池網(wǎng)狀支撐雙極板，其特征在于所述流道深度不小于所述反應(yīng)區(qū)域氣體流道深度。
4.如權(quán)利要求1所述的一種燃料電池網(wǎng)狀支撐雙極板，其特征在于所述填充塊(9)采用非導(dǎo)電多孔材料，包括但不限于泡沫鎳、泡沫鋁或者泡沫塑料。
5.如權(quán)利要求1所述的一種燃料電池網(wǎng)狀支撐雙極板，其特征在于所述填充塊與所述流道粘貼或鑲嵌連接。
6.如權(quán)利要求1所述的一種燃料電池網(wǎng)狀支撐雙極板，其特征在于所述陰極板和陽極板為一體化設(shè)計或分開設(shè)計后粘合在一起。
7.一種燃料電池堆，包括如權(quán)利要求1所述的燃料電池網(wǎng)狀支撐雙極板，其特征在于，兩片所述雙極板之間設(shè)有一層MEA組件構(gòu)成一組燃料電池單元，所述MEA和雙極板之間夾設(shè)一層GDL，多個所述燃料電池單元構(gòu)成一個燃料電池電堆。
【文檔編號】H01M8/02GK103985886SQ201310048205
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月7日
【發(fā)明者】高勇 申請人:上海恒勁動力科技有限公司