2.5 中国科学院

图2-15 中国科学院4月公开专利技术构成

 以大连化物所为代表的中国科学院研究院所在2019年4月共公开了25篇专利，主要涉及电堆、控制系统、储氢等。下面对本月中科院公开的部分代表专利进行介绍、分析。

（1）电堆——双极板

 燃料电池双极板是质子交换膜燃料电池中的重要部件之一，为了实现双极板所具有的各项功能，双极板设置了多种功能结构，主要包括燃料电池流场(包括燃料气体流场和氧化剂气体流场)、燃料气体进、出口、氧化剂气体进、出口、冷却剂进、出口及密封结构等功能结构。新源动力股份有限公司开发的一种燃料电池双极板（具体参见CN201611161409.7），其流场的一侧就布置了燃料气体进(或出)口、氧化剂气体进(或出)口、冷却剂进(或出)口；丰田开发的燃料电池（具体参见ZL201510770584.5），其氧化剂气体进、出口是分布在燃料电池流场一个对边的两侧，但是，该燃料电池双极板的氧化剂气体进口(和出口)是由多个矩形开口并列成一排形成的，或者可以将氧化剂气体进口(和出口)看做是一个矩形开口，并且在矩形的长边方向每隔一定距离设置一个与矩形短边平行的拉筋。由于拉筋的存在，会对燃料电池产生诸多不利影响，如减少氧化剂气体进、出口的流通面积，相应减少氧化剂气体进、出口对氧化剂气体流通的承载能力等，会对燃料电池的性能造成负面影响。

图2-16 双极板布局及流场示意图

 基于此CN109616685A公开了一种燃料电池双极板结构，具体为双极板设有氧化剂气体进口、氧化剂气体出口、冷却剂进口、冷却剂出口、燃料气体进口、燃料气体出口、燃料电池流体流场，其特征在于：燃料电池流体流场位于双极板的中部；氧化剂气体进口与氧化剂气体出口设置于双极板的一对对边的两边的边缘部；冷却剂进口、冷却剂出口、燃料气体进口、燃料气体出口分别设置于双极板的另一对对边的两边的边缘部；氧化剂气体进口与氧化剂气体出口的临近燃料电池流体流场的开口的宽度为a；燃料电池流体流场的临近氧化剂气体进口与氧化剂气体出口边缘处的宽度为b；a≥b。

 双极板的布局：氧化剂气体进、出口位于燃料电池流场相邻边的长度方向上，氧化剂气体进、出口的宽度设计为大于或者等于燃料电池流场的宽度。这样的双极板布局，氧化剂气体从氧化剂气体进口进入燃料电池氧化剂气体流场，参与电化学反应后进入氧化剂气体出口，在整个过程中，流体的流动呈直通状态，流体在燃料电池氧化剂气体流场宽度方向的流动状态分布均匀，有利于提高燃料电池性能。

（2）电堆——复合双极板

双极板是燃料电池的关键部件，根据制备材料的不同，可分为石墨双极板、金属双极板和复合双极板。复合双极板具有制备材料来源广泛、加工工艺简单、成本低廉、能够实现批量化生产，大幅度降低成本，流场可以直接模压成型等一系列优点，但是存在电导率和抗弯强度难以兼顾的缺点。如CN103746131A提出了一种将可溶性树脂融入有机溶剂，再灌入石墨蠕虫制备复合板的方法。该方法制备的双极板在较低的压力即可成型，具有较好的抗弯强度和电导率。但是在实验过程中采用了二次模压工艺，增加了制备过程中的工艺复杂性，降低了生产效率，还存在有机溶剂难以完全去除的难题。Daniel Adams等人采用了加入碳毡中间过渡层的方法，制得了一种“三明治”结构的复合双极板，该复合板具有较高的抗弯强度和电导率，但是制备工艺相对复杂，制备成本偏高。

图2-17 复合双极板制备工艺

 针对复合双极板存在的问题，CN109599573A提出了一种碳/聚合物基复合双极板，所述双极板由PS树脂、SEBS三嵌段共聚物、导电填料、纤维增强材料组成；所述双极板中，PS树脂的质量分数为6-30％，SEBS三嵌段共聚物的质量分数为2-15％，导电填料的质量分数为50-90％，纤维增强材料质量分数为1-18％；将原料预处理、混匀后采用模压成型工艺制备而成。制备工艺具体见上图。

 本燃料电池用复合双极板，通过双极板第一聚合物提供刚性、第二聚合物提供柔性，形成互穿网络的耦合设计，再对含量和结构进行优化设计，使得复合板可以在保证较高电导率的同时，兼具低的透气率、良好的机加工性、优异的电导率及耐蚀性。