例1: 一種高功率密度PEMFC電堆，包括兩側的端板1，固定在端板1內側的集電板2，和重復堆疊在兩側集電板2之間的若干片單元電池，每片單元電池包括三合一膜電極3和分別分布在膜電極兩側的陽極專用極板4和陰極專用極板5 ；
陽極專用極板4的厚度為0.6-3 mm,孔隙率為50~80%，孔徑為0.1-3 μ m，其表面一面為平板面，表面涂布有厚度為10~700 μπι導電緩沖層6，另一面根據設計的流場壓制有陽極氣體流場41，流場深度為0.3~1 mm。
[0022]優(yōu)選地，陽極專用極板4的厚度為1.2 mm,孔隙率為70%，孔徑為1.5 μ m，陽極氣體流場41的深度為0.6 mm,陽極氣體流場41形成的流場為蛇形流場。
[0023]陰極專用極板5的厚度為0.6-3 mm,孔隙率為50~80%，孔徑為0.1-3 μ m，其表面一面為平板面，表面涂布有厚度為10~700 μπι導電緩沖層6，另一面根據設計的流場壓制有陰極氣體流場51，流場深度為0.5-2 _。
[0024]優(yōu)選地，陰極專用極板5的厚度為1.2 mm,孔隙率為65%，孔徑為2 μ m，其平板表面的導電緩沖層厚度為100 μ m陰極氣體流場51的深度為1 _，陰極氣體流場51形成的流場為蛇形流場。
[0025]陽極專用極板4的平板表面貼合在三合一膜電極3上，最外側的一片單元電池的陽極專用極板4的流場表面通過導電連接件7貼合在一側的集電板2上，其余單元電池的陽極專用極板4的流場表面通過導電連接件7貼合在另一片單元電池的陰極專用極板5上。
[0026]陰極專用極板5的平板表面貼合在三合一膜電極3上，最外側的一片單元電池的陰極專用極板5的流場表面通過導電連接件7貼合在另一側的集電板2上，其余單元電池的陰極專用極板4的流場表面通過導電連接件7貼合在另一片單元電池的陽極專用極板5上。
[0027]導電連接件7用金屬材料或非金屬材料制成，外部表面設置有導電鍍層，傳導電流，內部具有冷卻液流場，冷卻電堆。
[0028]兩側的端板1之間還設置有四個L型定位支撐件8，分別固定在端板1的四個角上，L型定位支撐件8將若干片單元電池固定支撐在兩側端板1之間；同時兩塊端板1之間通過工字型緊固件9固定，將兩塊端板1之間的若干片單元電池壓貼固定。
[0029]在本實施例中質子交換膜燃料電池專用極板包括如下組分:
碳纖維短纖40~60份；
樹脂4~18份；
碳粉或石墨粉10~40份；
造孔劑0.5-1.5份；
增強劑DH-41.5-2.5份，
各組分以重量份計。
[0030]優(yōu)選地，碳纖維短纖為49份；樹脂為10份；碳粉為38份；造孔劑為1份；增強劑DH-4為2份。
[0031]該質子交換膜燃料電池專用極板具體制備方法為:
(1)混料:將碳纖維短纖與樹脂混合，并攪拌均勻后，再加入碳粉或石墨粉、造孔劑、增強劑DH-4，繼續(xù)攪拌；
(2)壓制:根據設計的流場形狀與尺寸，將步驟(1)處理后混合物放入模具內壓制成一面為平板，另一面具有流場結構的極板，該極板厚度為0.6-3 mm,孔隙率為50%~80%，孔徑為0.1 μ m?3 μ m ；
(3)石墨化:將壓制成型的極板進行高溫石墨化處理，石墨化條件為:高溫1800-2300°C，氮氣保護或者在真空氛圍內，完成后冷卻待用；
(4)疏水:將石墨化后的極板放入10%~60%的PTFE溶液中浸泡，瀝干后，在300~400°C下灼燒疏水處理，完成后冷卻，得到該專用極板。
[0032]如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實施例已經表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細節(jié)上作出各種變化。
【主權項】
1.一種高功率密度PEMFC電堆，包括兩側的端板，固定在所述端板內側的集電板，和重復堆疊在兩側集電板之間的若干片單元電池，其特征在于，每片所述單元電池均包括三合一膜電極和分布在所述三合一膜電極兩側的質子交換膜燃料電池專用極板，該專用極板的表面一面為平板面，另一面根據設計的流場壓制有氣體流場，其中，平板表面涂覆導電緩沖層后貼合在所述三合一膜電極上，流場表面緊密貼合在導電連接件上，所述導電連接件由金屬材料或非金屬材料制成，外部表面設置有導電鍍層，傳導電流，內部具有冷卻液流場，冷卻電堆； 所述質子交換膜燃料電池專用極板由如下組分制備而成: 碳纖維短纖40~60份； 樹脂4~18份； 碳粉或石墨粉 10~40份； 造孔劑0.5-1.5份； 增強劑DH-41.5-2.5份， 各組分以重量份計。2.根據權利要求1所述的高功率密度PEMFC電堆，其特征在于，所述三合一膜電極兩側的質子交換膜燃料電池專用極板分別為陽極專用極板和陰極專用極板，所述陽極專用極板表面的流場深度為0.3~1 mm，所述陰極專用極板表面的流場深度為0.5~2 mm。3.根據權利要求2所述的高功率密度PEMFC電堆，其特征在于，所述陽極專用極板和陰極專用極板的平板表面對稱疊放在三合一膜電極兩側。4.根據權利要求1所述的高功率密度PEMFC電堆，其特征在于，所述質子交換膜燃料電池專用極板的制備方法為: (1)混料:將碳纖維短纖與樹脂混合，并攪拌均勻后，再加入碳粉或石墨粉、造孔劑、增強劑DH-4，繼續(xù)攪拌； (2)壓制:根據設計的流場形狀與尺寸，將步驟(1)處理后混合物放入模具內壓制成一面為平板面，另一面具有流場結構的極板，該極板厚度為0.6-3 mm,孔隙率為50%~80%，孔徑為 0.1 μ m~3 μ m ； (3)石墨化:將壓制成型的極板進行高溫石墨化處理，石墨化條件為:高溫18002300°C，氮氣保護或者在真空氛圍內，完成后冷卻待用； (4)疏水:將石墨化后的極板放入10%~60%的PTFE溶液中浸泡，瀝干后，在300~400°C下灼燒疏水處理，完成后冷卻，得到該質子交換膜燃料電池專用極板。5.根據權利要求1所述的高功率密度PEMFC電堆，其特征在于，電堆兩側的兩塊端板之間還設置有L型定位支撐件，所述L型定位支撐件將若干片所述單元電池固定支撐在兩側端板之間。6.根據權利要求5所述的高功率密度PEMFC電堆，其特征在于，所述L型定位支撐件為4個，分別固定在所述端板的四個角上。7.根據權利要求1所述的高功率密度PEMFC電堆，其特征在于，單元電池之間通過導電連接件隔開，所述導電連接件的兩面四周具有與單元電池相匹配的密封墊，用于電堆密封。8.根據權利要求1~7任意一項所述的高功率密度PEMFC電堆，其特征在于，電堆兩側的兩塊端板之間通過工字型緊固件固定，將兩塊端板之間的若干片單元電池壓貼固定。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種高功率密度PEMFC電堆，包括兩側的端板，固定在所述端板內側的集電板，和重復堆疊在兩側集電板之間的若干片單元電池，每片所述單元電池均包括三合一膜電極和分布在所述三合一膜電極兩側的質子交換膜燃料電池專用極板，該專用極板的表面一面為平板面，另一面根據設計的流場壓制有氣體流場，其中，平板表面貼合在所述三合一膜電極上，流場表面緊密貼合在導電連接件上，所述導電連接件由金屬材料或非金屬材料制成。本發(fā)明的電堆不使用雙極板，大幅度減少了電堆重量，提高了電堆比功率密度，降低了電堆的生產成本；提高了電堆的組裝效率，加快了燃料電池產業(yè)化的腳步。
【IPC分類】H01M8/0243, H01M8/2465, H01M8/0258
【公開號】CN105428671
【申請?zhí)枴緾N201510939281
【發(fā)明人】程立明, 魏廣科
【申請人】江蘇綠遙燃料電池系統(tǒng)制造有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月15日