CN111029610B - 一种氢燃料电池双极板及氢燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢燃料电池双极板及氢燃料电池，双极板包括并排设置的第一极板和第二极板，第一极板与第二极板连接，第一极板靠近第二极板的一侧设有波纹形的第一冷却液流道，第一极板远离第二极板的一侧设有波纹形的第一气体流道，第二极板靠近第一极板的一侧设有波纹形的第二冷却液流道，第二极板远离第一极板的一侧设有波纹形的第二气体流道，第一冷却液流道和第二冷却液流道沿冷却液的流动方向对称设置，第一冷却液流道和第二冷却液流道的交叠区域重合；一种氢燃料电池，包括双极板，所述双极板为所述的一种氢燃料电池双极板。能够减小冷却液流动时的流阻；使冷却液流道更合理。
Description
技术领域
本发明涉及氢燃料电池极板设计技术领域，具体为一种氢燃料电池双极板及氢燃料电池。
背景技术
氢燃料电池，也称亦质子交换膜燃料电池，是一种将氢氧反应气体的化学能直接转化成电能的装置，具有能量转换率高、环境友好、操作温度低等优点，是一种极具发展前景的清洁能源技术。
作为氢燃料电池的核心部件，氢燃料电池的双极板具有收集传导电流、支撑膜电极、均匀输送并隔离反应气体、流通冷却液、快速散热等多种重要功能。
现有的氢燃料电池的双极板的冷却液在冷却液流道流动时的流阻较大，所以，如何减小冷却液流动时的流阻，是本领域的技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的上述不足，提供一种氢燃料电池双极板，能够减小冷却液流动时的流阻。
本发明还提供一种氢燃料电池，能够减小冷却液流动时的流阻，使冷却液流道更合理。
为实现上述目的，发明提供如下技术方案：
一种氢燃料电池双极板，包括并排设置的第一极板和第二极板，第一极板与第二极板连接，第一极板靠近第二极板的一侧设有波纹形的第一冷却液流道，第一极板远离第二极板的一侧设有波纹形的第一气体流道，第二极板靠近第一极板的一侧设有波纹形的第二冷却液流道，第二极板远离第一极板的一侧设有波纹形的第二气体流道，第一冷却液流道和第二冷却液流道沿冷却液的流动方向对称设置，第一冷却液流道和第二冷却液流道的交叠区域重合。
优选的，所述第一冷却液流道和第二冷却液流道以及第一气体流道还有第二气体流道均并排设有多个。
优选的，所述第一极板和第二极板均采用金属板。
优选的，所述金属板采用铝板或不锈钢板或钛板。
优选的，所述第一极板冲压形成第一冷却液流道，位于相邻两个第一冷却液流道之间的流道为第一气体流道，第二极板冲压形成第二冷却液流道，位于相邻两个第二冷却液流道之间的流道为第二气体流道。
优选的，所述第一气体流道的宽度和第一冷却液流道的宽度满足如下关系：
w1/(w1+w2)＝40％-60％
w1-第一气体流道的宽度；
w2-第一冷却液流道的宽度。
优选的，所述第一气体流道的宽度和第一冷却液流道的宽度满足如下关系：
w1/(w1+w2)＝50％
优选的，所述第二气体流道的宽度和第二冷却液流道的宽度满足如下关系：
w3/(w3+w4)＝40％-60％
w3-第二气体流道的宽度；
w4-第二冷却液流道的宽度。
优选的，所述第二气体流道的宽度和第二冷却液流道的宽度满足如下关系：
w3/(w3+w4)＝50％。
一种氢燃料电池，包括双极板，所述双极板为所述的一种氢燃料电池双极板。
与现有技术相比，发明的有益效果是：
1、本发明能够让冷却液在冷却液流动空间流动时，减小冷却液流动时的流阻，使得冷却液流动性最好。
合理的极板流场结构，不仅能够较好的传输反应气体，也能够使得冷却工质流动均匀且流阻较小。
2、本发明的第一极板和第二极板均采用金属材质，能够利用金属材料良好的导电性致密性、良好的韧性、良好的延展性来便于流道加工，适合商业化生产。
3、本发明通过冲压形成第一极板的第一冷却液流道，能够同时形成第一气体流道，从而使得第一极板的加工方便快捷。
4、本发明通过冲压形成第二极板的第二冷却液流道，能够同时形成第二气体流道，从而使得第二极板的加工方便快捷。
5、本发明能够减小冷却液流动时的流阻，使冷却液流道更合理，降低了氢燃料电池的寄生功率。
附图说明
图1为一种氢燃料电池双极板的结构示意图；
图2为第一极板的截面结构示意图；
图3为第二极板的截面结构示意图；
图4为第一液体流道或者第二液体流道的示意图；
图5为对比图。
图中：1-第一极板；101-第一冷却液流道；102-第一气体流道；2-第二极板；201-第二冷却液流道；202-第二气体流道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一，
如图1所示，一种氢燃料电池双极板，包括并排设置的第一极板1和第二极板2。
第一极板1和第二极板2均采用金属板。因为金属板比石墨材质或者复合材质具有更好的导热性、导电性、阻气性、机械强度、延展性、韧性。所以第一极板1和第二极板2可采用冲压成型的工艺来加工，更适应商业化生产。具体的，金属板采用铝板或不锈钢板或钛板。
如图1或图2所示，第一极板1冲压形成波纹形的第一冷却液流道101，位于相邻两个第一冷却液流道101之间的波纹形的流道为第一气体流道102，这样使得第一冷却液流道101与第一气体流道102的波纹起伏相同。具体的，第一冷却液流道101设于第一极板1的下端面，第一气体流道102设于第一极板1的上端面。第一冷却液流道101和第一气体流道102均并排设有多个。
如图2所示，第一极板1的开孔率用w1/(w1+w2)表示，w1为第一气体流道102的宽度，w2为第一冷却液流道101的宽度。当第一极板1的开孔率较大时，第一气体流道102的宽度较宽，第一冷却液流道101的宽度较窄；当第一极板1的开孔率较小时，第一气体流道102的宽度较窄，第一冷却液流道101 的宽度较宽。当第一极板1的开孔率在40％-60％之间时，为第一极板1的优选开孔率。优选的，当第一极板1的开孔率为50％时，为第一极板1的最优开孔率。
如图4所示，由于第一冷却液流道101和第一气体流道102的波纹起伏相同，则第一冷却液流道101的重复单元的长度和第一气体流道102的重复单元的长度相同，且统称为第一流道重复单元的长度，第一流道重复单元的长度用 L表示，第一流道重复单元的长度由三个具有相切关系的圆确定，L和R还有r 共同决定了波纹形的起伏程度。第一流道重复单元的长度越长，则第一冷却液流道101以及第一气体流道102的波纹起伏越大，使得第一冷却液流道101分布越细密、第一气体流道102分布越细密。
如图1或图3所示，第二极板2冲压形成波纹形的第二冷却液流道201，位于相邻两个第二冷却液流道201之间的波纹形的流道为第二气体流道202，这样使得第二冷却液流道201与第二气体流道202的波纹起伏相同，并且，第二冷却液流道201与第一冷却液流道101完全相同。具体的，第二冷却液流道 201设于第二极板2的上端面，第二气体流道202设于第二极板2的下端面。第二冷却液流道201和第二气体流道202均并排设有多个。
如图3所示，第二极板2的开孔率用w3/(w3+w4)表示，w3为第二气体流道202的宽度，w4为第二冷却液流道201的宽度，w3＝w1，w4＝w2。当第二极板 2的开孔率较大时，第二气体流道202的宽度较宽，第二冷却液流道201的宽度较窄；当第二极板2的开孔率较小时，第二气体流道202的宽度较窄，第二冷却液流道201的宽度较宽。当第二极板2的开孔率在40％-60％之间时，为第二极板2的优选开孔率。优选的，当第二极板2的开孔率为50％时，为第二极板2的最优开孔率。
如图4所示，由于第二冷却液流道201和第二气体流道202的波纹起伏相同，则第二冷却液流道201的重复单元的长度和第二气体流道202的重复单元的长度相同，且统称为第二流道重复单元的长度与第一流道重复单元的长度相同。
如图1所示，第一极板1的下端面和第二极板2的上端面焊接固定在一起形成双极板。
如图1所示，第一冷却液流道101和第二冷却液流道201沿冷却液的流动方向对称设置，第一冷却液流道101和第二冷却液流道201的交叠区域重合，使第一冷却液流道101和第二冷却液流道201形成冷却液流动空间。
如图5中的左图所示，第一冷却液流道101和第二冷却液流道201的交叠区域呈重合状态时，则第一极板1和第二极板2满足如下关系：
此时，能够让冷却液在冷却液流动空间流动时不会遇到如图5中的右图所示的凸起，从而减小了冷却液流动时的流阻，使得本实施例一的双极板的冷却液流动性最好。
实施例二，
一种氢燃料电池，包括双极板，所述双极板为所述的一种氢燃料电池双极板。能够减小冷却液流动时的流阻，使冷却液流道更合理，降低了氢燃料电池的寄生功率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种氢燃料电池双极板，其特征在于，包括并排设置的第一极板和第二极板，第一极板与第二极板连接，第一极板靠近第二极板的一侧设有波纹形的第一冷却液流道，第一极板远离第二极板的一侧设有波纹形的第一气体流道，第二极板靠近第一极板的一侧设有波纹形的第二冷却液流道，第二极板远离第一极板的一侧设有波纹形的第二气体流道，第一冷却液流道和第二冷却液流道沿冷却液的流动方向对称设置，第一冷却液流道和第二冷却液流道的交叠区域重合；所述第一冷却液流道和第二冷却液流道以及第一气体流道还有第二气体流道均并排设有多个；所述第一极板和第二极板均采用金属板；所述金属板采用铝板或不锈钢板或钛板；所述第一极板冲压形成第一冷却液流道，位于相邻两个第一冷却液流道之间的流道为第一气体流道，第二极板冲压形成第二冷却液流道，位于相邻两个第二冷却液流道之间的流道为第二气体流道；所述第一气体流道的宽度和第一冷却液流道的宽度满足如下关系：
w1/(w1+w2)=40%-60%
w1-第一气体流道的宽度；
w2-第一冷却液流道的宽度；
所述第二气体流道的宽度和第二冷却液流道的宽度满足如下关系：
w3/(w3+w4)=40%-60%
w3-第二气体流道的宽度；
w4-第二冷却液流道的宽度；
第一极板和第二极板满足如下关系：
；
R为波纹形较大波纹的圆弧所在圆的半径，r波纹形较小波纹的圆弧所在圆的半径
L为相邻较大波纹的圆弧所在圆的圆心之间的距离。
2.如权利要求1所述的一种氢燃料电池双极板，其特征在于，所述第一气体流道的宽度和第一冷却液流道的宽度满足如下关系：
w1/(w1+w2)=50%。
3.如权利要求1所述的一种氢燃料电池双极板，其特征在于，所述第二气体流道的宽度和第二冷却液流道的宽度满足如下关系：
w3/(w3+w4)=50%。
4.一种氢燃料电池，包括双极板，其特征在于，所述双极板为权利要求1-3任一项所述的一种氢燃料电池双极板。
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