燃料电池双极板的设计特点？

发布时间：

2021-11-23 11:18

双极板是燃料电池堆的主要结构支撑。其结构设计形成了烟囱内氢气、空气和水的流动通道。双极板作为电堆的主要结构部件，其厚度直接影响电堆的功率密度。目前，由于行业内膜电极技术门槛较高，突破进展缓慢，提高电堆产品性能的起点仍主要集中在双极板上。

燃料电池双极板满足以下性能要求：

1.为了在结构上发挥单电池系列的作用，双极板具有高导电性；

2.为了隔离每个腔体的反应气体和散热水，双极板的透气性需要满足要求；

3.反应区的热量迅速转移到冷却剂中，双极板应具有较高的导热系数；

4.考虑到结构强度、振动、功率密度和低温启动，双极板材料的强度、密度和热容也应满足产品性能要求。

金属材料具有较高的导电性和导电性，较高的抗气性和材料强度，适用于较薄的板材，但材料容易腐蚀，需要特殊的涂装工艺。石墨板相对较厚，但材料相对稳定，在耐久性方面有一定优势。

1.满足活动区域的要求

双极板的设计应先考虑堆叠功率的有效面积要求，如图下方左边的红盒发电区所示。活性区的选择与烟囱气体均匀分布区和温度均匀分布区的位置密切相关，否则会影响烟囱的耐久性。目前，燃料电池的功率需求越来越大，对膜电极的有效面积提出了越来越高的要求。同时，有必要考虑成型和冲压工艺是否能满足大面积电极板的加工要求。

2.考虑所有公差

此外，极板的设计应充分考虑双极板、膜电极和密封线的尺寸公差、几何公差和配合公差。合理的公差设计可以保证产品的可靠性、一致性和耐久性。如下图所示，显示了双极板、密封线和膜电极的配合部分。配合区的合理设计对装配性能、干湿耐久性和有效面积比例有重要影响。

3.材料特性与成形工艺

双极板的设计过程应充分考虑材料特性和成型工艺。与金属板相比，石墨板的强度较低，透气性较高。因此，极板的厚度应有安全裕度。目前，雕刻石墨板的很薄部分应保持至少0.3mm厚，模板材料的厚度将更薄。左侧石墨板通道底部之间有一个较厚的材料间距。当右侧的金属板形成时，氢和空气腔的另一侧合并成一个水道，电极板只有0.1mm厚，比石墨双极板单电池薄。

4.阀口及结构强度设计

极板配气入口的入口设计为金属板有以下两种方式：

阴阳极板之间需要配气隔膜，结构比较复杂；另一种方式是Z形气体分布结构，这将增加密封区域的宽度，但整体结构简单。

关键词：

高导电性