CN109301280A - 用于燃料电池的导电极板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种用于燃料电池的导电极板。所述导电极板上靠近膜电极的一侧设有凹槽型流道，所述凹槽型流道包括多个平行且并联的单流道，用于流通气体，至少有一个单流道中设有至少一个凸起。本发明提供的用于燃料电池的导电极板，利用在凹槽型流道中设置的一定数量的凸起，迫使水分无法从直通型流道中快速地排出，达到既能够排水又能够适当保水的效果，并且结构简单，生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种用于燃料电池的导电极板。
背景技术
氢燃料电池是非常有前途的动力电源，通常是将氢燃料和电解质的化学能直接转换成电能的发电装置，也是继火电、水电、核电之后的第四种发电装置，是当今发达国家十分重视的高新技术开发领域。
氢燃料电池以氢气燃料作为还原剂，氧气作氧化剂，通过燃料的燃烧反应，将化学能转变为电能，与原电池的工作原理相同。
在一些氢燃料电池中，会在导电极上设置气体流通通道，以供气体流通。尤其在阳极上，为了氢气的顺畅流通，通常以凹槽型流道为主，而凹槽型流道由包括直通型流道和S型流道。直通型流道由多个相互平行且并联的单流道形成，如图1所示。S型流道则是由多个S形的单流道并联形成，如图2所示。由于燃料电池的阳极在工作时既要保水也要排水，因此位于阳极一侧的导电极板上的流道中需要保持一定的水量，才能有效发挥燃料电池的性能。然而像图1中的直通型流道虽然能够让氢气顺畅的流通，也有利于水的排出，但是却不利于保水，容易导致膜电极中的水含量过少，无法满足膜电极的润湿条件，从而使燃料电池的质子(氢离子)传导能力下降，进而导致电池性能的下降。
目前，还没有出现具有既能够有效排水，又能够适当保水的流道结构的导电极板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于燃料电池的导电极板，以解决现有的用于燃料电池的阳极一侧的导电极板保水效果差的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供
一种用于燃料电池的导电极板，所述导电极板上靠近膜电极的一侧设有凹槽型流道，所述凹槽型流道包括多个平行且并联的单流道，用于流通气体，其特征在于，至少有一个单流道中设有至少一个凸起。
进一步，在每个所述单流道上设有均设有一个凸起。
进一步，所述单流道中的所述凸起分布在同一直线上。
进一步，所述凸起设置在所述单流道的中部。
进一步，在每个所述单流道上均设有两个凸起，两个所述凸起沿所述单流道的长度方向均匀间隔分布。
进一步，每两个相邻的所述单流道中，其中一个所述单流道中设有所述凸起，所述凸起的数量为1个；
在设有所述凸起的单流道中，所述凸起设置在所述单流道的中部。
进一步，在每两个相邻的所述单流道中，其中一个所述单流道中设有所述凸起，所述凸起的数量为2个；
在设有凸起的所述单流道中，两个所述凸起沿所述单流道的长度方向均匀间隔分布。
进一步，每两个相邻的所述单流道中，其中一个所述单流道中设有一个所述凸起，另一个所述单流道中设有两个所述凸起；
在设有两个所述凸起的所述单流道中，两个所述凸起沿所述单流道的长度方向均匀间隔分布。
进一步，所述凸起为球体或半球体或三棱锥体或四棱柱体。
进一步，形成所述凸起的材料包括金属材料、碳质材料和复合材料中的一种。
本发明提供的用于燃料电池的导电极板，利用在凹槽型流道中设置的一定数量的凸起，迫使水分无法从凹槽型流道中快速地排出，达到既能够排水又能够适当保水的效果，并且结构简单，生产成本低。另外，本发明还能够使膜电极始终处于润湿条件中，从而提高氢离子通过膜电极中的扩散层进入阴极的效率。
附图说明
图1是现有的导电极板表面直通型流道结构示意图；
图2是现有的导电极板表面S型流道结构示意图；
图3是本发明一实施例提供的流道结构示意图；
图4是本发明一实施例提供的流道结构示意图；
图5是本发明一实施例提供的流道结构示意图；
图6-图7是本发明一实施例提供的流道结构示意图。
具体实施方式
根据前述可知，燃料电池中阳极一侧的导电极板上既需要保水也需要排水，将含有的水分保持在合适的含量，才能提高燃料电池的性能。为了提高气体在流道中的流速，以及使流道利于排水，人们想了很多的方法，例如采用S型等曲线型的流道设计或者是利用变截面流道设计。尽管这些流道在现实中一些应用，但是对于提高燃料电池性能的目的来说，实际应用效果并不理想，并且这些流道的加工难度也很大，导致生产成本和维护成本都很高。通过深入分析现有流道应用效果不理想的原因，主要是这些流道设计通常只是单纯的考虑提高气体的流通顺畅度，以及更加利于排水，并没有考虑到如何进行保水。为此，本发明提供了一种不同于传统设计的流道，通过阻碍流道中水的直接流通，迫使其进行间接流通的方式来达到既能够排水又能够适当保水的效果。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的用于燃料电池的导电极板作进一步详细说明。根据权利要求书和下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请再次参考图1，图1是现有的导电极板表面直通型流道结构示意图。以下实施例将采用直通型流道结构的导电极板为例，对本发明进行详细说明，并且实施例中所指的导电极板1用于燃料电池中的阳极，所述导电极板上靠近膜电极的一侧设有直通型流道2，所述直通型流道2包括多个平行且并联的单流道21，用于流通氢气，也可以用来流通水。
请参考图3-图6，为了达到既能够保水又能够排水的效果，迫使水在流道中不以直接流通的方式排出。因此，在由多个单流道21形成的直通型流道2中，至少有一个单流道21里设有一个凸起211，用于降低供气体流通的所述单流道21的截面面积，这里所述的截面垂直于所述单流道的长度方向，本领域技术人员容易理解，所述凸起是用来阻碍所述单流道中的气体和水的流通，但仍然保持所述单流道具有流通气体和水的能力，并非是完全阻断气体或水的流通。。当然，为了提高保水效果，一个单流道21中，所述凸起211的数量还可以设置成两个。一个单流道21中设有两个所述凸起211时，两个所述凸起211间隔分布在相应的单流道中，以避免发生堵塞现象。本领域技术人员还容易理解，还可以将一个单流道21中的所述凸起211设置为其他数量，具体的就不在此一一列举。总之，一个所述单流道21中设置不同数量的所述凸起211，目的是获得不同的保水效果，因此可以根据实际需要进行合理的数量选择。
还有，为了使所述凸起211能够实现上述的阻碍作用，所述凸起211可以采用球体或半球体或三棱锥体或四棱锥体，同时所述凸起211可以设置在单流道21的底面或侧面。由于所述导电极板1上通常还需要覆盖膜电极，因此在垂直于所述导电极板1所在平面的方向上，所述凸起的长度小于或等于所述单流道的深度，以避免所述凸起对所述膜电极的影响。优选的，所述凸起的长度略小于所述单流道的深度，更利于气体的排出，同时也起到保水作用。另外，为了提高所述凸起的耐久性，并减少对导电极板的导电性能不良影响，形成所述凸起的材料可以采用金属材料或者碳质材料或复合材料。当然，为了降低制造难度，形成所述凸起211的材料也可以与所述导电极板1的材料相同。
实施例1
如图3所示，图3是本实施例提供的流道结构示意图。在每个所述单流道21中设有均设有一个凸起211。通过在每个所述单流道21中均设置一个凸起211，单流道中的水只能通过凸起与单流道之间狭小的缝隙流通。因此，可以保持膜电极始终处于良好的润湿条件下，提高氢离子通过膜电极中的扩散层的效率。进一步，为了保持每个单流道21中水分含量的平衡，便于气体的均匀分布，所述凸起211设置在所述单流道21的中部。
实施例2
如图4所示，图4是本实施例提供的流道结构示意图。为了提高直通型流道的保水效果，在每个所述单流道21上均设有两个凸起211，两个所述凸起211沿所述单流道21的长度方向均匀间隔分布。
实施例3
如图5所示，图5是本实例提供的流道结构示意图。每两个相邻的所述单流道21中，其中一个所述单流道21中设有所述凸起211，所述凸起211的数量为1个。在直通型流道2中既保留了能够使气体和水直接流通的单流道21，同时又在其余的单流道21中设置凸起211，从而阻碍水分的直接流通，以此来达到既能够顺利排水又能够适当保水的效果。
进一步，为了保持每个设置凸起211的单流道211中水分含量的平衡，便于气体的均匀分布，在设有所述凸起211的单流道21中，所述凸起211设置在所述单流道21的中部。
实施例4
如图6所示，图6是本实施例提供的流道结构示意图。在每两个相邻的所述单流道21中，其中一个所述单流道21中设有所述凸起211，所述凸211起的数量为2个；
在设有凸起211的所述单流道21中，两个所述凸起211沿所述单流道21的长度方向均匀间隔分布。
另外，如图7所示，还可以将实施例3和实施例4的方案相结合。即每两个相邻的所述单流道21中，其中一个所述单流道21中设有一个所述凸起211，另一个所述单流道21中设有两个所述凸起211；在设有两个所述凸起211的所述单流道21中，两个所述凸起211沿所述单流道21的长度方向均匀间隔分布，以进一步提高所述直通型流道2的保水能力。
综上所述，本发明利用在凹槽型流道中设置的一定数量的凸起211，迫使水分无法从直通型流道2中快速地排出，达到既能够排水又能够适当保水的效果。另外，本发明还能够使膜电极始终处于润湿条件中，从而提高氢离子通过膜电极中的扩散层进入阴极的效率。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于燃料电池的导电极板，所述导电极板上靠近膜电极的一侧设有凹槽型流道，所述凹槽型流道包括多个平行且并联的单流道，用于流通气体，其特征在于，至少有一个单流道中设有至少一个凸起。
2.如权利要求1所述的导电极板，其特征在于，在每个所述单流道上设有均设有一个凸起。
3.如权利要求2所述的导电极板，其特征在于，所述单流道中的所述凸起分布在同一直线上。
4.如权利要求3所述的导电极板，其特征在于，所述凸起设置在所述单流道的中部。
5.如权利要求1所述的导电极板，其特征在于，在每个所述单流道上均设有两个凸起，两个所述凸起沿所述单流道的长度方向均匀间隔分布。
6.如权利要求1所述的导电极板，其特征在于，每两个相邻的所述单流道中，其中一个所述单流道中设有所述凸起，所述凸起的数量为1个；
在设有所述凸起的单流道中，所述凸起设置在所述单流道的中部。
7.如权利要求1所述的导电极板，其特征在于，在每两个相邻的所述单流道中，其中一个所述单流道中设有所述凸起，所述凸起的数量为2个；
在设有凸起的所述单流道中，两个所述凸起沿所述单流道的长度方向均匀间隔分布。
8.如权利要求1所述的导电极板，其特征在于，每两个相邻的所述单流道中，其中一个所述单流道中设有一个所述凸起，另一个所述单流道中设有两个所述凸起；
在设有两个所述凸起的所述单流道中，两个所述凸起沿所述单流道的长度方向均匀间隔分布。
9.如权利要求1-8中任一项所述的导电极板，其特征在于，所述凸起为球体或半球体或三棱锥体或四棱柱体。
10.如权利要求1-8中任一项所述的导电极板，其特征在于，形成所述凸起的材料包括金属材料、碳质材料和复合材料中的一种。
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