CN111224122A - 一种用于在燃料电池中使用的双极板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于在燃料电池中使用的双极板，包括主体基板，主体基板的上下两侧在所述燃料介质流动孔之间均开设有流体浅槽，上下两侧的所述流体浅槽分别与其中一对对角的所述燃料介质流动孔连通，所述流体浅槽之间开设有若干泡沫放置深槽，所述泡沫放置深槽与两侧的所述流体浅槽均连通设置，所述泡沫放置深槽中设置有泡沫板；所述主体基板远离流体浅槽一面贴设有膜层贴片。本发明通过采用流体浅槽和泡沫放置深槽的设置，使得输气通道更加立体，正面燃料和氧化介质流通更加均匀，而且与中间膜电极接触更加充分，导热散热性能更好，且通过虹吸现象，可以形成对膜电极全面的润湿现象，防止膜电极局部干透、过热情况的发生。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体为一种用于在燃料电池中使用的双极板。
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，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料；同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。
双极板又称集流板，是燃料电池重要部件之一。具有下述功能与性质：分隔燃料与氧化剂，阻止气体透过；收集、传导电流，电导率高；设计与加工的流道，可将气体均匀分配到电极的反应层进行电极反应；能排出热量，保持电池温场均匀；耐蚀；抗冲击和震动；厚度薄；重量轻；同时成本低，容易机械加工，适合批量制造等；双极板需要做适当的处理，双极板需要导电性能良好，且不易被电解质润湿，可避免电解质流失，在电解质隔膜与电极有效面积以外的双极板的柔性接触，可有效地阻止气体向外泄露，此即所谓的“湿密封”，为减少在“湿密封”部位对双极板的腐蚀，需要对双极板保护处理。
传统的双极板因为加工材料而分为石墨材料、金属材料及金属与石墨的复合材料，双极板的正面为布置为燃料或氧化剂介质流动而制作的沟槽，背面为冷却水制作的沟槽，特别是在正面，由于效率要求和流动性等诸多要求，使得表面槽道密布，使用加工的方案加工精度，加工量都非常大，使用压模制备对模具和槽道设计造成一定的限制；而双极板的背面是冷却水侧，通常也是采用机加工或压模制备的，一旦任何细微的缺陷都会造成整个双极板的产品报废，所以废品率较高，所以制备成本较高。
所以，如何制备这样的细微槽道，和背面的冷却水输水槽道，满足介质流动，增加与双极板膜电极的接触同时增加吸水能力，分散流体，导通能，分体制备，降低成本；为达到上述目的，本发明公开了一种用于在燃料电池中使用的双极板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于在燃料电池中使用的双极板，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于在燃料电池中使用的双极板，包括主体基板，所述主体基板的四个拐角处均贯通开设有燃料介质流动孔，主体基板的左右两侧在所述燃料介质流动孔之间均贯通开设有冷却水流动孔，主体基板的上下两侧在所述燃料介质流动孔之间均开设有流体浅槽，上下两侧的所述流体浅槽分别与其中一对对角的所述燃料介质流动孔连通，所述流体浅槽之间开设有若干泡沫放置深槽，所述泡沫放置深槽与两侧的所述流体浅槽均连通设置，所述泡沫放置深槽中设置有泡沫板；
所述主体基板远离流体浅槽一面贴设有膜层贴片，所述膜层贴片的四个拐角处对应所述燃料介质流动孔均贯通开设有燃料介质膜层孔，所述膜层贴片上对应所述冷却水流动孔贯通开设有两个冷却水膜层孔，两个所述冷却水膜层孔之间通过贯通开设的流道组进行连接设置。
优选的，所述泡沫板设置为金属泡沫板。
优选的，所述泡沫放置深槽设置有三个，且三个所述泡沫放置深槽之间设置有间隔。
优选的，所述主体基板设置为石墨材质或具有耐腐蚀性金属。
优选的，所述膜层贴片设置为特氟龙材质贴片或金属贴片，且膜层贴片设置为0.4mm。
优选的，所述流道组包括从一侧所述冷却水膜层孔引出的第一流道、第二流道以及第三流道，所述第一流道和第二流道汇集后经过主流道连接至另一侧所述的冷却水膜层孔上；
所述第三流道上依次发散连接有第四流道、第五流道和第六流道，所述第四流道、第五流道和第六流道均连接于主流道上。
优选的，所述第一流道、第二流道、第四流道、第五流道和第六流道均呈弯折状分布设置于膜层贴片上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过采用流体浅槽和泡沫放置深槽的设置，使得输气通道更加立体，正面燃料和氧化介质流通更加均匀，而且与中间膜电极接触更加充分，导热散热性能更好，且通过虹吸现象，可以形成对膜电极全面的润湿现象，防止膜电极局部干透、过热情况的发生。
本发明采用泡沫板的使用设置，由于泡沫通常有一定的热膨胀能力，当膨胀时候，可以和燃料电池的膜电极充分接触，加强了导热、导电性能、以及从膜电极的吸水能力，不至于产生水膜从而阻止气体参与反应；并且在采用金属泡沫板的情况下，其金属泡沫材质自身具有一定导电效果，可以进一步的提高导电效率。
本发明的主体基板，没有任何微槽道的加工要求，制备更加容易，表面改性工艺更加容易，比如对表面的耐蚀处理，或疏水处理，润湿处理等等，而且由于分体处理主体基板和泡沫板，大大价低加工难度，生产效率和合格率降低。
本发明的主体基板的背面，采用贴膜的方式来进行冷却水流道的设置，该侧的流动及腐蚀和密封要求极低，贴膜的方式相对背部开槽的方式更加容易实现，降低对主体基板的加工，减少了品质破坏的危险系数。
附图说明
图1为本发明的主体基板正面结构示意图；
图2为本发明的主体基板背面结构示意图；
图3为本发明的图1中A截面结构剖视图；
图4为本发明的图1中B截面结构剖视图；
图5为本发明的膜层贴片表面结构示意图；
图6为本发明的主体基板和膜层贴片连接示意图。
图中：1主体基板、2膜层贴片、3燃料介质流动孔、4冷却水流动孔、5流体浅槽、6泡沫放置深槽、7泡沫板、8燃料介质膜层孔、9冷却水膜层孔、101第一流道、102第二流道、103第三流道、104主流道、105第四流道、106第五流道、107第六流道。
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。
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：
一种用于在燃料电池中使用的双极板，包括主体基板1，主体基板1设置为石墨材质或具有耐腐蚀性金属，均可以实现作为双极板主材的功能，主体基板1的四个拐角处均贯通开设有燃料介质流动孔3，燃料介质流动孔3开设有四个，分布在四个拐角处且全部贯通主体基板1，主体基板1的左右两侧在燃料介质流动孔3之间均贯通开设有冷却水流动孔4，冷却水流动孔4用于冷去水的流动，冷却水流动孔4开设有两个、且贯通主体基板1，主体基板1的上下两侧在燃料介质流动孔3之间均开设有流体浅槽5，流体浅槽5开设有上、下两个，上下两侧的流体浅槽5分别与其中一对对角的燃料介质流动孔3连通，在本实施中，右上角的燃料介质流动孔3与上侧的流体浅槽5连接，左下角的燃料介质流动孔3与下侧的流体浅槽5连接，流体浅槽5之间开设有若干泡沫放置深槽6，如说明书附图1所示，泡沫放置深槽6设置有三个，且三个泡沫放置深槽6之间设置有间隔，泡沫放置深槽6与两侧的流体浅槽5均连通设置，泡沫放置深槽6的槽深深度大于流体浅槽5的槽深深度，泡沫放置深槽6中设置有泡沫板7，泡沫板7材质可以选用金属泡沫板、或者其它材质的泡沫板均可，经过流体浅槽5和泡沫放置深槽6的流动传输功能，按照附图1中的箭头流向进行正面燃料或氧化介质的流动。
主体基板1远离流体浅槽5一面贴设有膜层贴片2，膜层贴片2设置为特氟龙材质贴片或金属贴片，且膜层贴片2设置为0.4mm，其结构两侧表面完全相同，结构如说明书附图5所示，膜层贴片2的四个拐角处对应燃料介质流动孔3均贯通开设有燃料介质膜层孔8，膜层贴片2上对应冷却水流动孔4贯通开设有两个冷却水膜层孔9，其膜层贴片2上的孔洞全部都采用镂空的方式进行设置，类似贴纸的方式粘贴在主体基板1的背面上，即膜层贴片2采用贴膜的形式来进行连接，连接在主体基板1的背面上，用胶带贴膜的方式先固定、后撕去胶带的方式进行，过程工艺都很成熟，效率高，当膜层贴片2全部粘贴固定在双极板的主体基板1的背面之后，将与主体基板1的背面构成流道空间，使得流道组的镂空流道可以实现冷却水的流动。
两个冷却水膜层孔9之间通过贯通开设的流道组进行连接设置，流道组包括从一侧冷却水膜层孔9引出的第一流道101、第二流道102以及第三流道103，第一流道101和第二流道102汇集后经过主流道104连接至另一侧的冷却水膜层孔9上，第三流道103上依次发散连接有第四流道105、第五流道106和第六流道107，第四流道105、第五流道106和第六流道107均连接于主流道104上，通过上述与主体基板1形成的第一流道101、第二流道102、第三流道103、主流道104第四流道105、第五流道106和第六流道107，均用来实现冷却水的功能，其中，第一流道101、第二流道102、第四流道105、第五流道106和第六流道107均呈弯折状分布设置于膜层贴片2上，冷却水经过如说明书附图5所示的箭头方向进行流动，通过弯折的结构分布，可以提高冷却效果，而且，双极板的主体基板1背面是冷却水侧，现有技术中都是采用机加工或压模制备的，一旦任何细微的缺陷都会造成整个主体基板1的产品报废，所以废品率较高、且制备成本较高，但是在本发明中采用贴膜的方式，不再需要在主体基板1的背面进行开槽处理，降低废品率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种用于在燃料电池中使用的双极板，包括主体基板(1)，其特征在于：所述主体基板(1)的四个拐角处均贯通开设有燃料介质流动孔(3)，主体基板(1)的左右两侧在所述燃料介质流动孔(3)之间均贯通开设有冷却水流动孔(4)，主体基板(1)的上下两侧在所述燃料介质流动孔(3)之间均开设有流体浅槽(5)，上下两侧的所述流体浅槽(5)分别与其中一对对角的所述燃料介质流动孔(3)连通，所述流体浅槽(5)之间开设有若干泡沫放置深槽(6)，所述泡沫放置深槽(6)与两侧的所述流体浅槽(5)均连通设置，所述泡沫放置深槽(6)中设置有泡沫板(7)；
所述主体基板(1)远离流体浅槽(5)一面贴设有膜层贴片(2)，所述膜层贴片(2)的四个拐角处对应所述燃料介质流动孔(3)均贯通开设有燃料介质膜层孔(8)，所述膜层贴片(2)上对应所述冷却水流动孔(4)贯通开设有两个冷却水膜层孔(9)，两个所述冷却水膜层孔(9)之间通过贯通开设的流道组进行连接设置。
2.根据权利要求1所述的一种用于在燃料电池中使用的双极板，其特征在于：所述泡沫板(7)设置为金属泡沫板。
3.根据权利要求1所述的一种用于在燃料电池中使用的双极板，其特征在于：所述泡沫放置深槽(6)设置有三个，且三个所述泡沫放置深槽(6)之间设置有间隔。
4.根据权利要求1所述的一种用于在燃料电池中使用的双极板，其特征在于：所述主体基板(1)设置为石墨材质或具有耐腐蚀性金属。
5.根据权利要求1所述的一种用于在燃料电池中使用的双极板，其特征在于：所述膜层贴片(2)设置为特氟龙材质贴片或金属贴片，且膜层贴片(2)设置为0.4mm。
6.根据权利要求1所述的一种用于在燃料电池中使用的双极板，其特征在于：所述流道组包括从一侧所述冷却水膜层孔(9)引出的第一流道(101)、第二流道(102)以及第三流道(103)，所述第一流道(101)和第二流道(102)汇集后经过主流道(104)连接至另一侧所述的冷却水膜层孔(9)上；
所述第三流道(103)上依次发散连接有第四流道(105)、第五流道(106)和第六流道(107)，所述第四流道(105)、第五流道(106)和第六流道(107)均连接于主流道(104)上。
7.根据权利要求6所述的一种用于在燃料电池中使用的双极板，其特征在于：所述第一流道(101)、第二流道(102)、第四流道(105)、第五流道(106)和第六流道(107)均呈弯折状分布设置于膜层贴片(2)上。
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