泡沫金属流场板和包括该泡沫金属流场板的燃料电池制造技术

本发明专利技术公开了泡沫金属流场板和包括该泡沫金属流场板的燃料电池。其中，泡沫金属流场板包括：第一泡沫金属层，所述第一泡沫金属层由第一泡沫金属形成；第二泡沫金属层，所述第二泡沫金属层形成在所述第一泡沫金属层的至少一部分表面上，所述第二泡沫金属层包括交替布置多个第一部分和多个第二部分，所述第一部分由第二泡沫金属形成，所述第二部分由第三泡沫金属形成；其中，所述第三泡沫金属、所述第二泡沫金属和所述第一泡沫金属的疏水性依次减弱。该泡沫金属流场板可有效促进燃料电池中生成水的排出，从而提高电池性能。

Foam metal flow field plate and fuel cell including the foam metal flow field plate

The invention discloses a foam metal flow field plate and a fuel cell including the foam metal flow field plate. The foam metal flow field plate comprises: the first foam metal layer, the first foam metal layer formed by the first foam metal; the second foam metal layer, the second foam metal layer formed on at least a part of the surface of the first foam metal layer, and the second foam metal layer comprises alternately arranged a plurality of first parts and a plurality of second parts, and the first part is from the first part. Two the formation of the foam metal, the second part is formed by third foam metals, wherein the hydrophobicity of the third foam metal, the second foam metal and the first foam metal is weakened in turn. The foam metal flow field plate can effectively promote the discharge of water generated in the fuel cell, thereby improving the battery performance.

【技术实现步骤摘要】
泡沫金属流场板和包括该泡沫金属流场板的燃料电池
本专利技术涉及燃料电池
，具体而言，本专利技术涉及泡沫金属流场板和包括该泡沫金属流场板的燃料电池。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高效率、高能量密度和低污染等优点，从而受到许多领域研究者的广泛关注。其中能量密度是衡量PEMFC性能的重要指标，要想进一步提高电池的能量密度，一方面依赖于膜电极组件(MEA)的设计，另一方面则取决于合理的流场板设计。流场板设计主要有以下目标：保证反应气体在流道面内分布均匀，并且有利于反应气体向气体扩散层中输运，同时促进阴极反应生成水的排出。质子交换膜燃料电池由膜电极、气体扩散层和双极板组成。双极板一侧为阳极流道，另一侧阴极流道，中间为冷却液流道。传统的气体流道一般为肋板式结构，其缺点在于阴极生成的水容易在肋板下面积累，在大电流密度下，有可能出现水淹现象，导致气体输运通道受阻，气体传质阻力引起电池浓差损失增大，严重影响电池性能。因而，现有的用于燃料电池的流场板仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出泡沫金属流场板和包括该泡沫金属流场板的燃料电池。该泡沫金属流场板可有效促进燃料电池中生成水的排出，从而提高电池性能。在本专利技术的一个方面，本专利技术了提出了一种泡沫金属流场板。根据本专利技术的实施例，该泡沫金属流场板包括：第一泡沫金属层，所述第一泡沫金属层由第一泡沫金属形成；第二泡沫金属层，所述第二泡沫金属层形成在所述第一泡沫金属层的至少一部分表面上，所述第二泡沫金属层包括交替布置多个第一部分和多个第二部分，所述第一部分由第二泡沫金属形成，所述第二部分由第三泡沫金属形成；其中，所述第三泡沫金属、所述第二泡沫金属和所述第一泡沫金属的疏水性依次减弱。由此，根据本专利技术实施例的泡沫金属流场板包括上下两层泡沫金属。其中，第一泡沫金属层具有亲水特性，在应用中与燃料电池的双极板接触；第二泡沫金属层具有疏水特性，并由疏水性强弱不同的多个第一部分和多个第二部分交替排列组成，在应用中与燃料电池中的气体扩散层接触，且用于形成第二部分的第三泡沫金属的疏水性相对于用于形成第一部分第二泡沫金属较强。由此，电池反应生成的水更容易进入第二泡沫金属层中疏水性弱的第一部分，而疏水性强的第二部分中的水能够向第一部分进行扩散；在毛细压力的驱动下，水进一步向疏水性更弱的亲水性第一泡沫金属层输运，从而形成与气体输运通道分隔开的水输运通道，使生产水可以在更低的阻力下从电池气体扩散层到达流道，实现生成水的快速排出。通过采用本专利技术的泡沫金属流场板，可有效避免大电流密度工况下流道的水淹现象，保持气体输运通道的通畅，进一步提高电池性能。另外，根据本专利技术上述实施例的泡沫金属流场板还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述第一泡沫金属、所述第二泡沫金属和所述第三泡沫金属分别独立地为镍、钛、铜、铝和不锈钢中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，所述第三泡沫金属的接触角为130°～150°，所述第二泡沫金属的接触角为95°～110°，所述第一泡沫金属的接触角为30°～85°。在本专利技术的一些实施例中，所述第一泡沫金属层的厚度为0.2～0.5mm，孔隙率为85～95％，每英寸长度上孔隙的数量(PPI)为5～40；所述第二泡沫金属层的厚度为0.8～1.0mm，孔隙率为85～95％，每英寸长度上孔隙的数量为5～40。在本专利技术的一些实施例中，沿所述泡沫金属流场板上气体的流动方向，所述第一泡沫金属的孔隙率保持不变，而每英寸长度上孔隙的数量逐渐减少。在本专利技术的一些实施例中，沿所述泡沫金属流场板上气体的流动方向，所述第一泡沫金属每英寸长度上孔隙的数量保持不变，而孔隙率逐渐增加。在本专利技术的一些实施例中，沿所述泡沫金属流场板上气体的流动方向，所述第一泡沫金属的接触角逐渐增大。在本专利技术的一些实施例中，所述第一部分和所述第二部分的宽度相等。在本专利技术的一些实施例中，所述第一泡沫金属、所述第二泡沫金属和所述第三泡沫金属的孔隙率相等。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种燃料电池。根据本专利技术的实施例，该燃料电池包括：上述实施例的泡沫金属流场板。本专利技术的燃料电池通过采用上述实施例的流场板，可使电池反应中的气体和生成水分别通过分隔开的通道进行输运，在大电流密度工况下可以有效促进排水，避免流道局部出现水淹现象，保持气体输运通道的通畅，进一步提高电池性能。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1显示了根据本专利技术实施例的泡沫金属流场板的结构示意图；图2显示了根据本专利技术实施例的泡沫金属流场板的前视图；图3显示了根据本专利技术实施例的泡沫金属流场板的俯视图；图4显示了根据本专利技术实施例的泡沫金属流场板的侧视图；图5显示了实施例1中燃料电池的结构示意图；图6显示了实施例1中燃料电池的泡沫金属流场板不同部位的接触角与电池中气体流动方向的变化关系。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。在本专利技术的一个方面，本专利技术了提出了一种泡沫金属流场板。根据本专利技术的实施例，参考图1～4，该泡沫金属流场板包括：第一泡沫金属层100和第二泡沫金属层200。其中，第一泡沫金属层100由第一泡沫金属形成；第二泡沫金属层200形成在第一泡沫金属层100的至少一部分表面上，第二泡沫金属层200包括交替布置多个第一部分210和多个第二部分220，第一部分210由第二泡沫金属形成，第二部分220由第三泡沫金属形成；其中，第三泡沫金属、第二泡沫金属和第一泡沫金属的疏水性依次减弱。由此，根据本专利技术实施例的泡沫金属流场板包括上下两层泡沫金属。其中，第一泡沫金属层具有亲水特性，在应用中与燃料电池的双极板接触；第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种泡沫金属流场板，其特征在于，包括：第一泡沫金属层，所述第一泡沫金属层由第一泡沫金属形成；第二泡沫金属层，所述第二泡沫金属层形成在所述第一泡沫金属层的至少一部分表面上，所述第二泡沫金属层包括交替布置多个第一部分和多个第二部分，所述第一部分由第二泡沫金属形成，所述第二部分由第三泡沫金属形成；其中，所述第三泡沫金属、所述第二泡沫金属和所述第一泡沫金属的疏水性依次减弱。

【技术特征摘要】
1.一种泡沫金属流场板，其特征在于，包括：第一泡沫金属层，所述第一泡沫金属层由第一泡沫金属形成；第二泡沫金属层，所述第二泡沫金属层形成在所述第一泡沫金属层的至少一部分表面上，所述第二泡沫金属层包括交替布置多个第一部分和多个第二部分，所述第一部分由第二泡沫金属形成，所述第二部分由第三泡沫金属形成；其中，所述第三泡沫金属、所述第二泡沫金属和所述第一泡沫金属的疏水性依次减弱。2.根据权利要求1所述的泡沫金属流场板，其特征在于，所述第一泡沫金属、所述第二泡沫金属和所述第三泡沫金属分别独立地为镍、钛、铜、铝和不锈钢中的至少之一。3.根据权利要求1所述的泡沫金属流场板，其特征在于，所述第三泡沫金属的接触角为130°～150°，所述第二泡沫金属的接触角为95°～110°，所述第一泡沫金属的接触角为30°～85°。4.根据权利要求1～3任一项所述的泡沫金属流场板，其特征在于，所述第一泡沫金属层的厚度为0.2～0.5mm，孔隙率为85～95％，每英寸长度上...

【专利技术属性】
技术研发人员：尧磊，彭杰，张剑波，张扬军，诸葛伟林，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11