一种燃料电池双极板制造技术

本实用新型专利技术提供一种燃料电池双极板，包括阴极板和阳极板；两个极板的背面相对组成所述双极板，之间形成双极板冷却水流场，其中一个极板所对应的冷却水活性区流场内的流道延伸至另一个极板所对应的冷却水分配区流场覆盖的范围内，用于导通冷却水；或者，所述阴极板所对应的冷却水活性区流场内的流道延伸至所述阳极板所对应的冷却水分配区流场覆盖的范围内，所述阳极板所对应的冷却水活性区流场内的流道延伸至所述阴极板所对应的冷却水分配区流场覆盖的范围内。本实用新型专利技术的技术方案解决了现有的存在间断的水流道的双极板中，冷却水不能实现整体连通的问题。

A fuel cell bipolar plate

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池双极板
本技术涉及质子交换膜燃料电池领域，具体而言，尤其涉及一种燃料电池双极板。
技术介绍
燃料电池是一种将化学能直接转化成电能的清洁能源技术，具有高能量转换效率、结构简单、低排放、低噪音等优点，在燃料电池中，双极板需要将氢气和空气引导分配至活性区发生电化学反应，同时，双极板中的流场需要引导分配冷却水在电池内外循环，以带走电池化学反应产生的热量，所以，双极板的结构，需要考虑到空气、氢气和冷却水的流通路径，需要确保这三种流体在双极板内，均匀的通过入口歧管、入口分配区、活性区、出口分配区、出口歧管，保证电池内电化学反应物的供给和反应产物的顺利排出；而分配区，作为连接歧管与活性区的桥梁，其结构设计直接关系到双极板设计的成败；特别是冷却水腔的分配区构造，在设计气体腔的分配区的时候，必须要兼顾冷却水腔的分配区结构一起考虑，否则，会出现在双极板设计完成后，发现水腔分配区不能正确引导和均匀分配冷却水，这样的设计是无效的。分配区的结构形式，一般有间断的凸台和凹坑状结构、连续不间断的流道结构以及上述两种结构的组合形式；对于间断的岛状结构的分配区，由于凸台和凹坑状结构的排布形式直接关系到分配区域内流体的分布，凸台和凹坑状结构及其分布形式的具体参数需要多次的仿真计算优化之后才可能确定，该过程周期较长，而且优化的方向不明确；另一方面，凸台对MEA的支撑面积不足，使得MEA容易变形，导致无法控制反应气体压力的情况，严重影响电池性能；对于连续不间断的流道结构的分配区，由于分配区内连续的流道对流体有强制的引导作用，而且，该分配区的流场结构与MEA的接触面积大于凸台和凹坑状结构的分配区与MEA的接触面积，所以连续不间断的流道结构的分配区优于间断的岛状结构的分配区；另一方面，从流体分配的角度出发，为了使双极板内的流体分配均匀，可能需要将连续不间断的流道结构的分配区内，局部打断流道，形成连续不间断的流道和间断的凸台和凹坑状结构相结合的综合分配区结构。若分配区中含有连续不间断的流道结构，由于分配区的周期数目与活性区的周期数目不同，势必造成分配区的一个流道周期被分支成多个流道周期的叉分结构，则在分支结构区，其背面的水流场中，分支后的水流场无法与分配区的其他水流场连通，冷却水流在断开的这部分流道中无法流通。例如专利一种质子交换膜燃料电池金属双极板(公开号为CN101572318B，公开日为20101208)：将阴极板分配区上每个凸台背面的凹坑与阳极板分配区上每个凸台背面的凹坑交错排列，凹坑与凹坑相对的部分构成连续的水腔分配区，再连接阴阳极板上平行的水流道，构成完整的水流场，点状的凸台对MEA的支撑面积不足，导致无法控制反应气体压力的情况，严重影响电池性能；因此这种分配形式有自身的局限性；专利一种质子交换膜燃料电池金属双极板分配头(公开号为CN102034986B，公开日为20121228)：在阴阳极板的分配区内，有规律的设置凸台和凹坑构成的导流岛，实现从歧管到活性区的流体的分配，由于这种水流场的构建需要设计特定的气体分配区和气体流场类型，容易出现流体分配不均匀的情况；专利新型燃料电池堆冷却水流道板及其电池组(公开号为CN107123820A，公开日为20170901)：冷却腔有多个进出口，进入极板后，由多个流道并联形成水流场；可能存在以下问题：1.不易保证水腔各个歧管的水流量的均匀分配，导致气口端板中水腔歧管的设计难度剧增；2.要在极板内形成并联的分配均匀的水流场，按照专利中冷却水的走势，会使得反应气体的流场设计形式会受到极大的限制；由于水流场是由空气流场和氢气流场的背面，经过相应的叠合，而形成的封闭空间所组成的，冷却水水流场由于其特殊性，所以在双极板的设计过程中，必须要提前考虑到双极板冷却水流场构造的两个关键点：1.冷却水从歧管到分配区的连通结构；2.冷却水在分配区的连通结构。
技术实现思路
根据上述提出现有的存在间断的水流道的双极板中，冷却水不能实现整体连通的技术问题，而提供一种燃料电池双极板。本技术通过对双极板的分配区结构设计，使双极板的冷却水能够顺利流通，并均匀分配至水流场，从而带走电池内部电化学反应产生的热量。本技术采用的技术手段如下：一种燃料电池双极板，包括阴极板和阳极板；所述阴极板和所述阳极板均包括正面的气体流场和背面的单极冷却水流场；所述单极冷却水流场包括冷却水活性区流场和冷却水分配区流场；两个极板的背面相对组成所述双极板，之间形成双极板冷却水流场，其中一个极板所对应的冷却水活性区流场内的流道延伸至另一个极板所对应的冷却水分配区流场覆盖的范围内，用于导通冷却水；或者，所述阴极板所对应的冷却水活性区流场内的流道延伸至所述阳极板所对应的冷却水分配区流场覆盖的范围内，所述阳极板所对应的冷却水活性区流场内的流道延伸至所述阴极板所对应的冷却水分配区流场覆盖的范围内。进一步地，所述阴极板和所述阳极板均包括分配区和活性区，所述分配区和所述活性区内均设置流场结构；所述分配区和所述活性区根据功能划分；所述分配区用于将由流体入口流入的流体引导分配至所述活性区或将流经所述活性区的流体聚集至流体出口；所述活性区为发生电化学反应的区域，但不一定是电化学反应发生的唯一区域，其取决于MEA上催化层的布置范围；所述冷却水活性区流场和所述冷却水分配区流场分别位于所述活性区和所述分配区对应的区域内。进一步地，所述分配区内设置流道，且每个流道周期对应所述活性区内1-50个流道周期；所述冷却水分配区流场内的流道与所述冷却水活性区流场内的部分流道是间断的；当其中一个极板所对应的冷却水活性区流场内的流道延伸至另一个极板所对应的冷却水分配区流场覆盖的范围内时，通过与另一个极板所对应的冷却水分配区流场内的流道连通实现导通冷却水，上述延伸的流道的延伸长度大于等于另一个极板的所述冷却水分配区流场的一个流道周期的宽度；当所述阴极板所对应的冷却水活性区流场内的流道延伸至所述阳极板所对应的冷却水分配区流场覆盖的范围内，所述阳极板所对应的冷却水活性区流场内的流道延伸至所述阴极板所对应的冷却水分配区流场覆盖的范围内时，两个极板所对应的上述流道延伸的长度不等，延伸长度较长的上述流道通过与延伸长度较短的上述流道所在极板所对应的冷却水分配区流场内的流道连通实现导通冷却水，两个极板所对应的上述流道延伸的长度的差值大于等于延伸长度较短的流道所在极板所对应的冷却水分配区流场的一个流道周期的宽度。进一步地，延伸长度较长的上述流道与延伸长度较短的上述流道的长度之差为△l，且0mm＜△l≤500mm。进一步地，所述气体流场包括所述气体分配区流场和所述气体活性区流场，所述气体分配区流场内流道脊的上表面比所述气体活性区流场内流道脊的上表面高△h，且0mm＜△h≤1mm。进一步地，所述阴极板还包括阴极氢气出口歧管、阴极冷却水入口歧管、阴极空气入口歧管、阴极空气出口歧管、阴极冷却水出口歧管、阴极氢气入口歧管；所述阳极板还包括阳极空气出口歧管、阳极冷却水出口歧管、阳极氢气入口歧管、阳极氢气出口歧管、阳极冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池双极板，包括阴极板和阳极板；所述阴极板和所述阳极板均包括正面的气体流场和背面的单极冷却水流场；所述单极冷却水流场包括冷却水活性区流场和冷却水分配区流场；两个极板的背面相对组成所述双极板，之间形成双极板冷却水流场，其特征在于：/n其中一个极板所对应的冷却水活性区流场内的流道延伸至另一个极板所对应的冷却水分配区流场覆盖的范围内，用于导通冷却水；/n或者，/n所述阴极板所对应的冷却水活性区流场内的流道延伸至所述阳极板所对应的冷却水分配区流场覆盖的范围内，所述阳极板所对应的冷却水活性区流场内的流道延伸至所述阴极板所对应的冷却水分配区流场覆盖的范围内。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池双极板，包括阴极板和阳极板；所述阴极板和所述阳极板均包括正面的气体流场和背面的单极冷却水流场；所述单极冷却水流场包括冷却水活性区流场和冷却水分配区流场；两个极板的背面相对组成所述双极板，之间形成双极板冷却水流场，其特征在于：
其中一个极板所对应的冷却水活性区流场内的流道延伸至另一个极板所对应的冷却水分配区流场覆盖的范围内，用于导通冷却水；
或者，
所述阴极板所对应的冷却水活性区流场内的流道延伸至所述阳极板所对应的冷却水分配区流场覆盖的范围内，所述阳极板所对应的冷却水活性区流场内的流道延伸至所述阴极板所对应的冷却水分配区流场覆盖的范围内。


2.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于：所述阴极板和所述阳极板均包括分配区和活性区，所述分配区和所述活性区内均设置流场结构；
所述分配区和所述活性区根据功能划分；所述分配区用于将由流体入口流入的流体引导分配至所述活性区或将流经所述活性区的流体聚集至流体出口；所述活性区为发生电化学反应的区域，但不一定是电化学反应发生的唯一区域，其取决于MEA上催化层的布置范围；
所述冷却水活性区流场和所述冷却水分配区流场分别位于所述活性区和所述分配区对应的区域内。


3.根据权利要求2所述的燃料电池双极板，其特征在于：所述分配区流场内设置流道，且每个流道周期对应所述活性区内1-50个流道周期；所述冷却水分配区流场内的流道与所述冷却水活性区流场内的部分流道是间断的；
当其中一个极板所对应的冷却水活性区流场内的流道延伸至另一个极板所对应的冷却水分配区流场覆盖的范围内时，通过与另一个极板所对应的冷却水分配区流场内的流道连通实现导通冷却水，上述延伸的流道的延伸长度大于等于另一个极板的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：程敏，姜炜，窦永香，刘雪婷，邢丹敏，
申请(专利权)人：新源动力股份有限公司，
类型：新型
国别省市：辽宁;21