CN111193045B - 燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种燃料电池的双极板和燃料电池，涉及燃料电池领域，该双极板包括第一极板和第二极板，双极板具有气体开口、活性区和多个气体通道，气体通道包括第一通道和第二通道，第一通道和第二通道交替间隔排布，第一极板上具有第一条形凹槽，第二极板上具有第二条形凹槽，第一条形凹槽与第二极板上呈平面的区域围成第一通道，第二条形凹槽与第一极板上呈平面的区域围成第二通道。通过第一条形凹槽与第二极板围成第一通道，第二条形凹槽与第一极板围成第二通道，由于第一通道和第二通道是交替间隔排布的，在设置密封胶线和膜电极时，减小了双极板在气体通道处受到的密封胶线产生的密封力，使双极板上不同区域的密封力更加一致，提高密封性。

Description

燃料电池
技术领域
本公开涉及燃料电池领域，特别涉及一种燃料电池的双极板和燃料电池。
背景技术
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。
双极板是燃料电池中的重要结构，在燃料电池中通常包括叠置的多组双极板，每组双极板包括一个阴极板和一个阳极板，阴极板和阳极板相互重叠形成冷却流道，相邻两组双极板之间夹有膜电极。燃料电池在工作时，氢气进入阳极板和膜电极之间，氧气进入阴极板和膜电极之间。双极板和膜电极之间夹有密封胶线进行密封，双极板上不同区域的密封力通常难以保证一致，影响密封性。
发明内容
本公开实施例提供了一种燃料电池的双极板和燃料电池，能够使双极板上不同区域的密封力更加一致。所述技术方案如下：
一方面，本公开实施例提供了一种燃料电池的双极板，包括相互重叠的第一极板和第二极板，所述第一极板和所述第二极板中的一个为阴极板，另一个为阳极板，所述双极板具有气体开口、活性区和多个气体通道，所述气体开口位于所述活性区外，所述气体通道连通所述气体开口和所述活性区，所述气体通道包括第一通道和第二通道，所述第一通道和所述第二通道交替间隔排布，所述第一极板上具有向远离所述第二极板一侧凹陷的第一条形凹槽，所述第二极板上具有向远离所述第一极板一侧凹陷的第二条形凹槽，所述第一条形凹槽与所述第二极板上呈平面的区域围成所述第一通道，所述第二条形凹槽与所述第一极板上呈平面的区域围成所述第二通道。
可选地，所述气体开口包括间隔的第一开口和第二开口，部分所述第一通道和部分所述第二通道连通所述第一开口和所述活性区，部分所述第一通道和部分所述第二通道连通所述第二开口和所述活性区，所述第一极板上对应连通所述第一开口和所述活性区的气体通道设置有多个第一通孔，所述第二极板上对应连通所述第二开口和所述活性区的气体通道设置有多个第二通孔。
可选地，所述第一条形凹槽和所述第二条形凹槽的横截面均呈梯形。
可选地，还包括第一密封胶线和第二密封胶线，所述第一密封胶线沿所述第一极板的边缘延伸或者沿所述气体开口的边缘延伸，所述第一密封胶线位于所述第一极板远离所述第二极板的一侧，所述第二密封胶线沿所述第二极板的边缘延伸或者沿所述气体开口的边缘延伸，所述第二密封胶线位于所述第二极板远离所述第一极板的一侧。
可选地，所述第一密封胶线的横截面呈矩形，所述第二密封胶线的横截面呈梯形、半圆形或三角形。
可选地，所述第二密封胶线的横截面的高度大于所述第一密封胶线的横截面的高度。
可选地，所述第一密封胶线的横截面的高度为0.1～0.5mm，所述第二密封胶线的横截面的高度为0.5～1.5mm。
可选地，所述第一密封胶线和所述第二密封胶线采用硅橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶、丁基橡胶、丙烯酸橡胶、天然橡胶中的任意一种制成。
可选地，所述第一极板和所述第二极板焊接或粘接。
另一方面，本公开实施例还提供了一种燃料电池，包括如前一方面所述的双极板。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
通过设置相互重叠的第一极板和第二极板，双极板具有气体开口、活性区和多个气体通道，气体开口位于活性区外，气体通道连通气体开口和活性区，使得气体可以通过气体通道进入活性区反应，或者反应后剩余的气体可以通过气体通道排出活性区。通过第一极板上的第一条形凹槽与第二极板上呈平面的区域围成第一通道，第二极板上的第二条形凹槽与第一极板上呈平面的区域围成第二通道，由于第一通道和第二通道是交替间隔排布的，这样在两组双极板之间设置密封胶线和膜电极时，减小了双极板在气体通道处受到的密封胶线产生的密封力，使双极板上不同区域的密封力更加一致，提高密封性。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是相关技术中的一种燃料电池的双极板的结构示意图；
图2是图1中的A-A截面图；
图3是图1中的B-B截面图；
图4是本公开实施例提供的一种燃料电池的双极板的局部结构示意图；
图5是本公开实施例提供的一种燃料电池的双极板的局部结构示意图；
图6是本公开实施例提供的一种燃料电池的双极板的局部结构示意图；
图7是本公开实施例提供的一种燃料电池的密封胶线的横截面示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
图1是相关技术中的一种燃料电池的双极板的结构示意图。如图1所示，该双极板包括相互重叠的第一极板11和第二极板12。图1中移除了第一极板11的部分结构，以露出第二极板12。第一极板11可以是阴极板和阳极板中的一个，第二极板12是阴极板和阳极板中的另一个。双极板具有气体开口100，气体开口100通常包括氢气进口101、氢气出口102、氧气进口103、氧气出口104。此外，双极板上通常还有冷却水进口105和冷却水出口106.双极板的中部具有活性区10a。
双极板上还具有气体通道10A。图2是图1中的A-A截面图。图2中的实线箭头为气体流动方向。如图2所示，气体通道10A连通气体开口101和活性区10a。例如氢气进口101通过气体通道10A连通到阳极板和膜电极20之间，氧气进口103通过气体通道10A连通到阴极板和膜电极20之间。
图3是图1中的B-B截面图。如图3所示，气体通道10A由第一极板11上的凹槽和第二极板12上的凹槽相互合拢形成。在燃料电池中，相邻的双极板之间夹有膜电极20，双极板和膜电极20之间夹有密封胶线30进行密封。由于第一极板11上和第二极板12上都有凹槽，密封胶线30在凹槽处受到挤压产生的形变较大，双极板上气体通道10A处会受到两侧的密封胶线30较大的密封力，这使得双极板上不同区域的密封力难以保证一致，影响密封性。
本公开实施例提供了一种燃料电池的双极板，其俯视结构可以参照图1，该双极板包括相互重叠的第一极板11和第二极板12。第一极板11和第二极板12中的一个为阴极板，另一个为阳极板。双极板具有气体开口100、活性区10a和多个气体通道10A，气体开口100位于活性区10a外，气体通道10A连通气体开口100和活性区10a。气体开口100可以包括氢气进口101、氢气出口102、氧气进口104、氧气出口104中的至少一种。
图4是本公开实施例提供的一种燃料电池的双极板的局部结构示意图。该示意图为本公开实施例提供的双极板在图1中同样的B-B处的截面示意图。如图4所示，气体通道10A包括第一通道13和第二通道14，第一通道13和第二通道14交替间隔排布。第一极板11上具有向远离第二极板12一侧凹陷的第一条形凹槽11a，第二极板12上具有向远离第一极板11一侧凹陷的第二条形凹槽12a。第一条形凹槽11a与第二极板12上呈平面的区域围成第一通道13，第二条形凹槽12a与第一极板11上呈平面的区域围成第二通道14。
通过设置相互重叠的第一极板和第二极板，双极板具有气体开口、活性区和多个气体通道，气体开口位于活性区外，气体通道连通气体开口和活性区，使得气体可以通过气体通道进入活性区反应，或者反应后剩余的气体可以通过气体通道排出活性区。通过第一极板上的第一条形凹槽与第二极板上呈平面的区域围成第一通道，第二极板上的第二条形凹槽与第一极板上呈平面的区域围成第二通道，由于第一通道和第二通道是交替间隔排布的，这样在两组双极板之间设置密封胶线和膜电极时，减小了双极板在气体通道处受到的密封胶线产生的密封力，使双极板上不同区域的密封力更加一致，提高密封性。
如图4所示，第一条形凹槽11a和第二条形凹槽12a的横截面均可以呈梯形。双极板通常是冲压件，横截面呈梯形可以方便冲压，双极板在受到密封胶线的挤压时不容易变形。
气体开口100可以包括间隔的第一开口和第二开口。本实施例以第一开口为氢气进口101，第二开口为氧气进口103为例。图5是本公开实施例提供的一种燃料电池的双极板的局部结构示意图。该示意图为本公开实施例提供的双极板在图1中同样的A-A处的截面示意图。如图5所示，部分第一通道13和部分第二通道14连通第一开口和活性区10a，第一极板11上对应连通第一开口和活性区10a的气体通道10A设置有多个第一通孔11b。
图6是本公开实施例提供的一种燃料电池的双极板的局部结构示意图。如图6所示，部分第一通道13和部分第二通道14连通第二开口和活性区10a，第二极板12上对应连通第二开口和活性区10a的气体通道10A设置有多个第二通孔12b。通过设置第一通孔11b和第二通孔12b，气体在进入气体开口100后，氢气和氧气中的一种可以通过第一通孔11b进入到双极板的一侧，氢气和氧气中的另一种可以通过第二通孔12b进入到双极板的另一侧。
如图4所示，该双极板还可以包括第一密封胶线31和第二密封胶线32。第一密封胶线31沿第一极板11的边缘延伸或者沿气体开口100的边缘延伸，第一密封胶线31位于第一极板11远离第二极板12的一侧。在本实施例中，可以有两个第一密封胶线31，其中一个第一密封胶线31沿第一极板11的边缘延伸，另一个第一密封胶线31沿气体开口100的边缘延伸。
第二密封胶线32沿第二极板12的边缘延伸或者沿气体开口100的边缘延伸，第二密封胶线32位于第二极板12远离第一极板11的一侧。在本实施例中，可以有两个第二密封胶线32，其中一个第二密封胶线32沿第二极板12的边缘延伸，另一个第二密封胶线32沿气体开口100的边缘延伸。
第一密封胶线31和第二密封胶线32使双极板与膜电极形成密封，其中沿气体开口100的边缘延伸的第一密封胶线31和第二密封胶线32使双极板与膜电极在气体开口100处形成密封。沿气体开口100的边缘延伸的第一密封胶线31压在第一通道13上，沿气体开口100的边缘延伸的第二密封胶线32压在第二通道14上。
参照图4，在双极板两侧对应气体通道10A的位置，只有一侧的密封胶线会由于气体通道10A的影响而产生较大的形变，因此可以减小双极板在气体通道10A处的密封力，使双极板上不同区域的密封力更加一致，提高密封性。
如图4所示，第一密封胶线31的横截面可以呈矩形，第二密封胶线32的横截面可以呈三角形。横截面呈矩形的第一密封胶线31在进行密封时与膜电极形成的是面接触，横截面呈三角形的第二密封胶线32在进行密封时与膜电极形成的是线接触。采用一侧线接触、一侧面接触的方式夹紧膜电极，与双侧面接触相比，压紧力更大，密封效果更好；与双侧线接触相比，即使两侧的密封胶线出现错位，也不会导致第一密封胶线31和第二密封胶线32之间未能对应而导致密封失效。
在本公开其他可能的实现方式中，第二密封胶线32的横截面也可以为梯形或半圆形。
图7是本公开实施例提供的一种燃料电池的密封胶线的横截面示意图。如图7所示，第二密封胶线32的横截面的高度D可以大于第一密封胶线31的横截面的高度d。在发生挤压时，第二密封胶线32可以产生更大的形变，作为主压缩侧，产生主要的形变，这样更有利于燃料电池制作时密封力的一致性，且主压缩侧的密封条高度较高，设计空间更加灵活。
可选地，第一密封胶线31的横截面的高度d可以为0.1～0.5mm，第二密封胶线32的横截面的高度D可以为0.5～1.5mm。在该范围内，可以确保第一密封胶线31和第二密封胶线32可以有足够的形变空间，并且还可以避免燃料电池的厚度过大。
可选地，第一密封胶线31和第二密封胶线32可以采用硅橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶、丁基橡胶、丙烯酸橡胶、天然橡胶中的任意一种制成。这些材料制作的密封胶线可以产生较好的密封性，并且易于制作，使用寿命也较长。
第一密封胶线31和第二密封胶线32可以通过注塑成型工艺直接成型在双极板上，使得第一密封胶线31和第二密封胶线32与双极板紧密连接，形成一个整体，提高密封性，也避免了第一密封胶线31和第二密封胶线32不便的安装过程。
例如，可以将第一极板11和第二极板12对齐连接后，通过注塑成型的方式在双极板上成型第一密封胶线31和第二密封胶线32。
可选地，第一极板11和第二极板12可以焊接或粘接。例如采用激光焊接，或是环氧树脂、硅系粘接剂进行粘接。
本公开实施例还提供了一种燃料电池，该燃料电池包括如图4～图7所示的任一种双极板。
通过设置相互重叠的第一极板和第二极板，双极板具有气体开口、活性区和多个气体通道，气体开口位于活性区外，气体通道连通气体开口和活性区，使得气体可以通过气体通道进入活性区反应，或者反应后剩余的气体可以通过气体通道排出活性区。通过第一极板上的第一条形凹槽与第二极板上呈平面的区域围成第一通道，第二极板上的第二条形凹槽与第一极板上呈平面的区域围成第二通道，由于第一通道和第二通道是交替间隔排布的，这样在两组双极板之间设置密封胶线和膜电极时，减小了双极板在气体通道处受到的密封胶线产生的密封力，使双极板上不同区域的密封力更加一致，提高密封性。
以上仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种燃料电池，其特征在于，包括双极板、第一密封胶线(31)和第二密封胶线(32)，所述双极板包括相互重叠的第一极板(11)和第二极板(12)，所述第一极板(11)和所述第二极板(12)中的一个为阴极板，另一个为阳极板，所述双极板具有气体开口(100)、活性区(10a)和多个气体通道(10A)，所述气体开口(100)位于所述活性区(10a)外，所述气体通道(10A)连通所述气体开口(100)和所述活性区(10a)，所述气体通道(10A)包括第一通道(13)和第二通道(14)，所述第一通道(13)和所述第二通道(14)交替间隔排布，所述第一极板(11)上具有向远离所述第二极板(12)一侧凹陷的第一条形凹槽(11a)，所述第二极板(12)上具有向远离所述第一极板(11)一侧凹陷的第二条形凹槽(12a)，所述第一条形凹槽(11a)与所述第二极板(12)上呈平面的区域围成所述第一通道(13)，所述第二条形凹槽(12a)与所述第一极板(11)上呈平面的区域围成所述第二通道(14)，所述气体开口(100)包括间隔的第一开口和第二开口，所述第一开口为氢气进口(101)，所述第二开口为氧气进口(103)，所述第一极板(11)上对应连通所述第一开口和所述活性区(10a)的气体通道(10A)设置有多个第一通孔(11b)，所述第二极板(12)上对应连通所述第二开口和所述活性区(10a)的气体通道(10A)设置有多个第二通孔(12b)，位于所述第一开口靠近所述活性区(10a)一侧的所述第一通道(13)和所述第二通道(14)连通所述第一开口和所述活性区(10a)，位于所述第二开口靠近所述活性区(10a)一侧的所述第一通道(13)和所述第二通道(14)连通所述第二开口和所述活性区(10a)；
所述第一密封胶线(31)沿所述第一极板(11)的边缘延伸或者沿所述气体开口(100)的边缘延伸，所述第一密封胶线(31)位于所述第一极板(11)远离所述第二极板(12)的一侧，所述第二密封胶线(32)沿所述第二极板(12)的边缘延伸或者沿所述气体开口(100)的边缘延伸，所述第二密封胶线(32)位于所述第二极板(12)远离所述第一极板(11)的一侧。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述第一条形凹槽(11a)和所述第二条形凹槽(12a)的横截面均呈梯形。
3.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述第一密封胶线(31)的横截面呈矩形，所述第二密封胶线(32)的横截面呈梯形、半圆形或三角形。
4.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述第二密封胶线(32)的横截面的高度大于所述第一密封胶线(31)的横截面的高度。
5.根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，所述第一密封胶线(31)的横截面的高度为0.1～0.5mm，所述第二密封胶线(32)的横截面的高度为0.5～1.5mm。
6.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述第一密封胶线(31)和所述第二密封胶线(32)采用硅橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶、丁基橡胶、丙烯酸橡胶、天然橡胶中的任意一种制成。
7.根据权利要求1～3任一项所述的燃料电池，其特征在于，所述第一极板(11)和所述第二极板(12)焊接或粘接。
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