【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，具体涉及一种超薄燃料电池双极板及包含其的燃料电池堆。
技术介绍
1、如今，在二十一世纪能源转型的大背景下，氢能源被认为是未来能源的理想载体。在氢能源技术中，燃料电池技术是实现氢电转换的关键技术。因其具有比能量高、低温快速启动、清洁无污染等优势，近年来成为了国内外的研究热点，其产业化规模迅速发展，在交通运输、固定电站以及航天船舶等领域均有着一定的示范与应用。随着技术发展及市场需求的变化，燃料电池的单堆功率均已经提升至150～300kw，这对于燃料电池的关键材料、结构设计以及性能优化提出了更高的挑战。
2、体积功率密度是彰显电堆开发水平的关键指标，2015年前后国际的先进水平为3.0kw/l，经过近十年的发展，国内外的主流水平发展至4.5～6.0kw/l，已经可以与传统内燃机的6.0kw/l相媲美。体积功率密度的提升一方面得益于燃料电池性能的提升，另一方面归功于燃料电池体积的减少。对于燃料电池电堆，通常由200～400节膜电极与双极板依次堆叠而成，其中双极板占据了体积的60%以上，目前主流技术方案石墨版双极板的厚度为1.2～1.6mm，而金属双极板为0.8～1.2mm，因此双极板厚度的降低对于电堆体积比功率的提升至关重要。
3、在现有的技术方案中，存在大量燃料电池双极板相关的专利，但是超薄双极板的专利较少。公开号为cn110993981a的中国专利技术专利申请提供了一种超薄碳基双极板的方法，以碳纤维网作为基材注入炭浆，经过辊压、精轧等步骤获取超薄双极板，其无流道的厚度为0.16mm，弯
4、为提升双极板的机械强度，金属双极板是保障机械强度良好的情况下降低板厚的良好选择，公开号为cn208908238u的中国技术专利公开了一种金属双极板的结构，其典型厚度为1.0～1.2mm；
5、公开号为cn109643809b的中国专利技术专利提供了一种啮合式的金属双极板及其三维流场，该专利技术通过梯形波浪的流场设计实现了三维传质的增强与极板厚度的降低，其双极板厚度约0.6～0.7mm，但其冷却流道截面较小，冷却水腔室流阻较大；
6、公开号为cn112164810a的中国专利技术专利申请提供了一种超薄金属双极板的方法，通过活性区阳极板与阴极板的沟槽配合实现厚度减薄，双极板厚度约为0.6mm，通过两者之间的间隙实现冷却水的流通，但该技术方案由于气水流动方向垂直，且冷却水通道（即水腔）与导电区域重合，若保证电接触则水腔流阻过大，若降低水腔流阻则导电性较差，并且由于该技术方案中流场设计的隆起多从而使得冲压结构复杂，给工艺实现带来了难题，同时冷却进出口位于侧面，极板的总体利用率较低。
技术实现思路
1、为了解决现有技术的上述问题，本专利技术首先提供一种能够使金属板厚度降低至0.6mm以内、并同时保证双极板良好的电接触与合理的水腔流阻、从而提升燃料电池电堆体积功率密度的一种超薄燃料电池双极板将是有利的。其次，本专利技术还提供一种包含上述超薄燃料电池双极板的燃料电池堆，以优化燃料电池的性能。
2、为实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供一种超薄燃料电池双极板，包括阳极板和阴极板，阳极板的正面设有氢气流道，阴极板的正面设有空气流道，阳极板和阴极板的背面通过分散的导电支撑点形成电接触，在阳极板和阴极板无电接触的位置形成具有冷却水流道的冷却水腔室，其中，阳极板和阴极板均设置有横向排布的气水进口、分配导流区、发电活性区和气水出口，氢气流道和空气流道各自在发电活性区的槽深都大于各自在分配导流区的槽深，在发电活性区，阳极板和阴极板的背面相互扣合在一起且氢气流道和空气流道完全错开，氢气流道、空气流道和冷却水流道设置成使得其中的气水流动方向平行。
3、在本专利技术中，由于在发电活性区阳极板和阴极板的背面相互扣合、以及氢气流道和空气流道完全错开布置且槽深大于其各自在分配导流区的槽深，使得本专利技术的双极板的厚度得到大幅降低；由于氢气流道、空气流道和冷却水流道中气水流动方向平行，即气水流道采用顺流流动方式，流阻得到有效降低，便于燃料电池系统进行零部件匹配；由于本专利技术的气水流道结构简单，无需复杂流道结构，大大降低了对于极板冲压工艺的要求；由于气水进口、分配导流区、发电活性区和气水出口在阳极板和阴极板上横向排布，使得双极板体积利用率提高。
4、进一步，阳极板在氢气流道之间的部分构成阳极板流道脊，阴极板在空气流道之间的部分构成阴极板流道脊，其中，在发电活性区，氢气流道与该阴极板流道脊相互抵接并形成电接触，和/或空气流道与该阳极板流道脊相互抵接并形成电接触。
5、通过上述结构设置，一方面使得阳极板流道脊和阴极板流道脊能够用于支撑燃料电池堆的膜电极组件，另一方面使得阳极板与阴极板在发电活性区有大面积的接触，从而形成足够的电接触，大大提高了发电效率。
6、再进一步，导电支撑点包括水平导电支撑点和倾斜导电支撑点，其中，该水平导电支撑点与超薄燃料电池双极板的整体平面平行，该倾斜导电支撑点相对超薄燃料电池双极板的整体平面倾斜。
7、通过上述结构设置，不仅使得阳极板与阴极板的电接触面积增大，还使得二者之间的电接触更加牢靠。
8、更进一步，水平导电支撑点处于氢气流道与阴极板流道脊相互抵接并形成电接触的位置，和/或处于空气流道与阳极板流道脊相互抵接并形成电接触的位置。
9、通过上述结构设置，使得一方面能够有效降低双极板厚度，另一方面能够增大电接触面积。
10、还进一步，斜向导电支撑点形成于氢气流道的侧壁位置处，该位置处氢气流道的侧壁为斜面，阴极板流道脊上设有对应的斜面，和/或，斜向导电支撑点形成于空气流道的侧壁位置处，该位置处空气流道的侧壁为斜面，阳极板流道脊上设有对应的斜面。
11、另进一步，气水进口包括纵向排布的氢气进口、冷却水进口和空气进口，气水出口包括纵向排布的空气出口、冷却水出口和氢气出口。
12、通过上述设置，使得氢气进口和氢气出口呈对角线布置、冷却水进口和冷却水出口呈对角线布置、空气进口和空气出口呈对角线布置，这样使得气、水分配更加均匀，进一步提高双极板的体积利用率。
13、再另进一步，阳极板和阴极板为304不锈钢板、316l不锈钢板、纯钛金属板或钛合金金属板。
14、通过上述设计，阳极板和阴极板厚度可以控制在0.05～0.1mm。
15、还另进一步，阳极板和阴极板分别具有阳极板密封槽和阴极板密封槽，该阳极板密封槽与分配导流区的氢气流道的槽深皆为0.1～0.3mm，该阴极板密封槽与分配导流区的空气流道的槽深皆为0.1～0.3mm。
16、阳极板密封槽和阴极板密封槽的设置能够分别用来密封氢气和空气，即将氢气密封在氢气流道中，将空气密封在空气流道中。
17、又另进一步，在发电活性区,氢气流道和空气流道的槽深皆为0.2～0.5m。...
【技术保护点】
1.一种超薄燃料电池双极板，包括阳极板和阴极板，阳极板的正面设有氢气流道，阴极板的正面设有空气流道，阳极板和阴极板的背面通过分散的导电支撑点形成电接触，在阳极板和阴极板无电接触的位置形成具有冷却水流道的冷却水腔室，其特征在于，阳极板和阴极板均设置有横向排布的气水进口、分配导流区、发电活性区和气水出口，氢气流道和空气流道各自在发电活性区的槽深都大于各自在分配导流区的槽深，在发电活性区，阳极板和阴极板的背面相互扣合在一起且氢气流道和空气流道完全错开，氢气流道、空气流道和冷却水流道设置成使得其中的气水流动方向平行。
2.如权利要求1所述的超薄燃料电池双极板，其特征在于，所述阳极板在所述氢气流道之间的部分构成阳极板流道脊，所述阴极板在所述空气流道之间的部分构成阴极板流道脊，其中，在所述发电活性区，所述氢气流道与该阴极板流道脊相互抵接并形成电接触，和/或所述空气流道与该阳极板流道脊相互抵接并形成电接触。
3.如权利要求2所述的超薄燃料电池双极板，其特征在于，所述导电支撑点包括水平导电支撑点和倾斜导电支撑点，其中，该水平导电支撑点与所述超薄燃料电池双极板的整体平面平行
4.如权利要求3所述的超薄燃料电池双极板，其特征在于，所述水平导电支撑点处于所述氢气流道与所述阴极板流道脊相互抵接并形成电接触的位置，和/或处于所述空气流道与所述阳极板流道脊相互抵接并形成电接触的位置。
5.如权利要求4所述的超薄燃料电池双极板，其特征在于，所述斜向导电支撑点形成于所述氢气流道的侧壁位置处，该位置处所述氢气流道的侧壁为斜面，所述阴极板流道脊上设有对应的斜面，和/或，所述斜向导电支撑点形成于所述空气流道的侧壁位置处，该位置处所述空气流道的侧壁为斜面，所述阳极板流道脊上设有对应的斜面。
6.如权利要求1至5任一项所述的超薄燃料电池双极板，其特征在于，所述气水进口包括纵向排布的氢气进口、冷却水进口和空气进口，所述气水出口包括纵向排布的空气出口、冷却水出口和氢气出口。
7.如权利要求1至5任一项所述的超薄燃料电池双极板，其特征在于，所述阳极板和所述阴极板为304不锈钢板、316L不锈钢板、纯钛金属板或钛合金金属板。
8.如权利要求1至5任一项所述的超薄燃料电池双极板，其特征在于，所述阳极板和所述阴极板分别具有阳极板密封槽和阴极板密封槽，该阳极板密封槽与所述分配导流区的所述氢气流道的槽深皆为0.1～0.3mm，该阴极板密封槽与所述分配导流区的所述空气流道的槽深皆为0.1～0.3mm。
9.如权利要求1至5任一项所述的超薄燃料电池双极板，其特征在于，在所述发电活性区,所述氢气流道和所述空气流道的槽深皆为0.2～0.5m。
10.一种燃料电池堆，包括串联堆叠的双极板和膜电极组件，其特征在于，所述双极板为权利要求1至9任一项所述的超薄燃料电池双极板。
...【技术特征摘要】
1.一种超薄燃料电池双极板，包括阳极板和阴极板，阳极板的正面设有氢气流道，阴极板的正面设有空气流道，阳极板和阴极板的背面通过分散的导电支撑点形成电接触，在阳极板和阴极板无电接触的位置形成具有冷却水流道的冷却水腔室，其特征在于，阳极板和阴极板均设置有横向排布的气水进口、分配导流区、发电活性区和气水出口，氢气流道和空气流道各自在发电活性区的槽深都大于各自在分配导流区的槽深，在发电活性区，阳极板和阴极板的背面相互扣合在一起且氢气流道和空气流道完全错开，氢气流道、空气流道和冷却水流道设置成使得其中的气水流动方向平行。
2.如权利要求1所述的超薄燃料电池双极板，其特征在于，所述阳极板在所述氢气流道之间的部分构成阳极板流道脊，所述阴极板在所述空气流道之间的部分构成阴极板流道脊，其中，在所述发电活性区，所述氢气流道与该阴极板流道脊相互抵接并形成电接触，和/或所述空气流道与该阳极板流道脊相互抵接并形成电接触。
3.如权利要求2所述的超薄燃料电池双极板，其特征在于，所述导电支撑点包括水平导电支撑点和倾斜导电支撑点，其中，该水平导电支撑点与所述超薄燃料电池双极板的整体平面平行，该倾斜导电支撑点相对所述超薄燃料电池双极板的整体平面倾斜。
4.如权利要求3所述的超薄燃料电池双极板，其特征在于，所述水平导电支撑点处于所述氢气流道与所述阴极板流道脊相互抵接并形成电接触的位置，和/或处于所述空气流道与所述阳极板流道脊相互抵接并形成...
【专利技术属性】
技术研发人员：王志强，关晓雨，赵景辉，梁铁强，
申请(专利权)人：上海安池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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