CN110247075B - 一种双板装置及具有其的燃料电池 - Google Patents

Abstract

一种双板装置及具有其的燃料电池。一种双板装置，其可采用金属板构成，作为燃料电池的双极板使用，所述双极板由两块板构成，其中每块板包括正面和反面，其中正面形成有多个多边形槽，多个多边形槽排列在一起，组成类似蜂巢结构，相邻两个多边形槽共用一条边，边上设有连通两个相邻多边形槽的凹槽，从而在正面形成与交互连通的流道。在板的反面，包括多边形槽的底面和凹槽的底面，其中多边形槽的底面的高度大于凹槽底面的高度，从而形成围绕多边形底面的流道。通过上述设置，可使流道形成四通八达的的交叉网络，反应气体不论从哪个或哪几个进口进来，都有机会流向其它几个通道，从而避免了直型流道各流道气体流速流量不同，造成的反应不均衡情况。

Description

一种双板装置及具有其的燃料电池

技术领域

本发明涉及一种双板装置，具体而言，涉及一种双极板及具有其的燃料电池。

背景技术

如今燃料电池广泛采用的双极板材料是注塑石墨双极板和柔性石墨双极板，石墨板的缺点是厚度和重量较大，导致燃料电池电堆的整体体积和重量非常大；且石墨板的机械强度不高，在受到猛烈冲击时，容易发生破裂而导致整个燃料电池电堆电池失效。

从目前国内燃料电池市场的情况看，燃料电池以金属板做双极板的情况将越来越多，因为金属板重量轻，体积小，并且金属板可回收利用，相较于石墨电池，金属板燃料电池将有更大的发展前途。

现有的双极板其流道设计单一，无法使待反应气体充分混合，反应。有必要设计出一种不同于现有技术的板结构，其可形成特定的流道，使流道内的气体混合充分。

发明内容

鉴于此，本发明设计出一款板结构，上述板结构具有特定形成，其正反面均可形成交叉流路。进一步地，采用上述板结构可形成双板装置，板结构采用金属构成，从而可作为双极板使用，通过板结构的特殊结构设计，可形成不同于现有技术的流道，不同于之前的平直流道或蛇行流道。该流道类似网状流道，相互交错。避免了反应气体扩散不均的现象，使反应均匀；防止反应生成水堵塞流道，造成水淹。

具体地：一种板结构，所述板结构包括正面和反面，其中，板的正面上形成有多个相邻排列的多边形槽，多边形槽的边数为n，n为大于等于3的自然数，由n条边围成所述多边形槽;

非边缘部位的多边形槽的每条边均与另一个多边形槽共用一条边，所述每条边上开设有连通相邻多边形槽的凹槽；

边缘部位的多边形槽包括非共用边和与非边缘部位多边形槽共用的边，所述共用的边开设有与其它多边形槽连通的凹槽；

至少部分所述非共用边具有与外界连通的进口和出口。

优选地，在板结构的正面，各个多边形槽的边的顶面大致位于同一平面。

优选地，在板结构的正面，各个多边形槽的深度大于凹槽的深度。

优选地，板结构的反面包括多边形槽的底面和凹槽的底面，其中，在板的反面，各个多边形槽的底面大致处于同一高度H，多个凹槽的底面处于比所述高度H底的高度。

优选地，多个凹槽的各个凹槽的底面处于同一高度h。

优选地，多边形槽为正多边形。

优选地，多边形槽为正六边形，多个相邻排列的多边形槽形成为蜂巢结构。

优选地，所述板为金属板。

另外本发明还提供一种双板装置，包括两个权利要求1-8任一所述的板结构，其通过将两个所述板结构通过相互压叠的方式的形成，压叠时，两个板结构重合设置，两个板结构的多边形槽面对面设置，从而使双板装置的内部形成有相互连通的第一流道；

板结构的反面包括多边形槽的底面和凹槽的底面，其中，在板结构的反面，各个多边形槽的底面大致处于同一高度H，多个凹槽的底面处于比所述高度H底的高度h，从而使双板装置的前、后两侧形成有第二流道、第三流道。

另外本发明还提供一种燃料电池，包括多个如本发明所述的双板装置，多个双板装置重合叠压在一起，多个双板装置之间设有膜电极，第一流道设有冷却液进口和出口；第二流道设有氢气进口和出口；第三流道设有氧气进口和出口。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1 现有技术中石墨双极板燃料电池。

图2 本发明的双板装置示意图。

图3 本发明的板结构的局部正面放大图。

图4 本发明的板结构的局部反面放大图。

图中：100-端板，200-扩散层，300-冷却板，400-双极板，500-膜电极，600-密封条；

1-双板装置，2-冷却液进口，3-冷却液出口，4-氢气进口，5-氢气出口，6-氧气进口，7-氧气出口，11-多边形槽，12-边，13-凹槽。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本公开概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本公开所必须的，因此不能用于限制本公开的保护范围。

下面结合附图2-4对本发明中的具体实施方式的内容进行详细描述：

一种板结构，所述板结构包括正面和反面，其中，板的正面上形成有多个相邻排列的多边形槽11，多边形槽11的边数为n，n为大于等于3的自然数，由n条边围成所述多边形槽11：

非边缘部位的多边形槽11的每条边12均与另一个多边形槽11共用一条边12，所述每条边12开设有连通相邻多边形槽11的凹槽13；

边缘部位的多边形槽11包括非共用边12和与非边缘部位多边形槽11共用的边12，所述共用的边12开设有与其它多边形槽11连通的凹槽13；

所述非共用边12的部分包括与外界连通的进口和出口。

优选地，在板结构的正面，各个多边形槽11的边的顶面大致位于同一平面。

优选地，在板结构的正面，各个多边形槽11的深度大于凹槽13的深度。

优选地，板结构的反面包括多边形槽11的底面和凹槽13的底面，其中，在板的反面，各个多边形槽11的底面大致处于同一高度H，多个凹槽13的底面处于比所述高度H底的高度h。

优选地，多个凹槽13的各个凹槽的底面处于同一高度h。

优选地，多边形槽11为正多边形。

优选地，多边形槽11为正六边形，多个相邻排列的多边形槽11形成为蜂巢结构。

优选地，所述板为金属板。

一种双板装置1，包括本发明任一所述的板结构，其通过将两个所述板结构通过相互压叠的方式的形成，压叠时，两个板结构重合设置，板结构的多边形槽11相向设置，从而使双板装置1的内部形成有相互连通的第一流道；

板结构的反面包括多边形槽11的底面和凹槽13的底面，其中，在板结构的反面，各个多边形槽11的底面大致处于同一高度H，多个凹槽13的底面处于比所述高度H底的高度h，从而使双板装置1的前、后两侧形成有第二流道、第三流道。

一种燃料电池，包括多个如上述所述的双板装置1，多个双板装置1重合叠压在一起，多个双板装置1之间设有膜电极500，第一流道设有冷却液进口和出口；第二流道设有氢气进口和出口；第三流道设有氧气进口和出口。

下面对本发明的原理和过程作一描述：

如图2所示，本发明的双板装置1，优选其可为燃料电池的金属双极板，其是采用两块相同的板构成。如图2，3所示，其示出了单块板的正、反面图，从其正面可看出，其流道整体相互交错、呈现出网状结构。且从反面也形成相互交错、呈现出网状结构。当双板装置1为金属板时，其可作为双极板使用，将多个双极板压在一起，双极板之间设有膜电极。

如图2所示，当氢气从左侧氢气进口4流入时，氢气会以极快的速度向四面八方扩散（如图3所示），同时整体向前推进，遇到膜电极500这个电解质的催化，失去电子，变成氢离子，即质子，质子穿过质子交换膜（未示出）与右侧从氧气进口6进入的氧气发生化学反应，在氧气流道生成水，由于反应环境是高温80度左右，所以生成的水气大部分会以水蒸气的形式，随着高速流动的氧气一起从流道排出，少部分生成的水则对质子交换膜起到湿润的效果，增加催化反应的效率，另外一部分生成水，汇集成小水滴在重力作用下，慢慢排除。由于本设计流道流道相互连通，所以不会存在水淹流道的现象。保证持续反应，同时氢气失去的电子通过集流板（未示出）的传输，给外接负载持续供电，余下的氢气从氢气出口5流出，余下的氧气从氧气出口7流出。

本发明具有以下有益效果：

如图3，4，从图中可以看出，不论是正面流道，还是反面流道，都形成了一个四通八达的的交叉网络，反应气体不论从哪个或哪几个进口进来，都有机会流向其它几个通道，从而避免了直型流道各流道气体流速流量不同，造成的反应不均衡情况。采用本发明的双板装置，其作为双极板，气体扩散均匀，使得电池整体电压稳定，提高了电池性能。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (7)

1.一种板结构，两个相同的所述板结构通过相互压叠使用，所述板结构包括正面和反面，其中，板的正面上形成有多个相邻排列的多边形槽(11)，多边形槽(11)的边数为n，n为大于等于3的自然数，由n条边围成所述多边形槽(11)；

非边缘部位的多边形槽(11)的每条边(12)均与另一个多边形槽(11)共用一条边(12)，所述每条边(12)上开设有连通相邻多边形槽(11)的凹槽(13)；

边缘部位的多边形槽(11)包括非共用边(12)和与非边缘部位多边形槽(11)共用的边(12)，所述共用的边(12)开设有连通相邻多边形槽(11)的凹槽(13)；

至少部分所述非共用边(12)具有与外界连通的进口和出口；

在板结构的正面，各个多边形槽(11)的边(12)的顶面大致位于同一平面；

在板结构的正面，各个多边形槽(11)的深度大于凹槽(13)的深度；

板结构的反面包括多边形槽(11)的底面和凹槽(13)的底面，其中，在板结构的反面，各个多边形槽(11)的底面大致处于同一高度H，多个凹槽(13)的底面处于比所述高度H底的高度。

2.根据权利要求1所述的板结构，其特征在于：在板结构的反面，各个凹槽(13)的底面处于同一高度h。

3.根据权利要求1或2所述的板结构，其特征在于：多边形槽(11)为正多边形。

4.根据权利要求3所述的板结构，其特征在于：多边形槽(11)为正六边形，多个相邻排列的多边形槽(11)形成为蜂巢结构。

5.根据权利要求1，2，4所述的板结构，其特征在于：所述板为金属板。

6.一种双板装置(1)，其特征在于：包括两个权利要求1－5任一所述的板结构，其通过将两个所述板结构通过相互压叠的方式的形成，压叠时，两个板结构重合设置，两个板结构的多边形槽(11)面对面设置，从而使双板装置(1)的内部形成有相互连通的第一流道；

板结构的反面包括多边形槽(11)的底面和凹槽(13)的底面，其中，在板结构的反面，各个多边形槽(11)的底面大致处于同一高度H，多个凹槽(13)的底面处于比所述高度H底的高度，从而使双板装置(1)的前、后两侧形成有第二流道、第三流道。

7.一种燃料电池，其特征在于：包括多个如权利要求6所述的双板装置(1)，多个双板装置(1)重合叠压在一起，多个双板装置(1)之间设有膜电极(500)，第一流道设有冷却液进口(2)和冷却液出口(3)；第二流道设有氢气进口(4)和氢气出口(5)；第三流道设有氧气进口(6)和氧气出口(7)。