一种燃料电池双极板结构

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体的是一种燃料电池双极板结构。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。而双极板又称集流板，是燃料电池重要部件之一，是提供气体流道，防止电池气室中的氢气与空气串通，并在串联的阴阳两极之间建立电流通路。

目前的燃料电池系统主要有固体高分子燃料电池（PEFC），PEFC电池堆的主要成分是电解质膜、电极催化剂和双极板（包括气体流路）。PEFC中使用的电解质膜具有一部分碳氟化合物聚合物磺化的功能，由于水的共存而引起质子转移。双极板起到通过使电解质膜和电极催化剂接触并分配燃料气体（阳极）和气体（阴极）并收集在催化剂上产生的电子的作用。因为双极板的功能是将电子输送到外部电路（阳极），并从外部输送流到催化剂（阴极）上，这就要求双极板需要有高的电导率以及使燃料（氢气）和空气均匀流动的功能。

燃料电池内部随着发电反应的进行，整个燃料气体中的氢减少，双极板的气体流路下游的流速会降低，水蒸气的分压变高，并且一部分水蒸气冷凝会使的流动路径变窄或堵塞。由于气体流速变低了，因此很难吹散气体流路上凝聚的水滴。在双极板的气体流路中，如果水滴使的流路变窄，或者发生堵塞，则流向流路周围的催化剂层的气体供给量就会减少，氢气由于发电反应而进行，燃料电池内部某些地方氢浓度就会比其他地方低，由此发生发电不稳定。因此，可能难以持续发电；另外，由于存积在双极板气体流路内的水滴，会引起电解质膜的劣化、电极催化剂的劣化、隔离部件的腐蚀，会导致燃料电池堆寿命会大大缩短。

发明内容

本发明提供一种结构简单，可减少流道阻塞，避免气体成分发生偏差的燃料电池双极板结构。

本发明所述的燃料电池双极板结构，包括基板，以及分别设置在基板两面贴合的上面板和下面板，所述上面板和下面板均设置有多条并行通透的供气体流动的流路沟槽，所述相邻两流路沟槽形成的肋部还设置有横跨流路沟槽的短通道槽，所述短通道槽与流路沟槽相通形成纵横相通的空腔流路，所述上面板、下面板带有短通道槽的一侧分别贴合在基板的两面。

所述的燃料电池双极板结构，在相邻两流路沟槽形成的肋部设置有短通道槽，短通道槽纵横交错分布在流路沟槽上并与其相同形成中空流路，在发电过程中形成的水在一部分流路沟槽中被冷凝后会迅速通过短道沟槽分散至其他的流路沟槽中，防止因水冷凝堵塞住流路沟槽的其中一段使得气体无法通过流路沟槽，有利于维持双极板的氢气浓度比例，并且两面板带有短通道槽的一侧分别贴合在基板的两面可增大流路沟槽的肋部与相邻面板之间的接触面积，增大了电极催化剂与双极板表面接触面积，有利于燃料电池发电反应。本发明结构简单，通过短通道槽可将流路沟槽其中一部分冷凝的水滴迅速散至其他流路沟槽上，防止因冷凝水堵塞双极板上的流路沟槽，避免了气体成分发生偏差而影响发电反应。

附图说明

图1为一种燃料电池双极板结构示意图。

图2为上面板结够示意图。

图3为一种燃料电池双极板堆叠的结构示图。

具体实施方式

如图1-3所示，包括基板1，以及分别设置在基板两面贴合的上面板2和下面板3，所述上面板和下面板均设置有多条并行通透的供气体流动的流路沟槽4，所述相邻两流路沟槽形成的肋部还设置有横跨流路沟槽的短通道槽5，所述短通道槽与流路沟槽相通形成纵横相通的空腔流路，所述上面板、下面板带有短通道槽的一侧分别贴合在基板的两面。

所述的燃料电池双极板结构，在相邻两流路沟槽形成的肋部设置有短通道槽，短通道槽纵横交错分布在流路沟槽上并与其相同形成中空流路，在发电过程中形成的水在一部分流路沟槽中被冷凝后会迅速通过短道沟槽分散至其他的流路沟槽中，防止因水冷凝堵塞住流路沟槽的其中一段使得气体无法通过流路沟槽，有利于维持双极板的氢气浓度比例，并且两面板带有短通道槽的一侧分别贴合在基板的两面可增大流路沟槽的肋部与相邻面板之间的接触面积，增大了电极催化剂与双极板表面接触面积，有利于燃料电池发电反应。本发明结构简单，通过短通道槽可将流路沟槽其中一部分冷凝的水滴迅速散至其他流路沟槽上，防止因冷凝水堵塞双极板上的流路沟槽，避免了气体成分发生偏差而影响发电反应。

所述的燃料电池双极板结构，所述基板、以及贴合在基板两面的上面板和下面板构成的具有空腔流路的双极板可与MEA（膜电极）10堆叠为燃料电池反应堆。

所述的燃料电池双极板结构，可通过高温高压装置将上面板和下面板分别烧结至基板的两侧。高压和高温将可抑制材料的晶粒生长、形成致密烧结体或者致密粘结界面，可将上、下面板的流路沟槽和基板紧密结合在一起，防止流路沟槽与基板边缘存在漏流，另外高温结合后的双极板，具有高度的平整性。

所述的燃料电池双极板结构，所述上面板2和下面板3设置的流路沟槽4为并行的蛇形流路。蛇形的流路沟槽不仅可增加流路的长度，还可在垂直方向上增加与短通道槽连通面积，即使冷凝水阻塞了部分蛇形流路沟槽，气体还可从其他地方通过短通道槽进入其他部分蛇形流路沟槽，有效解决了流路周围的催化剂层的气体供给量问题。

所述的燃料电池双极板结构，所述流路沟槽（4）与其肋部横跨流路沟槽的短通道槽（5）形成中空的形状。进一步增加水滴迅速散至其他流路沟槽上。

所述的燃料电池双极板结构，所述上面板2和下面板3的流路沟槽4的流路区域为矩形，其中流路沟槽的宽度为1-2mm，相邻两流路沟槽的肋部间距为1-2mm，作为燃料极的流路沟槽的深度为0.2mm-0.4mm，作为空气极的流路沟槽的深度为0.4mm-0.8mm，所述短道沟槽的间距为4-6mm，宽度为4-6mm,而作为燃料极的短道沟槽的深度为0.1-0.3mm，作为空气极的短道沟槽的深度为0.3-0.7mm。可以确保气体的流通顺利和肋部的接触面积，因发电时，空气的流量是燃料（氢气）的一倍以上，因此需要设置燃料极和空气极的流路沟槽深度不同，通过增加流路的断面积以保证空气极具有充足的空气和不会産生圧損（圧力損失）。

所述的燃料电池双极板结构，所述基板1、上面板2和下面板3左右两侧均分别设置有相对应的进气口6、出气口7，所述进气口6与流路沟槽4之间，以及出气口7与流路沟槽4之间设置有供气体分流的凹槽8。为了气体能从进气口或者出气口流入到流路沟槽内，此外，还对气体有分流作用，将气体比较均匀的缓冲分流到各流路沟槽内。

所述的燃料电池双极板结构，所述制作双极板的材料为Ti（钛）或Ti合金（钛合金）或不锈钢或Ni-Cr-Fe（镍铬铁）等耐热合金。进一步的Ti（钛）或Ti合金（钛合金）为优选，具有耐腐蚀、重量轻等优点。