CN102832399B - 一种圆环形燃料电池双极板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种圆环形燃料电池双极板，所述的双极板由空气流场板和氢气流场板相对结合构成。空气流场板和氢气流场板均为圆环形，该两种板均具有圆孔流道、气体扩散腔以及冷却流道三部分，空气流场板和氢气流场板与膜电极接触的圆孔流道相互对应。该两种板的冷却流道相互对应形成环状流道。该双极板采用金属材料制成，与普通石墨双极板相比具有良好的机械性能，不易损坏，易加工且厚度薄，因而可以减小电堆的体积，且采用圆点流道其膜电极所受到的剪切力相对传统的平行流道、蛇形流道以及交指流道要小，因而可以提高电堆的抗冲击能力。

Description

一种圆环形燃料电池双极板
技术领域
本发明涉及一种圆环形燃料电池双极板。
背景技术
燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的能量转化装置，其单体由正、负两个电极以及电解质组成，只要源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂，它就可以持续发电。燃料电池具有能量转化效率高、比能量比功率高、环境污染小、噪声低、可靠性适应性强以及可实现热、电、纯水联产等突出优点，可应用于航空、航天、航海、汽车、发电站、便携式设备电源能。近年来燃料电池技术备受各国以及各大企业的高度重视，被认为是21世纪最有前途的清洁能源转化装置。
双极板是燃料电池的重要部件，主要起分配和隔绝流体、导电收集电流以及支撑电池结构的作用。燃料电池要求双极板具有均匀的分配流体、良好的导电性、良好的导热性、良好的机械性能、良好的化学稳定性以及良好的气密性等特点。目前燃料电池双极板大都采用传统的平行流道、蛇形流道、交指型流道等，采用这几种流道的燃料电池在外力的冲击下膜电极极容易受到损坏，而圆点状流道正好弥补了这个缺点，由于圆点状流道流场有区别于传统流道的流场，因此有必要建立新的双极板。
发明内容
本发明旨在提供一种圆点状流道的圆环形燃料电池双极板。其目的在于克服传统燃料电池存在的缺陷，所解决的技术问题是避免燃料电池在外力冲击下其膜电极易损坏的缺点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种圆环形燃料电池双极板，由空气流场板和氢气流场板相对结合构成，空气流场板和氢气流场板均为圆环形，该两种板均具有圆孔流道、气体扩散腔以及冷却流道三部分，空气流场板和氢气流场板与膜电极接触的圆孔流道两两相互对应，该两种板的冷却流道相互对应形成环状流道。
所述的圆环形燃料电池双极板中，圆环形氢气流场板中空，内环侧壁均匀设置有进气口，出气口设置在靠近外环的平面上，出气口有两个，且两个出气口对称分布，外环侧壁封闭，氢气流场板与膜电极接触的侧面均匀分布有圆孔流道，另一侧面设置有冷却流道。
所述的圆环形燃料电池双极板中，圆环形空气流场板中空，外环侧壁均匀设置有进气口，出气口设置在靠近内环的平面上，出气口有两个，且两个出口对称分布，内环侧壁封闭，空气流场板与膜电极接触的侧面均匀分布有圆孔流道，另一侧面设置有冷却流道。
本发明的圆环形燃料电池双极板中，所述的氢气流场板材料为金属抗氢脆、抗腐蚀材料。
本发明的圆环形燃料电池双极板中，所述的空气流场板材料为金属抗氧化、抗腐蚀。
本发明的圆环形燃料电池双极板中，氢气流场板和空气流场板的冷却流道均为圆环形且互相对应，整个冷却流场成脉络状，进气口处主流槽宽度由外环往至内环逐渐变窄，出气口处主流槽宽度由内环往至外环逐渐变宽，冷却进口和出口在靠近外环的平面上对称分布且与氢气出口互为90°夹角。
本发明所述的圆环形燃料电池双极板具有以下优点：
1.可提高燃料电池的抗冲击能力，传统的燃料电池采用的平行流道、蛇形流道、交指型流道，在外力冲击时，其膜电极容易受到损坏从而影响了燃料电池的性能，而采用圆点状流道的燃料电池在受外力冲击时，其膜电极所受到的剪切力要比传统流道的燃料电池小，因而可以提高燃料电池的抗冲击能力。
2.本发明的双极板为金属结构，与石墨流场板相比易加工，同时制作成本比较低，因此可以降低制作成本。
3.本发明的双极板为金属结构，与石墨流场板相比金属板延展性好，能加工出厚度相对较薄的金属板，因而可以减小双极板及其电堆的体积。
4.金属板具有较好的亲水性，可无需进行亲水处理。
下面通过附图和实施方式进一步详细说明本发明的圆环形燃料电池双极板的结构。
附图说明
图1A本发明的氢气流场板圆孔流道侧的结构示意图
图1B本发明的氢气流场板冷却流道侧的结构示意图
图1C本发明的氢气流场板圆孔流道侧的剖视图
图1D本发明的氢气流场板冷却流道侧的剖视图
图2A本发明的空气流场板圆孔流道侧的结构示意图
图2B本发明的空气流场板冷却流道侧的结构示意图
图2C本发明的空气流场板圆孔流道侧的剖视图
图2D本发明的空气流场板冷却流道侧的剖视图
图3A本发明的一个单节电池结构图
图3B本发明的一个单节电池剖视图
图中：1膜电极，2氢气流场板，21氢气入口，22氢气出口，23氢气流场板圆孔流道，24氢气流场板冷却流道，25氢气流场板气体扩散腔，26氢气流场板空气通道，3空气流场板，31空气入口，32空气出口，33空气流场板圆孔流道，34空气流场板冷却流道，35空气流场板气体扩散腔，36空气流场板氢气通道，4冷却通道。
具体实施方式
以下结合附图进一步描述本发明所述的圆环形燃料双极板。
如图1A、1B、1C、1D所示，氢气流场板2具有氢气流场板圆孔流道23、氢气流场板气体扩散腔25以及氢气流场板冷却流道24三部分，氢气入口21设置在圆环内侧壁，氢气出口22设置在靠近外环的平面上，且两个氢气出口22对称分布，外环侧壁封闭，与膜电极1接触的一面均匀设置有氢气流场板圆孔流道23，氢气从入口21进入在流场板气体扩散腔内扩散，通过氢气流场板圆孔流道23进入膜电极1参与反应，未参加反应的氢气从氢气出口22排出。冷却液通过冷却通道4进入氢气流场板冷却流道24将反应产生的热量带走。
如图2A、2B、2C、2D所示，空气流场板3具有空气流场板圆孔流道33、空气流场板气体扩散腔35以及空气流场板冷却流道34三部分，空气入口31设置在圆环外侧壁上，空气出口32设置在靠近内环的平面上，且两个空气出口32对称分布，内环侧壁封闭，与膜电极1接触的一面均匀设置有空气流场板圆孔流道33，空气从入口31进入在流场板气体扩散腔内扩散，通过空气流场板圆孔流道33进入膜电极1参与反应，未参加反应的空气从空气出口32排出。冷却液通过冷却通道4进入空气流场板冷却流道34将反应产生的热量带走。
如图3A、3B所示，氢气流场板2、空气流场板3以及膜电极1组成了一个单节电池，氢气流场板2和空气流场板3带圆孔流道一面分别与膜电极贴合，氢气和空气分别通过氢气流场板2和空气流场板3的圆孔流道进入膜电极1参与反应。

Claims (5)

1.一种圆环形燃料电池双极板，其特征在于：由空气流场板和氢气流场板相对结合构成，空气流场板和氢气流场板均为圆环形，该两种板均具有圆孔流道、气体扩散腔以及冷却流道三部分，空气流场板和氢气流场板与膜电极接触的圆孔流道两两相互对应，该两种板的冷却流道相互对应形成环状流道，氢气流场板和空气流场板的冷却流道均为圆环形且互相对应，整个冷却流场成脉络状，进气口处主流槽宽度由外环往至内环逐渐变窄，出气口处主流槽宽度由内环往至外环逐渐变宽，冷却进口和出口在靠近外环的平面上对称分布且与氢气出口互为90°夹角。
2.根据权利要求1所述的圆环形燃料电池双极板，其特征在于：圆环形氢气流场板中空，内环侧壁均匀设置有进气口，出气口设置在靠近外环的平面上，出气口有两个，且两个出气口对称分布，外环侧壁封闭，氢气流场板与膜电极接触的侧面均匀分布有圆孔流道，另一侧面设置有冷却流道。
3.根据权利要求1所述的圆环形燃料电池双极板，其特征在于：圆环形空气流场板中空，外环侧壁均匀设置有进气口，出气口设置在靠近内环的平面上，出气口有两个，且两个出口对称分布，内环侧壁封闭，空气流场板与膜电极接触的侧面均匀分布有圆孔流道，另一侧面设置有冷却流道。
4.根据权利要求1或2所述的圆环形燃料电池双极板，其特征在于：所述的氢气流场板材料为金属抗氢脆、抗腐蚀材料。
5.根据权利要求1或3所述的圆环形燃料电池双极板，其特征在于：所述的空气流场板材料为金属抗氧化、抗腐蚀。
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