一种燃料电池双极板的制作方法

本实用新型属于燃料电池领域，涉及一种燃料电池双极板。

背景技术：

目前，随着化石燃料的大量使用，温室效应已成为全球最紧迫的环境问题之一，因此产生了对新型清洁能源技术的强烈需求。燃料电池作为一种清洁能源正受到越来越多的关注。在各种类型的燃料电池中，质子交换膜燃料电池(pemfc)是最有前途的一种，拥有着能量转化效率高、工作温度低、可使用多种燃料、无噪音及零排放等优点。

一个pemfc单元是由双极板(阳极板和阴极板)及夹在双极板中间的膜电极组件(mea)依次叠加组成。mea负责电化学反应，而双极板主要起支撑、集流、隔开燃料和氧化剂，并引导反应物均匀分配到电极各处，同时确保电池在工作时温度分布均匀，及时排走反应产物和废热。

现有研究表明，若极板流场设计不合理，流动阻力较大，使得燃料和氧化剂供应不均，反应产生的水无法及时排走，会严重阻碍电化学反应的进行，同时破坏电池内部恒定均匀地温度分布，造成pemfc的性能、寿命下降。因此优化极板的流场设计，使得反应物的流场及电池内部的温度场均匀分布，对于保证pemfc的性能有重要意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种燃料电池双极板，该双极板的流动阻力较小，且能够使得电池内部温度场分布较为均匀。

为达到上述目的，本实用新型所述的燃料电池双极板包括阳极板、阴极板及两片冷却板，其中，阳极板与一片冷却板自下到上依次叠加覆盖连接，阴极板与另一片冷却板自上到下依次叠加覆盖连接，阳极板及阴极板与夹在阳极板和阴极板之间的膜电极组成一个燃料电池单元；

其中，阳极板的上表面设置有氢气水平流通通道，阴极板的上表面设置有空气水平流通通道，冷却板的上表面设置有冷却液水平流通通道，且氢气水平流通通道、空气水平流通通道及冷却液水平流通通道对齐；

阳极板上、阴极板上及冷却板上均开设有若干氢气垂直流通通道、空气垂直流通通道及冷却液垂直流通通道，阳极板上的氢气垂直流通通道与阴极板上的氢气垂直流通通道及冷却板上的氢气垂直流通通道对齐；阳极板上的空气垂直流通通道与阴极板上的空气垂直流通通道及冷却板上的空气垂直流通通道对齐；阳极板上的冷却液垂直流通通道与阴极板上的冷却液垂直流通通道及冷却板上的冷却液垂直流通通道对齐；

阳极板上的各氢气垂直流通通道与氢气水平流通通道相连通，阴极板上的各空气垂直流通通道与空气水平流通通道相连通，冷却板上的各冷却液垂直流通通道与冷却液水平流通通道相连通。

所述氢气水平流通通道的底部、空气水平流通通道的底部及冷却液水平流通通道的底部均设置有若干凸起。

各凸起的横截面为水滴形结构、s形结构、z字形结构、椭圆形结构及半椭圆形结构中的一种或两种。

冷却板上凸起的轴线与阳极板上凸起的轴线及阴极板上凸起的轴线均相垂直。

在阳极板上，各氢气垂直流通通道分布于氢气水平流通通道的左右两侧，且分别位于氢气水平流通通道对角的位置处；

各空气垂直流通通道分布于氢气水平流通通道的左右两侧，且分别位于氢气水平流通通道对角的位置处；

各冷却液垂直流通通道分布于氢气水平流通通道的前后两侧。

阳极板、阴极板及冷却板的材质均为石墨、不锈钢、铝合金、钛基金属或镍基金属。

阳极板上的氢气水平流通通道、阴极板上的空气水平流通通道和冷却板上的冷却液水平流通通道均采用车床、冲压、焊接或化学蚀刻的工艺加工而成。

阳极板、阴极板及冷却板之间通过螺栓连接、焊接或粘接的方式相连接。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型所述的燃料电池双极板在具体工作时，氢气、空气和冷却液分别在氢气垂直流通通道、空气垂直流通通道和冷却液垂直流通通道内流动，其中，氢气进入氢气水平流通通道中，空气进入空气水平流通通道中，冷却液进入冷却液水平流通通道中，氢气、空气及冷却液的流通独立进行，且氢气水平流通通道、空气水平流通通道及冷却液水平流通通道对齐，以避免传统燃料电池中反应物分布不均的现象，同时有利于反应物在流动过程中向催化剂方向的扩散传质，并且能够及时将水等反应产物带出电池，避免电池内部因湿度过高而对电化学反应产生不利影响，最后需要说明的是，本实用新型能够在提高反应物流动绕动的同时，确保将反应物流动阻力控制在最低水平，同时能够带动电池内部反应产生的热量，使得燃料电池的工作温度保持在最佳温度区间内。

附图说明

图1为本实用新型中阳极板1上氢气水平流通通道8的结构示意图；

图2为本实用新型中阳极板1的结构示意图；

图3为本实用新型中阴极板6上空气水平流通通道9的结构示意图；

图4为本实用新型中阴极板6的结构示意图；

图5为本实用新型中冷却板7上冷却液水平流通通道10的结构示意图；

图6为本实用新型中冷却板7的结构示意图。

其中，1为阳极板、2为氢气垂直流通通道、3为空气垂直流通通道、4为冷却液垂直流通通道、5为凸起、6为阴极板、7为冷却板、8为氢气水平流通通道、9为空气水平流通通道、10为冷却液水平流通通道。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参考图1至图6，本实用新型所述的燃料电池双极板包括阳极板1、阴极板6及两片冷却板7，其中，阳极板1与一片冷却板7自下到上依次叠加覆盖连接，阴极板6与另一片冷却板7自上到下依次叠加覆盖连接，阳极板1及阴极板6与夹在阳极板1和阴极板6之间的膜电极组成一个燃料电池单元，具体的，阳极板1、阴极板6及冷却板7之间通过螺栓连接、焊接或粘接的方式相连接。

阳极板1的上表面设置有氢气水平流通通道8，阴极板6的上表面设置有空气水平流通通道9，冷却板7的上表面设置有冷却液水平流通通道10，且氢气水平流通通道8、空气水平流通通道9及冷却液水平流通通道10对齐；阳极板1上、阴极板6上及冷却板7上均开设有若干氢气垂直流通通道2、空气垂直流通通道3及冷却液垂直流通通道4，阳极板1上的氢气垂直流通通道2与阴极板6上的氢气垂直流通通道2及冷却板7上的氢气垂直流通通道2对齐；阳极板1上的空气垂直流通通道3与阴极板6上的空气垂直流通通道3及冷却板7上的空气垂直流通通道3对齐；阳极板1上的冷却液垂直流通通道4与阴极板6上的冷却液垂直流通通道4及冷却板7上的冷却液垂直流通通道4对齐；阳极板1上的各氢气垂直流通通道2与氢气水平流通通道8相连通，阴极板6上的各空气垂直流通通道3与空气水平流通通道9相连通，冷却板7上的各冷却液垂直流通通道4与冷却液水平流通通道10相连通。

所述氢气水平流通通道8的底部、空气水平流通通道9的底部及冷却液水平流通通道10的底部均设置有若干凸起5，各凸起5的横截面为水滴形结构、s形结构、z字形结构、椭圆形结构及半椭圆形结构中的一种或两种，冷却板7上凸起5的轴线与阳极板1上凸起5的轴线及阴极板6上凸起5的轴线均相垂直，以提高反应物流动绕动的同时，确保将反应物流动阻力控制在最低水平。

各氢气垂直流通通道2分布于氢气水平流通通道8的左右两侧，且分别位于氢气水平流通通道8对角的位置处；各空气垂直流通通道3分布于氢气水平流通通道8的左右两侧，且分别位于氢气水平流通通道8对角的位置处；各冷却液垂直流通通道4分布于氢气水平流通通道8的前后两侧。

阳极板1、阴极板6及冷却板7的材质均为石墨、不锈钢、铝合金、钛基金属或镍基金属；阳极板1上的氢气水平流通通道8、阴极板6上的空气水平流通通道9和冷却板7上的冷却液水平流通通道10均采用车床、冲压、焊接或化学蚀刻的工艺加工而成。

本实用新型在具体工作时，氢气、空气和冷却液分别在氢气垂直流通通道2、空气垂直流通通道3和冷却液垂直流通通道4内流动，其中，氢气进入氢气水平流通通道8中，参与电化学反应并带走阳极板1内部多余的水分；空气进入空气水平流通通道9中，参与电化学反应并带走阴极板6内部多余的水分；冷却液进入冷却液水平流通通道10中，带走电池产生的废热，使燃料电池的工作温度保持在最佳温度区间内。