一种燃料电池用风冷一体化双极板的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种燃料电池用风冷一体化双极板，包括阴极板和阳极板，所述的阴极板和阳极板之间设有至少一层散热片，该散热片上设有流体通道。与现有技术相比，本发明具有散热效果好、可靠性高、安装方便、散热片可以任意组合等优点。
【专利说明】一种燃料电池用风冷一体化双极板
【技术领域】
[0001]本发明属于燃料电池【技术领域】，尤其是涉及一种燃料电池用风冷一体化双极板。【背景技术】
[0002]燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。燃料电池通常由多个电池单元构成，每个电池单元包括两个电极(阳极和阴极)，该两个电极被电解质元件隔开，并且彼此串联地组装，形成燃料电池堆。通过给每个电极供给适当的反应物，即给一个电极供给燃料而另一个供给氧化剂，实现电化学反应，从而在电极之间形成电位差,并且因此产生电能。
[0003]为了给每个电极供给反应物，使用通常称为“双极板”并且设置在每个单个电池的两侧的特定界面元件。这些双极板通常是邻近阳极或阴极支撑体放置的单个元件的形式。双极板是燃料电池组的重要元件。燃料电池堆在运行过程中，双极板执行如下功能以维持燃料电池堆的最佳工作状态以及使用寿命:(I)电池导电体，极板两侧分别形成阴极阳极，将一个个电池单元串联以组成燃料电池堆；(2)通过流道向电极提供反应气(传质)；(3)协调水与热的管理，防止冷却介质及反应气体外漏；(4)向膜电极组件(MEA)提供结构强度支持。
[0004]双极板不但需要提供反应物的流道，还需要排出反应后生成水与热量，避免因热量蓄积而造成燃料电池的不能工作和寿命的缩短。为此，一般的设计方案是在阴极板背面设置导流槽作为冷却介质流道，通过冷却介质流道中高速气流带走反应产生的热。但是这种冷却流道受导流板大小的限制。尤其是对风冷型燃料电池，如CN202308177U，该专利通过在阴极板和阳极板上设有多条冷却风流道，加快电堆散热速度。该类技术的缺点在于，因为冷却通道直接设在阴、阳极板板上，一旦板的尺寸确定，就不能根据电池的大小来调整散热面积，常常由于散热面积有限，散热效果差，造成燃料电池产生的热量不能全部散掉，从而影响燃料电池的性能，或者增加冷却风扇的风量来达到散热的目的，但是这样又增加了额外的功耗。另外，双极板材料昂贵，如果直接在双极板背面设冷却流道，增加了制作难度，同时导致双极板板体变厚,进一步增加材料成本。
[0005]另一种设计方式是将氧化剂直接充当冷却剂，因此双极板上的氧化剂流道同时充当冷却剂流道。如CN1996647A，该专利将阴极流场板的氧化剂分配管道设计为开放性沟槽。该类技术的缺点在于，冷却所需流量与氧化剂所需流量并不一致，且直接采用开放式流道供氧化剂，对空气要求极高，适用环境极少。
【发明内容】
[0006]本发明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散热效果好、可靠性高的燃料电池用风冷一体化双极板。
[0007]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:一种燃料电池用风冷一体化双极板，包括阴极板和阳极板，阴极板和阳极板上设有燃料进出流体孔和氧化剂进出流体孔，其特征在于，所述的阴极板和阳极板之间设有至少一层散热片，该散热片上设有流体通道，该流体通道的进出口暴露于空气中呈开路状态，冷却空气流经流体通道对双极板进行散热。
[0008]所述的散热片根据需要的散热面积设置多层，各层散热片上下叠加。
[0009]所述的散热片设有1-10层，冷却流体分别从各层散热片一端流入，另一端流出。
[0010]所述的散热片的材料为金属材料。
[0011]所述的散热片上流体通道由单排的多个平行连通槽组成，或双排上下相对的多个平行凹槽组成，或双排上下交错的多个平行凹槽组成。
[0012]所述的连通槽或凹槽的截面形状为矩形、梯形、半圆形、圆形、五角星形或多边形。
[0013]所述的散热片与阳极板和阴极板之间注塑成一整体。
[0014]所述的散热片与散热片之间、散热片与阳极板和阴极板之间粘合成一整体。
[0015]所述的散热片上开设有氧化剂进出口和燃料进出口。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0017]1.本发明散热片可以根据需要上下叠加多层，以满足不同的散热需求，因而不受双极板面积的限制，能有效控制燃料电池的温度，从而提高了燃料电池的性能和寿命。
[0018]2.散热片具有单独性，与双极板分开制作，降低了传统双极板背面冲压冷却流道面临的工艺难度高和加工时间长。
[0019]3.散热片形状设计灵活，流体通道可以由散热板冲压形成串联的通孔，或者在散热板上打孔，孔的大小和形状可以任意调整，操作灵活。
[0020]4.采用铝合金等散热好的材料，可以有效提高散热能力。
[0021]5.双极板可以通过注塑或者粘接做成整体，即一体化设置，大大提高电堆安装的
可靠性。
[0022]6.本发明为开放式风冷散热设计，采用两进两出四孔的双极板结构，大大提高了电堆的密封性能，同时省略了冷却流体所需的管路结构和控制系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为第一种散热片的结构示意图；
[0024]图2为第二种双极板的结构示意图；
[0025]图3为第三种散热片的结构示意图；
[0026]图4为第一种双极板的结构示意图；
[0027]图5为第二种双极板的结构示意图；
[0028]图6为第三种双极板的结构示意图；
[0029]图7为燃料电池堆的结构示意图；
[0030]图8为燃料电池单电池组结构示意图；
[0031]图9为散热片与流体通道的示意图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0033]实施例1
[0034]如图4所示，一种燃料电池用风冷一体化双极板，包括阴极板2和阳极板7，阴极板和阳极板上仅仅设置燃料进出流体孔和氧化剂进出流体孔，不设冷却流体进出孔，所述的阴极板2和阳极板7之间设有一层散热片3，该散热片3上设有流体通道5。流体通道5由铝合金板冲压而成，即在铝合金板两侧冲压相对设置的截面为梯形的平行凹槽。如图2所示。阴极板2上设有燃料流体通道4，阳极板7上设有氧化剂流体通道8。
[0035]阴极板2、散热片3与阳极板7之间通过注塑成一整体，构成一双极板，该双极板两端设有燃料进出总流道和氧化剂进出总流道，如图4所示燃料进总流道I和氧化剂进总流道6，上下相邻双极板的阴极板和阳极板之间夹设膜电极构成单电池，多组单电池上下叠加形成燃料电池堆，如图9所示。流体通道5的进出口暴露于空气中，呈开路设计，即形成多个位于双极板侧面并联的冷却流体进出通道，空气中的风带从流体通道中流过就可以实现对双极板的散热，不需要另设冷却流体系统，简化了电堆结构，而且阴极板和阳极板上不需要设置冷却流体进出孔。减少冷却流体进出孔可以降低双极板制作难度，加快工序，同时减少了冷却流体进出孔所需的密封装置，提高了电堆的密封性能。
[0036]实施例2
[0037]如图5所示，一种燃料电池用风冷一体化双极板，包括阴极板2和阳极板7，所述的阴极板2和阳极板7之间设有两层散热片3，两层散热片3上设有流体通道5。流体通道5由铝合金板冲压而成，即在铝合金板两侧冲压上下相对设置的截面为梯形的平行凹槽。如图2所示。阴极板2上设有燃料流体通道4，阳极板7上设有氧化剂流体通道8。
[0038]阴极板2、两层散热片3与阳极板7之间通过注塑成一整体，构成一双极板，该双极板两端设有燃料进出总流道和氧化剂进出总流道，如图5所示燃料进总流道I和氧化剂进总流道6，上下相邻双极板的阴极板和阳极板之间夹设膜电极构成单电池，如图8所示，多组单电池上下叠加形成燃料电池堆。
[0039]燃料和氧气分别从电堆两端的燃料进出总流道和氧化剂进出总流道进入各双极板对应的燃料流体通道4和氧化剂流体通道8，从而在膜电极上进行反应，反应产生的热量由空气中的风进入双极板中间的散热片散热。
[0040]实施例3
[0041]如图6所不,一种燃料电池用风冷一体化双极板,包括阴极板和阳极板,所述的阴极板和阳极板之间设有三层散热片:散热片a3-l，散热片b3-2，散热片c3-2，两层散热片上设有流体通道。流体通道由铝合金板冲压而成，即在铝合金板两侧冲压上下相对设置的截面为梯形的平行凹槽，散热片a3-l，散热片b3-2，散热片c3-2上下叠加后设置在阴极板和阳极板之间。
[0042]阴极板、散热片a3_l，散热片b3_2，散热片c3_2与阳极板之间通过胶黏剂粘合成一整体，构成一双极板，上下相邻双极板的阴极板和阳极板之间夹设膜电极构成单电池，多组单电池上下叠加形成燃料电池堆。
[0043]实施例4
[0044]如图1所示，散热片3上设有流体通道。流体通道由铝合金板冲压而成，即在铝合金板两侧冲压交错设置的截面为梯形的平行凹槽。其余同实施例1。
[0045]实施例5
[0046]如图3所示，阴极板和阳极板之间设置上下叠加的散热片10层，各层散热片上设置相同的星型的流体通道，其余同实施例3。[0047]实施例6
[0048]参见图1-8，阴极板和阳极板之间设置上下叠加的散热片5层，各层散热片上设置不同形状的流体通道，即各层散热片上开设的平行凹槽的截面形状包括矩形、梯形、半圆形、三角形、五角星形和多边形，其余同实施例1。
[0049]实施例7
[0050]所述的散热片上开设的单排流体通道，由多条平行的截面为矩形的连通槽组成，其余同实施例1。
【权利要求】
1.一种燃料电池用风冷一体化双极板，包括阴极板和阳极板，阴极板和阳极板上设有燃料进出流体孔和氧化剂进出流体孔，其特征在于，所述的阴极板和阳极板之间设有至少一层散热片，该散热片上设有流体通道，该流体通道的进出口暴露于空气中呈开路状态，冷却空气流经流体通道对双极板进行散热。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池用风冷一体化双极板，其特征在于，所述的散热片根据需要的散热面积设置多层，各层散热片上下叠加。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池用风冷一体化双极板，其特征在于，所述的散热片设有1-10层，冷却流体分别从各层散热片一端流入，另一端流出。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池用风冷一体化双极板，其特征在于，所述的散热片的材料为金属材料。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池用风冷一体化双极板，其特征在于，所述的散热片上流体通道由单排的多个平行连通槽组成，或双排上下相对的多个平行凹槽组成，或双排上下交错的多个平行凹槽组成。
6.根据权利要求6所述的一种燃料电池用风冷一体化双极板，其特征在于，所述的连通槽或凹槽的截面形状为矩形、梯形、半圆形、圆形、五角星形或多边形。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池用风冷一体化双极板，其特征在于，所述的散热片与阳极板和阴极板之间注塑成一整体。
8.根据权利要求8所述的一种燃料电池用风冷一体化双极板，其特征在于，所述的散热片与散热片之间、散热片与阳极板和阴极板之间粘合成一整体。
【文档编号】H01M8/04GK103915631SQ201210592538
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年12月31日 优先权日:2012年12月31日
【发明者】高勇, 郑勤勇 申请人:上海恒劲动力科技有限公司