CN105489913B - 一种燃料电池双极板 - Google Patents

一种燃料电池双极板 Download PDF

Info

Publication number
CN105489913B
CN105489913B CN201510937806.8A CN201510937806A CN105489913B CN 105489913 B CN105489913 B CN 105489913B CN 201510937806 A CN201510937806 A CN 201510937806A CN 105489913 B CN105489913 B CN 105489913B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pole plate
diversion trench
plate
fluid
outlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510937806.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105489913A (zh
Inventor
潘牧
宛朝辉
艾勇诚
范卫东
周芬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WUHAN WUT NEW ENERGY CO Ltd
Original Assignee
WUHAN WUT NEW ENERGY CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WUHAN WUT NEW ENERGY CO Ltd filed Critical WUHAN WUT NEW ENERGY CO Ltd
Priority to CN201510937806.8A priority Critical patent/CN105489913B/zh
Publication of CN105489913A publication Critical patent/CN105489913A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105489913B publication Critical patent/CN105489913B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

本发明涉及一种燃料电池双极板，其包括第一极板和第二极板，第一极板为阳极导氢气流场板，第二极板为阴极导空气流场板，第一极板和第二极板之间形成导冷却流体夹层，第一极板的流体进出口区域设置有多个紧邻歧管的突起的导流槽，多个突起的导流槽间隔排布，每两个相邻的导流槽之间构成抗压连接板，每个导流槽的一端设置成流体进出口，每个导流槽的另一端设置为封闭端，流体自每个导流槽的流体进出口流入以及自抗压连接板与第二极板之间形成的空腔流入，多个导流槽的流体进出口所界定的纵截面与流体流向垂直。本发明提供的燃料电池双极板结构能够有效的避免燃料电池在装配的过程中受力不均所导致的流场板总管口封闭，从而导致的堵水赌气的问题。

Description

一种燃料电池双极板
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池双极板。
背景技术
质子交换膜燃料电池具有室温冷启动，转换效率高，高体积比功率密度，产物零污染等优点，因而成为当今国际社会的研究热点。它同一般的化学电源相比，结构复杂。它除了燃料电池堆本身以外，还包括一些辅助设备。燃料电池系统功率密度大小和电池转换效率高低是评价燃料电池效能的两个重要指标，辅助设备的体积及能耗直接影响了燃料电池系统的整体的功率密度。同时也使燃料电池总体能量转换效率降低。
目前，一个单电池一般能够产生0.5-1V的电压。为了获得更高的燃料电池电压，通常在所谓的燃料电池组中串联很多单电池。为了经济，通常使一个燃料电池的阴极与对应的燃料电池的阴极集成的方式设计燃料电池组。这可通过所谓的双极板而实现。双极板是PEMFC的核心部件，其设计成本在整个PEMFC成本中可占到60％～70％。双极板的两侧加工有由流道构成的流场，流场的主要功能是引导反应气均匀分配到电极各处，经电极扩散层达到催化层参与反应。
在PEMFC中，电极各处均能获得充足的反应剂，及时把电池生成的水排出是保证燃料电池正常运行的关键。如果反应剂在电极各处分布不均匀，就会造成电极各处反应不均匀，从而引起电流密度分布不均匀，导致电池局部过热，降低电池性能并影响电池寿命，同样，如果阴极生成的产物水不能及时排出，就会造成“水淹”电极的情况，从而会增大气体扩散阻力，形成浓差极化，影响电池性能。因此，在流场板的设计中，气体进出口和冷却流体的设计非常重要，反应气体进出口受堵，气体不能顺利到达电堆每片电极处，引起电流密度不均匀，电池性能下降，如果冷却流体进出口设计不合理，导致冷却流体进口受阻或出口受堵，都会导致电极反应中的产物水无法顺利排出，致使电池局部受热，影响电池电堆性能。
在质子交换膜燃料电堆装配时，双极板在一定程度上不可避免地会受到装夹力的影响，流体进出口处很容易因为受力不均匀导致进出口被压缩封闭，造成堵水堵气的问题，使得燃料电池电堆中单片电池燃料气体、氧化剂气体以及冷却水流体供给不均，致使燃料电池电堆性能整体下降。具体如图1所示，其为现有技术所示的双极板，其包括第一极板1、第二极板2、歧管5、总管9及多个突起的导流槽10。第一极板1和第二极板2的边缘处投影重合。总管9是由第一极板1和第二极板2的边缘处上下间隔所形成。总管9与多个突起的导流槽10构成区域4。流体自总管9流入至导流槽10内部空间以及第一极板1和第二极板2之间的空隙内。但是，当双极板受到装夹力的影响时，总管9容易贴合在一起，从而导致进出口被封闭。而且由于导流槽10为封闭结构，流体也无法从导流槽10流入。
基于以上考虑，近年来，PEM燃料电池的大量研究和发展致力于燃料电池的具体物理设计，特别是双极板的物理设计。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种不易堵水且能使气体通畅供给燃料电池电堆的燃料电池双极板双极板。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：
一种燃料电池双极板，其包括第一极板和第二极板，所述第一极板为阳极导氢气流场板，所述第二极板为阴极导空气流场板，所述第一极板和第二极板之间形成导冷却流体夹层，所述第一极板的流体进出口区域设置有多个紧邻歧管的突起的导流槽，所述多个突起的导流槽间隔排布，每两个相邻的导流槽之间构成抗压连接板，每个导流槽的一端设置成流体进出口，每个导流槽的另一端设置为封闭端，流体自每个导流槽的流体进出口流入以及自抗压连接板与第二极板之间形成的空腔流入，所述多个导流槽的流体进出口所界定的纵截面与流体流向垂直。
上述方案中，所述多个导流槽的流体进出口所界定的纵截面的投影线与第二极板相应位置的投影线相间隔。
上述方案中，每个导流槽的纵截面为矩形、三角形、梯形、半圆形或抛物线形。
上述方案中，所述第二极板上的与第一极板多个导流槽相对应的位置设置为平面。
上述方案中，所述第二极板上的与第一极板多个导流槽相对应的位置设置为与所述多个导流槽相对应的突起或凹陷的导流槽。
上述方案中，所述第一极板和第二极板为高强石墨板、模压石墨板、柔性石墨板或金属板。
上述方案中，所述的流体包括燃料气体，氧化剂气体和冷却流体。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的燃料电池双极板结构能够有效的避免燃料电池在装配的过程中受力不均所导致的流场板总管口封闭，从而导致的堵水赌气的问题，使燃料电池在运行过程中能够按照设定的气体供给量给燃料电池提供氧化剂和燃料，保证供气和供水的平衡，在很大程度上改善因氧化剂或燃料供给不及时而导致的燃料电池效率低的问题。
附图说明
图1为现有技术中双极板流体进出口局部结构示意图。
图2为实施例1中燃料电池双极板的俯视示意图。
图3为图1中区域Za局部结构示意图。
图4为实施例2中燃料电池双极板的仰视示意图。
图5为图4中区域Zd局部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例阐明本发明的内容。对于本领域的技术人员来说，不难看出本发明具有许多改进和替代形式，只要不背离本发明的范围和原理，应当理解，本发明不受下列示例性实施方式的限制。
实施例1
如图2和图3所示，其为本实施例提供的一种燃料电池双极板，其包括第一极板11、第二极板12及歧管15。第一极板11为阳极导氢气流场板，第二极板12为阴极导空气流场板，第一极板11和第二极板12之间形成导冷却流体夹层。第一极板11的流体进出口区域设置有多个紧邻歧管15的突起的导流槽20。第二极板12包括由总管17和总管18组成的区域13。多个突起的导流槽20间隔排布，每两个相邻的导流槽20之间构成抗压连接板21，每个导流槽20的一端设置成流体进出口16，每个导流槽20的另一端设置为封闭端。流体自每个导流槽20的流体进出口16流入以及自抗压连接板21与第二极板12之间形成的空腔流入。多个导流槽20的流体进出口16所界定的纵截面与流体流向垂直。
多个导流槽20的流体进出口16所界定的纵截面的投影线与第二极板12相应位置的投影线相间隔。在本实施例中，第二极板12相应位置的投影线位于多个导流槽20的流体进出口16所界定的纵截面的投影线的左侧，即远离流场板的一侧。
每个导流槽20的纵截面为矩形、三角形、梯形、半圆形或抛物线形以及其它各种相类似的可以构成支撑结构的形状。在本实施例中，每个导流槽20的纵截面为矩形。
在本实施例中，第二极板12上的与第一极板11多个导流槽20相对应的位置设置为平面。可以理解的是，第二极板12上的与第一极板11多个导流槽20相对应的位置还可以设置为与多个导流槽20相对应的突起或凹陷的导流槽，配合构成支撑结构。
第一极板11和第二极板12可以为高强石墨板、模压石墨板、柔性石墨板或金属板。流体包括燃料气体，氧化剂气体和冷却流体。
双极板在受力时，由于多个抗压连接板21的支撑作用，使得多个抗压连接板21会先抵抗装夹力的影响，即使多个抗压连接板21在装夹力的影响下贴合而造成进出口封闭，但是由于导流槽20的一侧设置有流体进出口16，流体也可以通过流体进出口16进出，从而不会受到装夹力的影响，使流体从流体进出口16顺利出入流场板。
实施例2
如图4和图5所示，其为本实施例提供的一种燃料电池双极板，其与实施例1大致相同，不同之处在于：第二极板12相应位置的投影线位于多个导流槽20的流体进出口16所界定的纵截面的投影线的右侧，即靠近流场板的一侧。
这种有利于稳态供气供水的燃料电池双极板的设计可有效降低燃料损失，避免堵水。提高燃料利用率，同时提高燃料电池效率。

Claims (6)

1.一种燃料电池双极板，其包括第一极板和第二极板，所述第一极板为阳极导氢气流场板，所述第二极板为阴极导空气流场板，所述第一极板和第二极板之间形成导冷却流体夹层，所述第一极板的流体进出口区域设置有多个紧邻歧管的突起的导流槽，其特征在于，所述多个突起的导流槽间隔排布，每两个相邻的导流槽之间构成抗压连接板，每个导流槽的一端设置成流体进出口，每个导流槽的另一端设置为封闭端，流体自每个导流槽的流体进出口流入以及自抗压连接板与第二极板之间形成的空腔流入，所述多个导流槽的流体进出口所界定的纵截面与流体流向垂直，所述多个导流槽的流体进出口所界定的纵截面的投影线与第二极板相应位置的投影线相间隔。
2.如权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，每个导流槽的纵截面为矩形、三角形、梯形、半圆形或抛物线形。
3.如权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述第二极板上的与第一极板多个导流槽相对应的位置设置为平面。
4.如权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述第二极板上的与第一极板多个导流槽相对应的位置设置为与所述多个导流槽相对应的突起或凹陷的导流槽。
5.如权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述第一极板和第二极板为高强石墨板、模压石墨板、柔性石墨板或金属板。
6.如权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述的流体包括燃料气体，氧化剂气体和冷却流体。
CN201510937806.8A 2015-12-15 2015-12-15 一种燃料电池双极板 Active CN105489913B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510937806.8A CN105489913B (zh) 2015-12-15 2015-12-15 一种燃料电池双极板

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510937806.8A CN105489913B (zh) 2015-12-15 2015-12-15 一种燃料电池双极板

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105489913A CN105489913A (zh) 2016-04-13
CN105489913B true CN105489913B (zh) 2018-06-29

Family

ID=55676757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510937806.8A Active CN105489913B (zh) 2015-12-15 2015-12-15 一种燃料电池双极板

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105489913B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105914385B (zh) * 2016-06-28 2018-12-11 北京氢璞创能科技有限公司 大功率水冷电堆结构
US20180123141A1 (en) * 2016-10-28 2018-05-03 GM Global Technology Operations LLC Metal bead with stamped compression limiter
CN107507993B (zh) * 2017-07-31 2020-09-04 武汉科利尔新材料有限公司 质子交换膜燃料电池金属双极板
CN108110276B (zh) * 2017-11-29 2020-10-23 北京卫星制造厂 一种燃料电池用散热双极板
KR102579354B1 (ko) * 2018-05-14 2023-09-18 현대자동차주식회사 연료전지용 분리판
CN111063911B (zh) * 2019-10-29 2020-12-29 珠海格力电器股份有限公司 燃料电池进气结构和燃料电池
CN111293325B (zh) * 2020-04-28 2020-08-14 北京朔景新能源科技有限公司 燃料电池、以及用于燃料电池的双极板和双极板组件
CN114759212B (zh) * 2022-06-16 2022-09-16 爱德曼氢能源装备有限公司 一种燃料电池用双极板

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1508898A (zh) * 2002-12-20 2004-06-30 上海神力科技有限公司 一种可提高燃料电池运行稳定性的导流极板
CN1805190A (zh) * 2006-01-24 2006-07-19 南京博能燃料电池有限责任公司 燃料电池双极板
CN1805191A (zh) * 2006-01-24 2006-07-19 南京博能燃料电池有限责任公司 燃料电池双极板
CN101087024A (zh) * 2006-06-10 2007-12-12 上海神力科技有限公司 一种不易堵水的燃料电池导流极板
CN101752587A (zh) * 2008-12-04 2010-06-23 上海空间电源研究所 金属双极板、密封件一体化燃料电池的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1508898A (zh) * 2002-12-20 2004-06-30 上海神力科技有限公司 一种可提高燃料电池运行稳定性的导流极板
CN1805190A (zh) * 2006-01-24 2006-07-19 南京博能燃料电池有限责任公司 燃料电池双极板
CN1805191A (zh) * 2006-01-24 2006-07-19 南京博能燃料电池有限责任公司 燃料电池双极板
CN101087024A (zh) * 2006-06-10 2007-12-12 上海神力科技有限公司 一种不易堵水的燃料电池导流极板
CN101752587A (zh) * 2008-12-04 2010-06-23 上海空间电源研究所 金属双极板、密封件一体化燃料电池的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105489913A (zh) 2016-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105489913B (zh) 一种燃料电池双极板
CN107658480B (zh) 一种温湿度均匀性增强的燃料电池单电池及电堆
CN109904484B (zh) 一种燃料电池双极板结构及燃料电池
CN104393322B (zh) 一种能够自主排水进气的燃料电池堆
CN208753435U (zh) 一种用于燃料电池的双极板
CN107634241B (zh) 用于液流电池的液流框
CN208806305U (zh) 一种燃料电池阳极流场板
CN104821407B (zh) 叶脉状燃料电池流场结构、燃料电池双极板及燃料电池
CN107634240A (zh) 一种小型燃料电池金属双极板
EP2492997A1 (en) Bipolar plate for fuel cell
CN110048141A (zh) 一种液流电池电极板框流道及液流电池流道
CN108155400A (zh) 燃料电池双极板冷却流场结构
CN102117921A (zh) 流场板
CN105529478A (zh) 一种燃料电池双极板及其组成的电堆
CN104795577A (zh) 一种用于大功率液流电池堆的双极板板框结构
CN209001023U (zh) 一种带有间断结构的燃料电池双极板
CN207651597U (zh) 一种燃料电池氢气流场板
CN107482237B (zh) 一种燃料电池电堆
CN206711974U (zh) 一种新型平板式中温固体氧化物燃料电池电堆
CN109638311A (zh) 一种燃料电池导流板
CN209709093U (zh) 一种液流电池电极板框流道及液流电池流道
CN103579641B (zh) 一种液流电池的电堆结构
CN104900886B (zh) 一种具有对流式冷却液流场的金属双极板
CN208173712U (zh) 一种燃料电池双极板冷却流场结构
CN204596879U (zh) 一种结构优化的全钒液流电池用液流框装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant