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CN2694502Y - 组合式质子交换膜电池双极板 - Google Patents

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CN2694502Y
CN2694502Y CNU2004200290044U CN200420029004U CN2694502Y CN 2694502 Y CN2694502 Y CN 2694502Y CN U2004200290044 U CNU2004200290044 U CN U2004200290044U CN 200420029004 U CN200420029004 U CN 200420029004U CN 2694502 Y CN2694502 Y CN 2694502Y
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田建华
梁宝臣
单忠强
位辰先
朱科
陈延禧
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Tianjin University
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Tianjin University
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
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Abstract

本实用新型提出了一种组合式质子交换膜电池双极板，它是由极板框(1)、流场板(7)和分隔板(8)组成；在分隔板的两边分别设置极板框，流场板镶嵌在极板框内；极板框上设置有氧化剂进口(2)、氧化剂出口(3)、燃料进口(4)、燃料出口(5)和进(出)口暗孔道(6)，极板框面向分隔板一侧设置暗孔道；流场板背向分隔板一侧设置流道。本实用新型的双极板具有重量轻、材料成本低、加工成本低和易密封的特点。其输出功率与整体结构的石墨双极板相当。

Description

组合式质子交换膜电池双极板
技术领域
本实用新型涉及质子交换膜燃料电池技术领域，提出了一种组合式质子交换膜电池双极板。
背景技术
质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)具有能量转化效率高，比能量大，启动迅速和环境友好等一系列优点，是未来效率最高及最清洁的发电技术之一。
双极板是质子交换膜燃料电池的重要部件，起集流、分隔氧化剂和燃料并引导氧化剂和燃料在电池内电极表面流动的作用。双极板材料的选择及其制备技术不但直接影响电池性能，而且对降低电池成本、提高电池比功率和比能量至关重要。
对质子交换膜电池双极板的基本要求是：①必须具有阻气功能；②必须是电的良导体；③必须具有高的热传导能力；④必须具有抗腐蚀能力。目前质子交换膜双极板多采用整体结构的无孔硬石墨板或不锈钢板。无孔石墨板一般由炭粉或石墨粉与可石墨化的树脂制备。石墨化需按严格的升温程序进行，温度通常高于2500℃，而且时间周期很长。所以，这一制造过程导致无孔石墨板价格的高昂。而且，在石墨板上通常采用数控机床加工各种结构复杂的流场流道，相当费时而且加工费用高。采用整体不锈钢材料双极板存在的问题是价格高、易腐蚀、重量大、难加工。而且电极扩散层(如炭纸)与不锈钢材料的接触电阻大，影响电池的输出功率。
Alan J.Cisar等人的专利US2003/0232234中，曾提出一种组合式结构的双极板。其特点是按一定规律排列的导电柱穿过并嵌在一块导电或不导电的阻气薄板上，组成流场板。这种设计使流场板的加工和密封难度极大。
发明内容
本实用新型提供了一种组合式质子交换膜电池双极板，它是由极板框1、流场板7和分隔板8组成；在分隔板的两边分别设置有极板框，流场板镶嵌在极板框内；极板框上设置有氧化剂进口2、氧化剂出口3、燃料进口4、燃料出口5和进出口暗孔道6；极板框面向分隔板一侧设置暗孔道；流场板背向分隔板一侧设置流道。
其中极板框中间为矩形或方形孔；流场板上流道设置为点状、网状、多孔体、平行或蛇形沟槽等；分隔板的厚度为0.1～1.0mm；分隔板上设置有定位孔。
极板框采用耐温合成树脂类材料，如聚碳酸酯、环氧树脂、不饱和聚脂、聚酰亚胺和ABS等；采用铸模、机械加工或冲压成型。
流场板嵌于极板框的中间区域。流场板可采用柔性石墨材料、普通石墨或经表面修饰的泡沫镍材料。柔性石墨流场板可模铸成型；石墨材料流场板(指普通石墨板或无孔石墨板)可采用简单机床加工流道沟槽。
分隔板采用高电导性、耐腐蚀的金属材料，如不锈钢薄板、表面用钛基合金修饰的不锈钢薄板，分隔板厚度应在0.1～1.0mm。
在极板框朝向分隔板一侧，氧化剂或燃料的进(出)口与流场板之间有平行沟槽，这些平行沟槽在极板框与分隔板组合后形成暗孔道。
具有上述技术特征的双极板与整体结构的双极板相比，具有重量轻、材料成本低、加工成本低和易密封的特点。其输出功率与整体结构的石墨双极板相当。
附图说明
图1：极板框结构示意图；
图2：图1中A-A剖面图；
图3：流场板结构示意图；
图4：分隔板结构示意图；
图5：组合式双极板装配示意图
其中：(1)极板框(2)氧化剂进口(3)氧化剂出口(4)燃料进口
(5)燃料出口(6)进(出)口暗孔道(7)流场板(8)分隔板
(9)定位孔(10)阳极(11)阴极(12)质子交换膜
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：
采用如图1和图2所示的极板框，极板框采用聚碳酸酯冲压成型。极板框中间为方形孔，极板框上设置有氧化剂进口2、氧化剂出口3、燃料进口4、燃料出口5，暗孔道6；采用如图3所示的蛇形流道流场板7，采用柔性石墨材料模铸成型；分隔板采用图4所示的分隔板8，分隔板采用高电导性、耐腐蚀的不锈钢薄板，在分隔板上与极板框对应的位置上设置有氧化剂进口2、氧化剂出口3、燃料进口4、燃料出口5，分隔板的厚度为0.3mm。
将两片极板框1与一片分隔板8按定位孔9定位，压力粘合，然后将流场板镶嵌在与其形状、尺寸相同的极板框的方形孔内。组成的双极板如图5所示。
在质子交换膜燃料电池中，由阳极10、阴极11和质子交换膜12组成的膜电极与双极板交替排列，如果双极板的一侧朝向膜电极的阳极，则另一侧朝向膜电极的阴极。图5所示的阳极10和阴极11分别由经PTFE疏水处理的碳纸(EC-TP1-060，日本Toray公司)和质量分数为20％的铂-炭(Pt/C)催化剂(英国Johnson Matthey公司)组成。将阳极、阴极与处理好的质子交换膜(12，Nafion115，美国杜邦公司)在0.35MPa、132□下热压90s，即制成膜电极。

Claims (10)

1.一种组合式质子交换膜电池双极板，它是由极板框(1)、流场板(7)和分隔板(8)组成；其特征是：在分隔板的两边分别设置有极板框，流场板镶嵌在极板框内；极板框上设置有氧化剂进口(2)、氧化剂出口(3)、燃料进口(4)、燃料出口(5)和进出口暗孔道(6)；极板框面向分隔板一侧设置暗孔道；流场板背向分隔板一侧设置流道。
2.如权利要求1所述的一种组合式质子交换膜电池双极板，其特征是所述的极板框中间为矩形或正方形孔。
3.如权利要求1所述的一种组合式质子交换膜电池双极板，其特征是所述的流场板上流道为点状、网状、多孔体、平行或蛇形沟槽。
4.如权利要求1所述的一种组合式质子交换膜电池双极板，其特征是所述的分隔板的厚度为0.1～1.0mm；分隔板上设置有定位孔。
5.如权利要求1所述的一种组合式质子交换膜电池双极板，其特征是所述的极板框采用耐温合成树脂材料。
6.如权利要求4所述的一种组合式质子交换膜电池双极板，其特征是所述的极板框材料为聚碳酸酯、环氧树脂、不饱和聚脂、聚酰亚胺或ABS。
7.如权利要求1所述的一种组合式质子交换膜电池双极板，其特征是所述的流场板采用柔性石墨材料、普通石墨或经表面修饰的泡沫镍材料。
8.如权利要求1所述的一种组合式质子交换膜电池双极板，其特征是所述的分隔板采用高电导性、耐腐蚀的金属材料。
9.如权利要求1所述的一种组合式质子交换膜电池双极板，其特征是所述的分隔板采用不锈钢薄板或表面用钛基合金修饰的不锈钢薄板。
10.如权利要求1所述的一种组合式质子交换膜电池双极板，其特征是所述的极板框朝向分隔板一侧，氧化剂或燃料的进出口与流场板之间有平行沟槽，这些平行沟槽在极板框与分隔板组合后形成暗孔道。
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