專利名稱：板間流道串聯(lián)式燃料電池流場(chǎng)板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是板間流道串聯(lián)式燃料電池流場(chǎng)板。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種將燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接、連續(xù)地變成電能的發(fā)電 裝置。燃料電池具有以下優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)(1)能量轉(zhuǎn)化效率高；(2)比能量和比 功率高；(3)可靠性高，可以在額定功率以上過(guò)載運(yùn)行或低于額定功率運(yùn)行， 而效率變化不大；(4)污染小，噪音低，對(duì)環(huán)境基本上實(shí)現(xiàn)零污染；(5)可實(shí) 現(xiàn)熱、電、純水聯(lián)產(chǎn)；(6)適應(yīng)能力強(qiáng)。燃料電池的應(yīng)用對(duì)于節(jié)約能源，保護(hù) 環(huán)境和推動(dòng)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展有重要意義。
雙極板是質(zhì)子交換膜燃料電池堆中主要的組件，雙極板需要滿足以下的功 能和要求(1)分隔氧化劑與還原劑，并具有阻氣功能。(2)集電作用，因此 材料必須是電的良導(dǎo)體。同時(shí)，極板必須是熱的良導(dǎo)體，以保證電池堆溫度的 均勻分布和及時(shí)排熱。(3)雙極板材料必須在電池工作條件下具有穩(wěn)定性。(4) 傳輸反應(yīng)物。雙極板兩側(cè)置有氧化劑/燃料的通道(即所謂的流場(chǎng))，以確保反應(yīng) 物在整個(gè)電極各處均勻分布。(5)雙極板材料應(yīng)重量輕、強(qiáng)度好，并且適于批 量生產(chǎn)。
按使用材料分類，雙極板可分為以下類型(1)純石墨雙極板，導(dǎo)電性好、 重量輕、耐腐蝕、技術(shù)比較成熟，但機(jī)械強(qiáng)度低，不能加工成薄片(防止透氣)、 加土費(fèi)用高；(2)金屬雙極板，具有導(dǎo)電性好、機(jī)械強(qiáng)度高、阻氣性好、易于 批量生產(chǎn)的特點(diǎn)。但重、抗腐蝕性差、需要進(jìn)行表面處理；(3)注塑雙極板， 成本低、易批量化生產(chǎn)，但電導(dǎo)教差；(4)復(fù)合雙極板，集中了石墨雙極板的 耐腐蝕和金屬雙極板強(qiáng)度好、阻氣的特點(diǎn)，但是加工復(fù)雜。
燃料電池電堆中相鄰兩塊燃料/氧化劑流場(chǎng)板上的流道之間的連接關(guān)系可以 分為兩種
1、 并聯(lián)式。燃料/氧化劑分別流入相鄰兩塊燃料/氧化劑流場(chǎng)板上的流道的 入口，流經(jīng)燃料/氧化劑流道后，又重新匯聚。
2、 串聯(lián)式。相鄰的兩塊燃料/氧化劑流場(chǎng)板，燃料/氧化劑首先進(jìn)入第一塊 燃料/氧化劑流場(chǎng)板上的流道入口 ，從第一塊燃料/氧化劑流場(chǎng)板上燃料/氧化劑的 流道出口出來(lái)，然后再進(jìn)入第二塊燃料/氧化劑流場(chǎng)板上燃料/氧化劑的流道入 口 ，最后從第二塊燃料/氧化劑流場(chǎng)板上燃料/氧化劑的流道出口出來(lái)。
據(jù)了解，目前燃料電池電堆中相鄰兩塊燃料/氧化劑流場(chǎng)板上的流道之間的
連接方式都是并聯(lián)式的(如公開于2006年01月11日的中國(guó)專利 CN200410020906.6、公開于2001年11月14日的中國(guó)專禾UCN99811792.7)，這種連
接方式很難對(duì)電堆中反應(yīng)物和產(chǎn)物進(jìn)行完全排空。反應(yīng)物和產(chǎn)物在燃料電池電 堆中的累積會(huì)導(dǎo)致以下不良現(xiàn)象的出現(xiàn)(1)使得電堆中燃料/氧化劑濃度降低； (2) —些生成物和雜質(zhì)會(huì)毒化催化劑；(3) —些生成物和雜質(zhì)對(duì)燃料電池中的一 些組件有腐蝕作用；(4)可能導(dǎo)致電、水、熱和燃料的分布不均勻；(5) —些生 成物和雜質(zhì)的濃度增加到一定程度時(shí)可能導(dǎo)致危險(xiǎn)事故，如燃燒、爆炸等，還 會(huì)腐蝕一些組件。所以，在燃料電池工作過(guò)程中，需要定期對(duì)電堆進(jìn)行排空， 使燃料、氧化劑、生成物和雜質(zhì)的濃度保持在一定范圍內(nèi)。在燃料電池不工作 時(shí)，也需要排出電堆中的燃料、氧化劑、生成物和雜質(zhì)，避免危險(xiǎn)事故的發(fā)生 和保養(yǎng)燃料電池電堆。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的雙極板之間的流道以并聯(lián)方式相連接所存在 的難以完全排空燃料、氧化劑、雜質(zhì)和生成物的缺點(diǎn)，提供一種板間流道串聯(lián) 式燃料電池流場(chǎng)板。
本發(fā)明的板間流道串聯(lián)式燃料電池流場(chǎng)板，由雙極板構(gòu)成，所述雙極板之 間的流道以串聯(lián)方式相連接；所述雙極板設(shè)有兩組燃料/氧化劑流道，在由雙極 板組成的電堆中，燃料/氧化劑從第一塊燃料/氧化劑雙極板進(jìn)入，通過(guò)所述兩組
燃料/氧化劑流道中的一組流道(ioo)依次流到最后一塊燃料/氧化劑雙極板， 然后再通過(guò)所述兩組燃料/氧化劑流道中的另一組流道(200)從最后一塊燃料/ 氧化劑雙極板依次流到第一塊燃料/氧化劑雙極板，并從第一塊燃料/氧化劑雙極 板排出電堆。
燃料/氧化劑入口 、燃料/氧化劑出口和燃料/氧化劑反應(yīng)區(qū)域之間設(shè)置流道，
所述流道的寬度為0.1mm 10mm，深度為0.1mm 5mm;優(yōu)選寬度為0.5mm 5mm，深度為0.2mm 2mm;最佳寬度為lmm 2mm，深度為0.3mm lmm。
雙極板上的兩組流道相互交錯(cuò)排列，使得燃料/氧化劑分布比較均勻。
燃料/氧化劑流道可選擇蛇形、平行形、交錯(cuò)形或螺旋形。
本發(fā)明的燃料電池流場(chǎng)板的流道以串聯(lián)方式相連接，從燃料/氧化劑的軌跡 來(lái)看，相鄰兩塊燃料/氧化劑雙極板的流道之間是串聯(lián)的。
本發(fā)明與現(xiàn)有的相鄰燃料/氧化劑流道以并聯(lián)方式連接的燃料電池流場(chǎng)板相
比具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 可以使電堆內(nèi)的反應(yīng)物和產(chǎn)物完全排空；
2、 避免了雜質(zhì)和生成物對(duì)催化劑的毒化；
3、 減弱燃料、氧化劑、雜質(zhì)和生成物對(duì)電堆組件的腐蝕；
4、 提高了電堆系統(tǒng)的安全性，延長(zhǎng)電堆的使用壽命；


圖1是本發(fā)明板間流道串聯(lián)式燃料電池流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中100—流道1; 200—流道2; 110、 140—流道l的入口； 120、 130—流
道l的出口； 220、 230—流道2的入口； 210、 240—流道2的出口； 150—雙極板 的流道入口； 250-雙極板的流道出口；虛線表示燃料(氧化劑)的流動(dòng)軌跡。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 實(shí)施例1
雙極板的面積為80mmx30mm。雙極板上的兩組流道相互交錯(cuò)排列，排列方 式為AABBBBAA型(A、 B為不同的兩組流道中的一段流道)。燃料/氧化劑在 雙極板中的流程如下燃料/氧化劑從第一塊雙極板的流道1入口 IIO進(jìn)入，由 該流道的出口 120流出，再流入第二塊雙極板板的對(duì)應(yīng)流道入口 140進(jìn)入，然 后從出口 130流出，進(jìn)入最后一塊雙極板的流道入口 150，燃料/氧化劑從所述 最后一塊雙極板的流道出口 250流入第二塊雙極板的另一組流道(流道2)的入 口 230，再?gòu)脑摿鞯赖某隹?240流出并進(jìn)入第一塊雙極板的流道2入口 220，燃 料/氧化劑的反應(yīng)物和產(chǎn)物最后從流道2的出口 210排出。在流道分段數(shù)目為四 的情況下，AABBBBAA型為比較好的排列方式。如果流道分段較多時(shí)，排列方 式最好為AABBAA……BBAA。燃料流道均為蛇形(如圖1)，流道寬度為2mm， 深度為0.6mm。以此流場(chǎng)板組裝燃料電池堆。燃料采用氫氣、氧化劑采用空氣。 催化劑采用0.5mg/cn^的Pt/C。 20個(gè)單電池串聯(lián)起來(lái)。當(dāng)電池輸出電壓在12V 時(shí)，電流約為4A。
雙極板的有效面積為100mmx40mm。雙極板上的兩組流道相互交錯(cuò)排列， 燃料流道均為蛇形(如圖1)，流道寬度為3mm，深度為0.8mm。以此流場(chǎng)板組 裝燃料電池堆。燃料采用氫氣。氧化劑采用氧氣。催化劑采用0.5mg/cn^Pt/C。 20個(gè)單電池串聯(lián)起來(lái)。當(dāng)電池輸出電壓在12V時(shí)，電流約為8A。
權(quán)利要求
1、一種板間流道串聯(lián)式燃料電池流場(chǎng)板，由雙極板構(gòu)成，其特征在于所述雙極板之間的流道以串聯(lián)方式相連接；所述雙極板設(shè)有兩組燃料/氧化劑流道，在由雙極板組成的電堆中，燃料/氧化劑從第一塊燃料/氧化劑雙極板進(jìn)入，通過(guò)所述兩組燃料/氧化劑流道中的一組流道(100)依次流到最后一塊燃料/氧化劑雙極板，然后再通過(guò)所述兩組燃料/氧化劑流道中的另一組流道(200)從最后一塊燃料/氧化劑雙極板依次流到第一塊燃料/氧化劑雙極板，并從第一塊燃料/氧化劑雙極板排出電堆。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的流場(chǎng)板，其特征在于燃料/氧化劑入口、燃料/氧 化劑出口和燃料/氧化劑反應(yīng)區(qū)域之間設(shè)置流道，所述流道的寬度為0.1mm 10mm， 深度為0.1mm 5mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的流場(chǎng)板，其特征在于所述流道的寬度為0.5mm 5mm， 深度為0.2mm 2mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的流場(chǎng)板，其特征在于所述流道的寬度為lmm 2mm， 深度為0.3mm lmm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的流場(chǎng)板，其特征在于雙極板上的兩組流道相互交 錯(cuò)排列，使得燃料/氧化劑分布比較均勻。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的流場(chǎng)板，
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的流場(chǎng)板，
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的流場(chǎng)板，其特征在于燃料/氧化劑流道為蛇形。其特征在于燃料/氧化劑流道為平行形。其特征在于燃料/氧化劑流道為交錯(cuò)形。
9、根據(jù)權(quán)利要求5所述的流場(chǎng)板，其特征在于燃料/氧化劑流道為螺旋形。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種板間流道串聯(lián)式燃料電池流場(chǎng)板，由雙極板構(gòu)成，所述雙極板之間的流道以串聯(lián)方式相連接；所述雙極板設(shè)有兩組燃料/氧化劑流道，在由雙極板組成的電堆中，燃料/氧化劑從第一塊燃料/氧化劑雙極板進(jìn)入，通過(guò)所述兩組燃料/氧化劑流道中的一組流道(100)依次流到最后一塊燃料/氧化劑雙極板，然后再通過(guò)所述兩組燃料/氧化劑流道中的另一組流道(200)從最后一塊燃料/氧化劑雙極板依次流到第一塊燃料/氧化劑雙極板，并從第一塊燃料/氧化劑雙極板排出電堆。
文檔編號(hào)H01M4/86GK101101992SQ20071002945
公開日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2007年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日
發(fā)明者沈培康, 黃岳強(qiáng) 申請(qǐng)人:中山大學(xué)