CN110429296A - 一种燃料电池双极板 - Google Patents
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Abstract
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，包括氢极板和氧极板，氢极板设有氢气流道，氧极板设有空气流道，氢气流道和空气流道的进气端均设有氢入口、空气入口和冷却液入口，氢气流道和空气流道的出气端均设有氢出口、空气出口和冷却液出口，氢入口的横截面面积大于氢出口的横截面面积，空气入口的横截面面积小于空气出口的横截面面积。一方面，有利于增加流速，便于加快排出反应后产生的水；第二方面，避免空气出口流速过快，提高空气与氢气的转化效率；第三方面，避免了空气出口处氢气和空气压差过大的问题，提高电堆寿命。
Description
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
燃料电池是一种能够将化学能转化为电能的电化学反应装置，具有能量转换效率高、零排放、无机械噪声等优点，在军事和民用领域备受青睐。质子交换膜燃料电池(PEMFC)采用固体聚合物膜作为电解质，具有结构简单、工作温度低等优点，作为移动电源具有得天独厚的优势。日本丰田汽车公司、韩国现代汽车公司等国际知名的汽车公司已经开发出以PEMFC为动力的量产化的燃料电池电动汽车(FCEV或FCV)。
每个PEMFC单电池由两个极板(一个氢极板和一个氧气板)以及夹在两个极板之间的膜电极组成。PEMFC的氢极板上设置有燃料流道，该燃料流道是燃料流动和传输的场所，燃料经由其而传输至阳极催化剂。PEMFC的氧极板上设置有氧化剂流道，该氧化剂流道是氧化剂(氧气或空气)流动和传输的场所，氧化剂经由其而到达阴极催化剂。借助于所述燃料流道和氧化剂流道，燃料和氧化剂可以被源源不断地输送到燃料电池内从而使燃料电池可以连续地输出电能。
现有技术中在燃料电池产业化导入阶段中，转化效率尚待进一步提高，使用寿命延长、降低成本等成为诸多迫切急需解决的问题。燃料电池的研发、生产集聚多学科、多领域的尖端技术，任何在转化效率、使用寿命和降低成本方面的改进，都具有很大的经济价值和社会效益。
发明内容
本发明的目的是提供有助于提高燃料电池转化效率、工作稳定性和电堆寿命的一种燃料电池双极板。
为了实现上述目的，本发明提供一种燃料电池双极板，包括氢极板和氧极板，所述氢极板设有氢气流道，所述氧极板设有空气流道，所述氢气流道和空气流道的进气端均设有氢入口、空气入口和冷却液入口，所述氢气流道和空气流道的出气端均设有氢出口、空气出口和冷却液出口，所述氢入口的横截面面积大于氢出口的横截面面积，所述空气入口的横截面面积小于空气出口的横截面面积。
可选的，所述氢气流道和空气流道均包括进气分配区、反应区和出气分配区，所述反应区设有若干反应脊平行布置形成的若干沟槽。
可选的，所述氢气流道的进气分配区和出气分配区均设有分配岛和氢气导流脊，所述氢气导流脊与反应脊连接，所述分配岛均匀布置于氢气导流脊的进气端。
可选的，所述分配岛为圆柱体。
可选的，所述空气流道的进气分配区和出气分配区设有空气导流脊，所述空气导流脊由反应区分别向进气分配区的进气端中部和出气分配区的出气端中部延伸。
可选的，所述进气分配区和出气分配区的深度大于反应区的深度0.03－0.07mm。
可选的，所述氢极板和氧极板均开设有巡检口。
可选的，所述氢极板和氧极板均开设有定位孔。
可选的，所述空气入口设置于氢入口和冷却液入口之间，所述空气出口设置于氢出口和冷却液出口之间。
可选的，所述氢极板和氧极板均开设有密封槽，所述密封槽沿所述氢气流道、空气流道、氢入口、空气入口和冷却液入口周边布置。
实施本发明的实施例，具有以下技术效果：
一方面，本发明氢入口的横截面面积大于氢出口的横截面面积，从而使氢气在氢出口处的流量降低，有利于增加流速，便于加快排出反应后产生的水；第二方面，空气入口的横截面面积小于空气出口的横截面面积，由于空气侧进出口压差较大，空气出口压力减小体积增大，因此，通过增大空气出口面积避免空气流速过快；第三方面，氢极板和氧极板的空气入口和氢入口均设置在同侧，避免了空气出口处氢气和空气压差过大的问题，提高电堆寿命。
附图说明
图1是本发明优选实施例氢极板的结构示意图；
图2是图1中A处的放大示意图；
图3是本发明优选实施例氢极板的纵向局部剖视图；
图4是本发明优选实施例氧极板的结构示意图；
图5是图4中B处的放大示意图；
图6是本发明优选实施例氧极板的纵向局部剖视图。
附图标记说明：
1、氢极板，2、氧极板，3、氢气流道，4、空气流道，5、氢入口，6、空气入口，7、冷却液入口，8、氢出口，9、空气出口，10、冷却液出口，11、进气分配区，12、反应区，13、出气分配区，14、分配岛，15、氢气导流脊，16、空气导流脊，17、巡检口，18、定位孔，19、密封槽，20、反应脊。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“纵向”、“横向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参考图1－图6，本实施例提供了一种燃料电池双极板，包括氢极板1和氧极板2，氢极板1设有氢气流道3，氧极板2设有空气流道4，氢气流道3和空气流道4的进气端均设有氢入口5、空气入口6和冷却液入口7，氢气流道3和空气流道4的出气端均设有氢出口8、空气出口8和冷却液出口10，氢入口5的横截面面积大于氢出口8的横截面面积，空气入口6的横截面面积小于空气出口8的横截面面积。一方面，本发明氢入口5的横截面面积大于氢出口8的横截面面积，从而使氢气在氢出口8处的流量降低，有利于增加流速，便于加快排出反应后产生的水；第二方面，空气入口6的横截面面积小于空气出口8的横截面面积，由于空气侧进出口压差较大，空气出口8压力减小体积增大，因此，通过增大空气出口8的横截面面积避免空气流速过快；第三方面，氢极板1和氧极板2的空气入口6和氢入口5均设置在同侧，避免了空气出口8处氢气和空气压差过大的问题，提高电堆寿命。
进一步的，参考图1和图4，本实施例的氢气流道3和空气流道4均包括进气分配区11、反应区12和出气分配区13，反应区12设有若干反应脊20平行布置形成的若干沟槽，有助于均匀分配空气和氢气。
其中，参考图1和图2，氢气流道3的进气分配区11和出气分配区13均设有分配岛14和氢气导流脊15，氢气导流脊15与反应脊20连接，分配岛14均匀布置于氢气导流脊15的进气端，从氢气流道3的进气分配区11进入反应区12的氢气经过分配岛14和氢气导流脊15后均匀进入反应区12不同位置进行反应，且空气流道4的进气分配区11和出气分配区13设有空气导流脊16，空气导流脊16由反应区12分别向进气分配区11的进气端中部和出气分配区13的出气端中部延伸，使空气均匀进入反应区12，提高反应的效率，反应后，通过氢气导流脊15和分配岛14将氢气重新分配，具体的，分配岛14为圆柱体，使氢气、空气进入时撞击在圆柱体上扩散重新分配。
参考图3和图6，在本实施例中，进气分配区11和出气分配区13的深度大于反应区12的深度0.03－0.07mm，具体的，进气分配区11和出气分配区13的深度大于反应区12的深度0.05mm，即使进气分配区11和出气分配区13的深度与反应区12的深度差值H＝0.05mm，氢气和空气在进入和离开反应区12后，在进气分配区11和出气分配区13有一定量的氢气、空气缓存，有利于电堆的低温启动。
参考图1和图4，本实施例的氢极板1和氧极板2均开设有巡检口17，便于进行氢极板1和氧极板2的电学性能测试。
进一步的，氢极板1和氧极板2均开设有定位孔18，便于氢极板1与氧极板2对位安装，提高安装的质量。
在本实施例不中，空气入口6设置于氢入口5和冷却液入口7之间，空气出口8设置于氢出口8和冷却液出口10之间，优化空气侧流体分布，使空气与氢气的反应均匀分布，从而使燃料电池反应产生的电流分布更均匀。
其中，氢极板1和氧极板2均开设有密封槽19，密封槽19沿氢气流道3、空气流道4、氢入口5、空气入口6和冷却液入口7周边布置，使氢气和空气与冷却液之间利用密封槽19进行隔离，保证燃料电池使用稳定性和安全性。
综上，一方面，本发明氢入口5的横截面面积大于氢出口8的横截面面积，从而使氢气在氢出口8处的流量降低，有利于增加流速，便于加快排出反应后产生的水；第二方面，空气入口6的横截面面积小于空气出口8的横截面面积，，由于空气侧进出口压差较大，空气出口8压力减小体积增大，因此，通过增大空气出口8的横截面面积避免空气流速过快；第三方面，氢极板1和氧极板2的空气入口6和氢入口5均设置在同侧，避免了空气出口8处氢气和空气压差过大的问题，提高电堆寿命。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种燃料电池双极板，其特征在于，包括氢极板和氧极板，所述氢极板设有氢气流道，所述氧极板设有空气流道，所述氢气流道和空气流道的进气端均设有氢入口、空气入口和冷却液入口，所述氢气流道和空气流道的出气端均设有氢出口、空气出口和冷却液出口，所述氢入口的横截面面积大于氢出口的横截面面积，所述空气入口的横截面面积小于空气出口的横截面面积。
2.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述氢气流道和空气流道均包括进气分配区、反应区和出气分配区，所述反应区设有若干反应脊平行布置形成的若干沟槽。
3.根据权利要求2所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述氢气流道的进气分配区和出气分配区均设有分配岛和氢气导流脊，所述氢气导流脊与反应脊连接，所述分配岛均匀布置于氢气导流脊的进气端。
4.根据权利要求3所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述分配岛为圆柱体。
5.根据权利要求2所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述空气流道的进气分配区和出气分配区设有空气导流脊，所述空气导流脊由反应区分别向进气分配区的进气端中部和出气分配区的出气端中部延伸。
6.根据权利要求2所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述进气分配区和出气分配区的深度大于反应区的深度0.03－0.07mm。
7.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述氢极板和氧极板均开设有巡检口。
8.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述氢极板和氧极板均开设有定位孔。
9.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述空气入口设置于氢入口和冷却液入口之间，所述空气出口设置于氢出口和冷却液出口之间。
10.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述氢极板和氧极板均开设有密封槽，所述密封槽沿所述氢气流道、空气流道、氢入口、空气入口和冷却液入口周边布置。
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