一種燃料電池用風(fēng)冷一體化雙極板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種燃料電池用風(fēng)冷一體化雙極板，包括陰極板和陽極板，所述的陰極板和陽極板之間設(shè)有至少一層散熱片，該散熱片上設(shè)有流體通道。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有散熱效果好、可靠性高、安裝方便、散熱片可以任意組合等優(yōu)點。
【專利說明】一種燃料電池用風(fēng)冷一體化雙極板
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于燃料電池【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種燃料電池用風(fēng)冷一體化雙極板?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]燃料電池是一種將氫和氧的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。燃料電池通常由多個電池單元構(gòu)成，每個電池單元包括兩個電極(陽極和陰極)，該兩個電極被電解質(zhì)元件隔開，并且彼此串聯(lián)地組裝，形成燃料電池堆。通過給每個電極供給適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)物，即給一個電極供給燃料而另一個供給氧化劑，實現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)，從而在電極之間形成電位差,并且因此產(chǎn)生電能。
[0003]為了給每個電極供給反應(yīng)物，使用通常稱為“雙極板”并且設(shè)置在每個單個電池的兩側(cè)的特定界面元件。這些雙極板通常是鄰近陽極或陰極支撐體放置的單個元件的形式。雙極板是燃料電池組的重要元件。燃料電池堆在運行過程中，雙極板執(zhí)行如下功能以維持燃料電池堆的最佳工作狀態(tài)以及使用壽命:(I)電池導(dǎo)電體，極板兩側(cè)分別形成陰極陽極，將一個個電池單元串聯(lián)以組成燃料電池堆；(2)通過流道向電極提供反應(yīng)氣(傳質(zhì))；(3)協(xié)調(diào)水與熱的管理，防止冷卻介質(zhì)及反應(yīng)氣體外漏；(4)向膜電極組件(MEA)提供結(jié)構(gòu)強度支持。
[0004]雙極板不但需要提供反應(yīng)物的流道，還需要排出反應(yīng)后生成水與熱量，避免因熱量蓄積而造成燃料電池的不能工作和壽命的縮短。為此，一般的設(shè)計方案是在陰極板背面設(shè)置導(dǎo)流槽作為冷卻介質(zhì)流道，通過冷卻介質(zhì)流道中高速氣流帶走反應(yīng)產(chǎn)生的熱。但是這種冷卻流道受導(dǎo)流板大小的限制。尤其是對風(fēng)冷型燃料電池，如CN202308177U，該專利通過在陰極板和陽極板上設(shè)有多條冷卻風(fēng)流道，加快電堆散熱速度。該類技術(shù)的缺點在于，因為冷卻通道直接設(shè)在陰、陽極板板上，一旦板的尺寸確定，就不能根據(jù)電池的大小來調(diào)整散熱面積，常常由于散熱面積有限，散熱效果差，造成燃料電池產(chǎn)生的熱量不能全部散掉，從而影響燃料電池的性能，或者增加冷卻風(fēng)扇的風(fēng)量來達到散熱的目的，但是這樣又增加了額外的功耗。另外，雙極板材料昂貴，如果直接在雙極板背面設(shè)冷卻流道，增加了制作難度，同時導(dǎo)致雙極板板體變厚,進一步增加材料成本。
[0005]另一種設(shè)計方式是將氧化劑直接充當(dāng)冷卻劑，因此雙極板上的氧化劑流道同時充當(dāng)冷卻劑流道。如CN1996647A，該專利將陰極流場板的氧化劑分配管道設(shè)計為開放性溝槽。該類技術(shù)的缺點在于，冷卻所需流量與氧化劑所需流量并不一致，且直接采用開放式流道供氧化劑，對空氣要求極高，適用環(huán)境極少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種散熱效果好、可靠性高的燃料電池用風(fēng)冷一體化雙極板。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種燃料電池用風(fēng)冷一體化雙極板，包括陰極板和陽極板，陰極板和陽極板上設(shè)有燃料進出流體孔和氧化劑進出流體孔，其特征在于，所述的陰極板和陽極板之間設(shè)有至少一層散熱片，該散熱片上設(shè)有流體通道，該流體通道的進出口暴露于空氣中呈開路狀態(tài)，冷卻空氣流經(jīng)流體通道對雙極板進行散熱。
[0008]所述的散熱片根據(jù)需要的散熱面積設(shè)置多層，各層散熱片上下疊加。
[0009]所述的散熱片設(shè)有1-10層，冷卻流體分別從各層散熱片一端流入，另一端流出。
[0010]所述的散熱片的材料為金屬材料。
[0011]所述的散熱片上流體通道由單排的多個平行連通槽組成，或雙排上下相對的多個平行凹槽組成，或雙排上下交錯的多個平行凹槽組成。
[0012]所述的連通槽或凹槽的截面形狀為矩形、梯形、半圓形、圓形、五角星形或多邊形。
[0013]所述的散熱片與陽極板和陰極板之間注塑成一整體。
[0014]所述的散熱片與散熱片之間、散熱片與陽極板和陰極板之間粘合成一整體。
[0015]所述的散熱片上開設(shè)有氧化劑進出口和燃料進出口。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0017]1.本發(fā)明散熱片可以根據(jù)需要上下疊加多層，以滿足不同的散熱需求，因而不受雙極板面積的限制，能有效控制燃料電池的溫度，從而提高了燃料電池的性能和壽命。
[0018]2.散熱片具有單獨性，與雙極板分開制作，降低了傳統(tǒng)雙極板背面沖壓冷卻流道面臨的工藝難度高和加工時間長。
[0019]3.散熱片形狀設(shè)計靈活，流體通道可以由散熱板沖壓形成串聯(lián)的通孔，或者在散熱板上打孔，孔的大小和形狀可以任意調(diào)整，操作靈活。
[0020]4.采用鋁合金等散熱好的材料，可以有效提高散熱能力。
[0021]5.雙極板可以通過注塑或者粘接做成整體，即一體化設(shè)置，大大提高電堆安裝的
可靠性。
[0022]6.本發(fā)明為開放式風(fēng)冷散熱設(shè)計，采用兩進兩出四孔的雙極板結(jié)構(gòu)，大大提高了電堆的密封性能，同時省略了冷卻流體所需的管路結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為第一種散熱片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為第二種雙極板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為第三種散熱片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4為第一種雙極板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5為第二種雙極板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖6為第三種雙極板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖7為燃料電池堆的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖8為燃料電池單電池組結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖9為散熱片與流體通道的示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0033]實施例1
[0034]如圖4所示，一種燃料電池用風(fēng)冷一體化雙極板，包括陰極板2和陽極板7，陰極板和陽極板上僅僅設(shè)置燃料進出流體孔和氧化劑進出流體孔，不設(shè)冷卻流體進出孔，所述的陰極板2和陽極板7之間設(shè)有一層散熱片3，該散熱片3上設(shè)有流體通道5。流體通道5由鋁合金板沖壓而成，即在鋁合金板兩側(cè)沖壓相對設(shè)置的截面為梯形的平行凹槽。如圖2所示。陰極板2上設(shè)有燃料流體通道4，陽極板7上設(shè)有氧化劑流體通道8。
[0035]陰極板2、散熱片3與陽極板7之間通過注塑成一整體，構(gòu)成一雙極板，該雙極板兩端設(shè)有燃料進出總流道和氧化劑進出總流道，如圖4所示燃料進總流道I和氧化劑進總流道6，上下相鄰雙極板的陰極板和陽極板之間夾設(shè)膜電極構(gòu)成單電池，多組單電池上下疊加形成燃料電池堆，如圖9所示。流體通道5的進出口暴露于空氣中，呈開路設(shè)計，即形成多個位于雙極板側(cè)面并聯(lián)的冷卻流體進出通道，空氣中的風(fēng)帶從流體通道中流過就可以實現(xiàn)對雙極板的散熱，不需要另設(shè)冷卻流體系統(tǒng)，簡化了電堆結(jié)構(gòu)，而且陰極板和陽極板上不需要設(shè)置冷卻流體進出孔。減少冷卻流體進出孔可以降低雙極板制作難度，加快工序，同時減少了冷卻流體進出孔所需的密封裝置，提高了電堆的密封性能。
[0036]實施例2
[0037]如圖5所示，一種燃料電池用風(fēng)冷一體化雙極板，包括陰極板2和陽極板7，所述的陰極板2和陽極板7之間設(shè)有兩層散熱片3，兩層散熱片3上設(shè)有流體通道5。流體通道5由鋁合金板沖壓而成，即在鋁合金板兩側(cè)沖壓上下相對設(shè)置的截面為梯形的平行凹槽。如圖2所示。陰極板2上設(shè)有燃料流體通道4，陽極板7上設(shè)有氧化劑流體通道8。
[0038]陰極板2、兩層散熱片3與陽極板7之間通過注塑成一整體，構(gòu)成一雙極板，該雙極板兩端設(shè)有燃料進出總流道和氧化劑進出總流道，如圖5所示燃料進總流道I和氧化劑進總流道6，上下相鄰雙極板的陰極板和陽極板之間夾設(shè)膜電極構(gòu)成單電池，如圖8所示，多組單電池上下疊加形成燃料電池堆。
[0039]燃料和氧氣分別從電堆兩端的燃料進出總流道和氧化劑進出總流道進入各雙極板對應(yīng)的燃料流體通道4和氧化劑流體通道8，從而在膜電極上進行反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量由空氣中的風(fēng)進入雙極板中間的散熱片散熱。
[0040]實施例3
[0041]如圖6所不,一種燃料電池用風(fēng)冷一體化雙極板,包括陰極板和陽極板,所述的陰極板和陽極板之間設(shè)有三層散熱片:散熱片a3-l，散熱片b3-2，散熱片c3-2，兩層散熱片上設(shè)有流體通道。流體通道由鋁合金板沖壓而成，即在鋁合金板兩側(cè)沖壓上下相對設(shè)置的截面為梯形的平行凹槽，散熱片a3-l，散熱片b3-2，散熱片c3-2上下疊加后設(shè)置在陰極板和陽極板之間。
[0042]陰極板、散熱片a3_l，散熱片b3_2，散熱片c3_2與陽極板之間通過膠黏劑粘合成一整體，構(gòu)成一雙極板，上下相鄰雙極板的陰極板和陽極板之間夾設(shè)膜電極構(gòu)成單電池，多組單電池上下疊加形成燃料電池堆。
[0043]實施例4
[0044]如圖1所示，散熱片3上設(shè)有流體通道。流體通道由鋁合金板沖壓而成，即在鋁合金板兩側(cè)沖壓交錯設(shè)置的截面為梯形的平行凹槽。其余同實施例1。
[0045]實施例5
[0046]如圖3所示，陰極板和陽極板之間設(shè)置上下疊加的散熱片10層，各層散熱片上設(shè)置相同的星型的流體通道，其余同實施例3。[0047]實施例6
[0048]參見圖1-8，陰極板和陽極板之間設(shè)置上下疊加的散熱片5層，各層散熱片上設(shè)置不同形狀的流體通道，即各層散熱片上開設(shè)的平行凹槽的截面形狀包括矩形、梯形、半圓形、三角形、五角星形和多邊形，其余同實施例1。
[0049]實施例7
[0050]所述的散熱片上開設(shè)的單排流體通道，由多條平行的截面為矩形的連通槽組成，其余同實施例1。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料電池用風(fēng)冷一體化雙極板，包括陰極板和陽極板，陰極板和陽極板上設(shè)有燃料進出流體孔和氧化劑進出流體孔，其特征在于，所述的陰極板和陽極板之間設(shè)有至少一層散熱片，該散熱片上設(shè)有流體通道，該流體通道的進出口暴露于空氣中呈開路狀態(tài)，冷卻空氣流經(jīng)流體通道對雙極板進行散熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池用風(fēng)冷一體化雙極板，其特征在于，所述的散熱片根據(jù)需要的散熱面積設(shè)置多層，各層散熱片上下疊加。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種燃料電池用風(fēng)冷一體化雙極板，其特征在于，所述的散熱片設(shè)有1-10層，冷卻流體分別從各層散熱片一端流入，另一端流出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池用風(fēng)冷一體化雙極板，其特征在于，所述的散熱片的材料為金屬材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池用風(fēng)冷一體化雙極板，其特征在于，所述的散熱片上流體通道由單排的多個平行連通槽組成，或雙排上下相對的多個平行凹槽組成，或雙排上下交錯的多個平行凹槽組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種燃料電池用風(fēng)冷一體化雙極板，其特征在于，所述的連通槽或凹槽的截面形狀為矩形、梯形、半圓形、圓形、五角星形或多邊形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池用風(fēng)冷一體化雙極板，其特征在于，所述的散熱片與陽極板和陰極板之間注塑成一整體。
8.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種燃料電池用風(fēng)冷一體化雙極板，其特征在于，所述的散熱片與散熱片之間、散熱片與陽極板和陰極板之間粘合成一整體。
【文檔編號】H01M8/04GK103915631SQ201210592538
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】高勇, 鄭勤勇 申請人:上海恒勁動力科技有限公司