一种空冷燃料电池三腔双极板及燃料电池的制作方法

1.本实用新型涉及质子交换膜燃料电池技术领域，尤其涉及一种空冷燃料电池三腔双极板及燃料电池。


背景技术：

2.双极板是燃料电池的核心部件之一，其作用是分隔反应气体，收集电流，支撑膜电极以及排出电池反应产生的废热等。传统的液体冷却剂双极板为三腔结构，液体冷却剂电池系统需要有一个包括水箱、水泵，散热器和控制等的冷却子系统，燃料电池发电产生的废热通过冷却剂带出电池堆进入散热器，通过散热器把废热排入大气，为了简化燃料电池系统，人们提出了空冷燃料电池系统，双极板为两腔结构，电池堆的阴极是敞开系统，大量的空气直接进入阴极，部分空气中的氧气参与电化学反应，大部分空气作为冷却剂将电化学反应热直接带出电池系统，其特点是结构简单，无冷却子系统，适用于小功率应用场合。
3.不足之处是阴极直接暴露在没有净化的的空气中，容易被空气中颗粒物污染，同时无法独立控制阴极表面的湿度，电池系统的环境适应能力差。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种空冷燃料电池三腔双极板及燃料电池，以克服现有技术存在的上述不足。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种空冷燃料电池三腔双极板，其特征在于，包括固定连接在一起的阳极单极板和阴极单极板，所述阳极单极板包括平行交错排列且槽口方向相反的阳极流场沟槽和阳极冷却槽，所述阴极单极板包括平行交错排列且槽口方向相反的阴极流场沟槽和阴极冷却槽，所述阳极流场沟槽的槽底与所述阴极流场沟槽的槽底对应连接，所述阳极冷却槽的槽口与所述阴极冷却槽的槽口相对形成冷却空气通道，所述阳极单极板的两端分别设有与所述阳极流场沟槽连通的氢气入口和氢气出口，所述阴极单极板的两端分别设有与所述阴极流场沟槽连通的空气入口和空气出口，所述阳极单极板和阴极单极板的两端均设有开口结构并形成与所述冷却空气通道连通的冷却空气入口和冷却空气出口。
6.优选地，所述阳极单极板和阴极单极板均由0.1mm-0.2mm厚的不锈钢板采用模压技术制成。
7.优选地，所述阳极单极板的宽度为300mm-500mm，长度为35mm-50mm，阳极流场沟槽的槽深为0.4mm-0.6mm，槽宽为0.9mm-1.2mm，台宽1mm-1.2mm。
8.优选地，所述阴极单极板的宽度为300mm-500mm，长度为35mm-50mm，阴极流场沟槽的槽深为0.8mm-1.0mm，槽宽为0.9mm-1.2mm，台宽1.2mm-1.4mm。
9.优选地，所述阳极单极板和阴极单极板均为矩形版，所述氢气入口和氢气出口呈对角设置，所述空气入口和空气出口呈对角设置。
10.优选地，所述氢气入口和氧气出口位于双极板的一端，所述冷却空气入口位于所
述氢气入口和氧气出口之间且其宽度等于所述氢气入口和氧气出口之间的距离，所述氢气出口和氧气入口位于双极板的另一端，所述冷却空气出口位于所述氢气出口和氧气入口之间且其宽度等于所述氢气出口和氧气入口之间的距离。
11.优选地，还包括风扇，所述风扇设在所述冷却空气入口处。
12.优选地，所述风扇设有空气净化器。
13.本实用新型还提供了一种燃料电池，包括所述的空冷燃料电池三腔双极板。
14.本实用新型的空冷燃料电池三腔双极板及燃料电池通过改造水冷燃料电池的双极板结构，结合空冷燃料电池系统简短的优势，提出了一种氧化剂空气和散热空气隔开独立控制的三腔双极板新型结构，在双极板的两端开设冷却空气入口和冷却空气出口，使外界空气进入冷却空气通道进行冷却散热，把传统的液体冷却双极板长度缩短，宽度加宽，减小空气冷却风扇的阻力降，氧化剂空气可以独立控制流量和湿度，并进行必要的净化，电池操作温度可以远高于传统的风冷电池，从而电池性能大幅度提高，电池堆温度可以远高传统于两通道风冷电堆，降低了排热压力。这种空冷燃料电池三腔双极板把燃料电池系统的散热器有机地与电池堆结合在一起，即把传统液体冷却电池系统的散热器直接结成到电堆上，省却了电池系统的冷却子系统，从而大大简化了燃料电池发电系统。
附图说明
15.图1为本实用新型实施例的空冷燃料电池三腔双极板的结构示意图；
16.图2为本实用新型实施例的空冷燃料电池三腔双极板的截面图。
17.图中，1：双极板；2：氢气入口；3：氢气出口；4：空气入口；5：空气出口；6：冷却空气入口；7：冷却空气出口；8：阳极单极板；9：阴极单极板；10：阳极流场沟槽；11：阴极流场沟槽；12：冷却空气通道。
具体实施方式
18.下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
19.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
20.如图1、2所示，本实施例的空冷燃料电池三腔双极板包括：固定连接在一起的阳极单极板8和阴极单极板9，阳极单极板8包括平行交错排列且槽口方向相反的阳极流场沟槽10和阳极冷却槽，阴极单极板9包括平行交错排列且槽口方向相反的阴极流场沟槽11和阴极冷却槽，阳极流场沟槽10的槽底与阴极流场沟槽11的槽底对应连接，阳极冷却槽的槽口
与阴极冷却槽的槽口相对形成冷却空气通道12，阳极单极板8的两端分别设有与阳极流场沟槽10连通的氢气入口2和氢气出口3，阴极单极板9的两端分别设有与阴极流场沟槽11连通的空气入口和空气出口，阳极单极板8和阴极单极板9的两端均设有开口结构并形成与冷却空气通道连通12的冷却空气入口6和冷却空气出口7。
21.阳极单极板8和阴极单极板9均由0.1mm-0.2mm厚的不锈钢板采用模压技术制成。双极板1的表面导电耐腐蚀采用与液体冷却电池双极板1相同的方法处理。阳极单极板8的宽度为300mm-500mm，长度为35mm-50mm，阳极流场沟槽10的槽深为0.4mm-0.6mm，槽宽为0.9mm-1.2mm，台宽1mm-1.2mm。阴极单极板9的宽度为300mm-500mm，长度为35mm-50mm，阴极流场沟槽11的槽深为0.8mm-1.0mm，槽宽为0.9mm-1.2mm，台宽1.2mm-1.4mm。
22.阳极单极板8和阴极单极板9均为矩形版，氢气入口2和氢气出口3呈对角设置，空气入口和空气出口呈对角设置。氢气入口2和氧气出口5位于双极板1的一端，冷却空气入口6位于氢气入口2和氧气出口5之间且其宽度等于氢气入口2和氧气出口5之间的距离，氢气出口3和氧气入口4位于双极板1的另一端，冷却空气出口7位于氢气出口3和氧气入口4之间且其宽度等于氢气出口3和氧气入口4之间的距离。
23.本实施例的空冷燃料电池三腔双极板还包括风扇，风扇设在冷却空气入口6处。风扇设有空气净化器。利用风扇直接驱动冷却空气将电池堆产生的废热带出电池，不需要再增设冷却系统。风扇还可以设有空气净化器。
24.本实施例的燃料电池可以为质子交换膜燃料电池，包括所述的空冷燃料电池三腔双极板。
25.本实用新型的空冷燃料电池三腔双极板及燃料电池通过改造水冷燃料电池的双极板结构，结合空冷燃料电池系统简短的优势，提出了一种氧化剂空气和散热空气隔开独立控制的三腔双极板新型结构，在双极板的两端开设冷却空气入口和冷却空气出口，使外界空气进入冷却空气通道进行冷却散热，把传统的液体冷却双极板长度缩短，宽度加宽，减小空气冷却风扇的阻力降，氧化剂空气可以独立控制流量和湿度，并进行必要的净化，电池操作温度可以远高于传统的风冷电池，从而电池性能大幅度提高，电池堆温度可以远高传统于两通道风冷电堆，降低了排热压力。这种空冷燃料电池三腔双极板把燃料电池系统的散热器有机地与电池堆结合在一起，即把传统液体冷却电池系统的散热器直接结成到电堆上，省却了电池系统的冷却子系统，从而大大简化了燃料电池发电系统。
26.本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。