本实用新型专利技术涉及一种单板三腔式燃料电池双极板及燃料电池堆，单板三腔式燃料电池双极板包括双极板单板(3)，所述的双极板单板(3)一侧为阳极侧，另一侧为阴极侧，所述的阳极侧设置多条燃料气体流道(24)，所述的阴极侧设置多条氧化气体流道(29)，所述的双极板单板(3)上在其厚度方向内还设有若干中空的冷却液流道(31)。燃料电池堆包括串联堆叠的双极板和膜电极组件(1)，所述的双极板采用所述的单板三腔式燃料电池双极板。与现有技术相比，本实用新型专利技术可以有效降低多片双极板堆叠的总厚度，减少电堆体积，提升电堆的功率密度，从而适应大功率发电电堆的要求。率发电电堆的要求。率发电电堆的要求。
【技术实现步骤摘要】
一种单板三腔式燃料电池双极板及燃料电池堆
[0001]本技术属于燃料电池
，尤其是涉及一种单板三腔式燃料电池双极板及燃料电池堆。
技术介绍
[0002]燃料电池，特别是低温启动、高效运行的质子交换膜燃料电池(PEMFC)以氢气作为燃料，是一种理想的交通领域用新能源载体，是氢能推广应用的重要载体。目前氢能与燃料电池推广遭遇到一些障碍。氢能方面，尽管还存在氢气制取成本高、加注不方便、加氢基础设施数量不足等问题，但随着相关氢能示范项目的不断推进和大型能源企业的加入，相信在不久的将来可以得到长足的发展，这些问题最终都将得以解决。与之相比，燃料电池目前存在的成本较高、可靠性和耐久性不足等问题则必须从技术层面突破。现阶段，行业对具备大的发电功率、高效的能量转化效率的燃料电池堆的设计、开发和加工制造提出了迫切需求。
[0003]交通领域应用的燃料电池堆，必须做到低重量、小体积，也即具备超高的功率密度；只有这样，才能与传统的内燃机相媲美，在乘用车、大巴、重卡、工程机械和船舶等领域发挥大的作用。超高的功率密度除了需要高性能的膜电极组件(MEA)外，还需要采用轻而薄的材料，可实现的途径包括采用更薄的气体扩散层、金属箔材制作双极板、以聚合物作为端板等。当然，在此基础上通过巧妙的结构设计以有效降低单电池的总厚度和总质量，同时保持电堆的发电性能和寿命，则更能提升电堆功率密度。也只有这样，燃料电池才能真正在功率密度、单位功率成本等方面具备竞争优势。
[0004]在现有技术中，有大量关于石墨、金属制备燃料电池双极板的专利。但在涉及超薄金属板的电堆方面则专利较少。其中，国内外专利大多是关于金属板制备、表面处理、密封技术等方面的。
[0005]CN209016193技术了一种金属材料+非金属材料的混合双极板。它由一块冲压成形的阳极半板嵌套于一块预成形的阴极半板构成。其中，阳极半板为金属板，阴板半板为非金属材料。该技术中，阴极半板减薄后极易漏气，可通过金属半板起到阻气的作用，防止阴阳极反应气互窜。两个半板嵌套设计和金属板阻气作用下，该结构起到了减少电堆体积的作用。但该设计较为复杂，且两种非同种的材质之间的结合容易产生界面电阻增大、应力不均影响非金属材料机械强度等问题。
[0006]CN201911301960.0提供了一种超薄碳/碳复合材料双极板的制备方法，其以超细碳纤维网胎作为基材，通过热浸和化学气相渗透法工艺，将复合的高残炭浆料注入基材之中，再经对辊粗轧、精轧、印花和修边等步骤，最终获得了低成本超薄高强高电导C/C复合材料双极板。该双极板厚度达0.16mm(无流道)，弯曲强度超过150MPa，体电导达到300S/cm。
[0007]CN201910260443.7提供了一种钒电池用超薄双极板及其制备方法。该技术以树脂材料薄膜为基材，将以导电功能材料制成的溶液喷涂至基材的双侧表面，再经热压工艺固化，并制备出流道。制得的双极板的厚度可以达到30
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1000μm，纵向电导率大于80S/cm，
柔韧性也很好。基材薄膜为15
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115μm厚的聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯材料，这类材料绝缘性高，是一个制约电导率的因素。
[0008]CN201710931665.8也是采用跟CN201910260443.7类似的工艺进行超薄双极板的制备。不过基材板采用的是20
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400μm厚的金属，如不锈钢箔、金箔、银箔、铜箔和钛箔等。在金属基材上通过丝网印刷工艺涂覆上聚合物基导电胶层，形成超细流道流场。双极板总厚度可降低至400μm，导电涂层的厚度可达100μm，流道脊宽100μm，槽宽50μm。
[0009]上述技术的超薄双极板都是从材料角度减少双极板的厚度，都没有离开非金属材料的应用。然而，由于机械强度的需求，通过采用非金属材料的应用达到降低双极板的厚度，将影响其抗振、抗弯性能和气密性，甚至牺牲电导率、导热系数，这是得不偿失的。此外，流场的功能是传输阴阳极反应剂和冷却水，以满足其正常发电尤其是大电流发电时对流体的需求，流体的槽深也不能过浅，这也限制了双极板的进一步减薄。
技术实现思路
[0010]本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种单板三腔式燃料电池双极板及燃料电池堆。
[0011]本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0012]一种单板三腔式燃料电池双极板，包括双极板单板，所述的双极板单板一侧为阳极侧，另一侧为阴极侧，所述的阳极侧设置多条燃料气体流道，所述的阴极侧设置多条氧化气体流道，所述的双极板单板在其厚度方向内还设有若干中空的冷却液流道。
[0013]优选地，所述的燃料气体流道和氧化气体流道并行交替设置。
[0014]优选地，所述的冷却液流道位于燃料气体流道和氧化气体流道相互错开的位置，且燃料气体流道、氧化气体流道和冷却液流道三者相互并行。
[0015]优选地，所述的燃料气体流道和氧化气体流道中的燃料气体和氧化气体的流向相反，在所述的燃料气体流道气体进出口端对应设有燃料气体进口和燃料气体出口，在所述的氧化气体流道进出口端对应设有氧化气体进口和氧化气体出口。
[0016]优选地，所述的燃料气体进口、燃料气体出口、氧化气体进口和氧化气体出口分别设置成多个独立的小口，每条燃料气体流道分别对应配置一个燃料气体进口和燃料气体出口，每条氧化气体流道分别对应配置一个氧化气体进口和氧化气体出口，在双极板单板阳极侧，所述的燃料气体进口、燃料气体出口和燃料气体流道通过阳极密封件密封配合形成燃料气体流场，在双极板单板阴极侧，所述的氧化气体进口、氧化气体出口和氧化气体流道通过阴极密封件密封配合形成燃料气体流场。
[0017]优选地，所述的燃料气体进口和氧化气体出口位于双极板单板的一个端部，且所述的燃料气体进口和氧化气体出口与所述的燃料气体流道和氧化气体流道一一对应设置；
[0018]所述的燃料气体出口和氧化气体进口位于双极板单板的另一端部，且所述的燃料气体出口和氧化气体进口与所述的燃料气体流道和氧化气体流道一一对应设置。
[0019]优选地，所述的双极板单板上设有冷却液进口和冷却液出口，所述的冷却液进口和冷却液出口与所述的冷却液流道联通，所述的冷却液进口、冷却液出口和冷却液流道通过阳极密封件和阴极密封件密封配合形成冷却液流场。
[0020]优选地，所述的双极板单板包括金属板。
[0021]优选地，所述的燃料气体流道和氧化气体流道包括直线型流道，对应地，所述的冷却液流道包括截面为方形的条状空腔。
[0022]一种燃料电池堆，所述的燃料电池堆包括串联堆叠的双极板和膜电极组件，所述的双极板采用所述的一种单板三腔式燃料电池双极板。
[0023]与现有技术相比，本技术具有如下优点：
[0024](1)本技术创新地采用了“单板三腔”的结构，将燃料气体和氧化气体流场布置在双极板单板的正反两侧，冷却液流场布置在双极板单板内部，燃本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种单板三腔式燃料电池双极板，其特征在于，包括双极板单板(3)，所述的双极板单板(3)一侧为阳极侧，另一侧为阴极侧，所述的阳极侧设置多条燃料气体流道(24)，所述的阴极侧设置多条氧化气体流道(29)，所述的双极板单板(3)在其厚度方向内还设有若干中空的冷却液流道(31)。2.根据权利要求1所述的一种单板三腔式燃料电池双极板，其特征在于，所述的燃料气体流道(24)和氧化气体流道(29)并行交替设置。3.根据权利要求2所述的一种单板三腔式燃料电池双极板，其特征在于，所述的冷却液流道(31)位于燃料气体流道(24)和氧化气体流道(29)相互错开的位置，且燃料气体流道(24)、氧化气体流道(29)和冷却液流道(31)三者相互并行。4.根据权利要求1所述的一种单板三腔式燃料电池双极板，其特征在于，所述的燃料气体流道(24)和氧化气体流道(29)中的燃料气体和氧化气体的流向相反，在所述的燃料气体流道(24)气体进出口端对应设有燃料气体进口(25)和燃料气体出口(23)，在所述的氧化气体流道(29)进出口端对应设有氧化气体进口(28)和氧化气体出口(30)。5.根据权利要求4所述的一种单板三腔式燃料电池双极板，其特征在于，所述的燃料气体进口(25)、燃料气体出口(23)、氧化气体进口(28)和氧化气体出口(30)分别设置成多个独立的小口，每条燃料气体流道(24)分别对应配置一个燃料气体进口(25)和燃料气体出口(23)，每条氧化气体流道(29)分别对应配置一个氧化气体进口(28)和氧化气体出口(30)，在双极板单板(3)阳极侧，所述的燃料气体进口(25)、燃料气体出口(23)和燃料气体流道(24)通过阳极密封件(...
【专利技术属性】
技术研发人员：明平文，李冰，周伟，徐胜楠，廖珮懿，杨代军，张存满，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：新型
国别省市：
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