CN111293325B - 燃料电池、以及用于燃料电池的双极板和双极板组件 - Google Patents

Abstract

本申请公开了燃料电池、以及用于燃料电池的双极板和双极板组件。该双极板包括：至少一个分配单元；至少一个第一贯穿孔，分别经由其侧壁上的横向开口与相应的分配单元相连接以流入第一反应物；以及至少一个第二贯穿孔，分别经由其侧壁上的横向开口与相应的分配单元相连接以流出第一反应物，所述至少一个第一贯穿孔和所述一个第二贯穿孔各自的截面形状为大致的弧边梯形或斜边梯形，在曲面侧壁或斜面侧壁上形成横向开口。该燃料电池通过改进双极板的结构设计，可以提高燃料电池的气体分配均匀性并改善水热管理，从而提高燃料电池的大电流放电性能和功率密度。在电动车辆中可以提高车辆的动力性能、燃料利用效率和续航里程。

Description

燃料电池、以及用于燃料电池的双极板和双极板组件

技术领域

本发明涉及燃料电池，更具体地，涉及燃料电池、以及用于燃料电池的双极板和双极板组件。

背景技术

燃料电池是通过甲醇或氢等燃料在膜电极组件的催化剂层与氧化气体发生电化学反应，获取电能的发电装置。燃料电池包括电解质膜以及位于电解质膜两侧表面的催化剂层、扩散层以及双极板。

在燃料电池工作期间，燃料流体通过双极板的阳极流场的流道被传递到膜电极组件表面，在膜电极组件内部的传递过程为燃料流体通过扩散层扩散到阳极催化层，并在催化剂层催化剂的作用下，放出电子形成阳离子。电子从催化剂表面经由扩散层传递到双极板，再从双极板传递到外部电路，再从外部电路传送到阴极双极板，从阴极双极板传递到扩散层，从扩散层传送至阴极催化剂层；阳离子则经由电解质膜传递到阴极侧催化剂层。氧化气体在阴极催化剂层上与从阳极传递过来的电子结合形成形成阴离子，阴离子与经由电解质膜迁移过来的阳离子结合生成水，从而形成完整的电子回路和离子回路。电解质膜兼有离子通道和阻挡气体以及电子的作用。

燃料电池的额定功率是在规定的正常运行条件下，燃料电池的最大连续电输出功率。面积比功率是燃料电池的额定功率与燃料电池总活性面积的比值。燃料电池的面积比功率越高，表明在燃料电池总活性面积相同的情况下，输出的功率越高，或者在燃料电池的相同功率输出条件下，可以实现更小的总活性面积，从而使用更少的材料，降低了材料成本，同时也实现了燃料电池电池堆的小型化，这对于在车辆上的应用有着重要的意义。因此，提高面积比功率是燃料电池堆开发的核心工作之一。

为了提高燃料电池的面积比功率，反应物需要更均匀地分布在活性面积上，更好地在催化剂层参与反应，更好地导出电化学反应产生的电流以及更迅速地将反应产生的水和多余的热排出去。例如，为了改善反应物的分布均匀性，某公司采取了三维精细网格流场的结构设计。然而，由于三维精细网格流场的结构精细且需要保持热稳定性和应力稳定性，因此，采用金属钛板制造三维精细网格流场，制造精度高，加工难度大，对加工和检测设备要求高，材料成本也高。

产业界期望有更好的解决方案，能进一步改进燃料电池反应物的分散均匀性，以提高面积比功率并降低制造成本。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供燃料电池、以及用于燃料电池的双极板和双极板组件，其中，在双极板中形成至少一个分配单元和多个贯穿孔，在多个贯穿孔的曲面或斜面侧壁上形成有横向开口，经由横向开口流入或流出反应物，以提高燃料电池的气体分配均匀性并改善水热管理，从而提高燃料电池的大电流放电性能和功率密度。

根据本发明的第一方面，提供一种用于燃料电池的双极板，包括：基板；至少一个分配单元，位于所述基板的第一表面上，用于向燃料电池的膜电极组件供给第一反应物；至少一个第一贯穿孔，邻近所述基板的第一侧边且贯穿所述基板，分别经由其侧壁上的横向开口与相应的分配单元相连接以流入第一反应物；以及至少一个第二贯穿孔，邻近所述基板的第二侧边且贯穿所述基板，分别经由其侧壁上的横向开口与相应的分配单元相连接以流出第一反应物，所述第一侧边与所述第二侧边彼此相对，其中，所述至少一个第一贯穿孔和所述至少一个第二贯穿孔各自的截面形状为大致的弧边梯形或斜边梯形，并且在与所述弧边相对应的曲面侧壁或与所述斜边相对应的斜面侧壁上形成所述横向开口。

优选地，所述至少一个第一贯穿孔的横向开口与所述至少一个第二贯穿孔中的相应第二贯穿孔的横向开口沿着所述第一侧边的方向彼此相对。

优选地，所述至少一个分配单元分别包括：第一流场结构，包括由多个脊彼此隔开的多个第一流道，所述多个第一流道从所述第一流场结构的入口侧延伸至所述第一流场结构的出口侧；第一导流结构，包括由多个第一侧壁彼此隔开的多个第一导流槽，所述多个第一导流槽呈放射状分布，从相应的第一贯穿孔的横向开口延伸至所述第一流场结构的入口侧；以及第二导流结构，包括由多个第二侧壁彼此隔开的多个第二导流槽，所述多个第二导流槽呈放射状分布，从相应的第二贯穿孔的横向开口延伸至所述第一流场结构的出口侧。

优选地，所述第一导流结构的多个第一导流槽在第一反应物的流入路径上的截面积逐渐变大，所述第二导流结构的多个第二导流槽在第一反应物的流出路径上的截面积逐渐变小。

优选地，所述第一流场结构的多个流道为直线形、曲线形、蛇形流道中的任意一种。

优选地，所述双极板为阳极极板，所述阳极极板向所述膜电极组件供给的第一反应物为燃料流体，所述第一贯穿孔截面形状的顶边长度为底边长度的1/3至19/20。

优选地，所述第一流场结构的第一流道的数量为25至70个。

优选地，所述第一流场结构的脊宽为30至500微米之间，流道宽度为30至500微米之间。

优选地，所述第一导流结构的第一导流槽和所述第二导流结构的第二导流槽的数量分别为2至10个。

优选地，所述双极板为阴极极板，所述阴极极板向所述膜电极组件供给的第一反应物为氧化气体，所述第一贯穿孔截面形状的顶边长度为底边长度的1/6至5/6。

优选地，所述第一流场结构的第一流道的数量为25至70个。

优选地，所述第一流场结构的脊宽为30至500微米之间，流道宽度为30至500微米之间。

优选地，所述第一导流结构的第一导流槽和所述第二导流结构的第二导流槽的数量分别为2至10个。

优选地，所述至少一个分配单元包括多个分配单元，所述多个分配单元的第一流场结构在所述基板的第一表面连续排列成连续的多组第一流道，所述多个分配单元的第一导流结构彼此隔开，所述多个分配单元的第二导流结构彼此隔开。

优选地，所述基板包括相对于所述第一表面凹陷的周边部分，用于形成密封槽。

优选地，所述基板包括相对于所述第一表面突起的周边部分，用于形成密封件。

优选地，所述基板包括与所述第一表面齐平的周边部分，用作密封框的接触面。

优选地，还包括：多个分隔壁，位于所述多个分配单元的相邻分配单元的第一导流结构之间以及第二导流结构之间。

优选地，还包括至少一个第三贯穿孔，邻近所述基板的第一侧边且贯穿所述基板，用于流入第二反应物；至少一个第四贯穿孔，邻近所述基板的第二侧边且贯穿所述基板，用于流出第二反应物；至少一个第五贯穿孔，邻近所述基板的第一侧边且贯穿所述基板，用于流入冷却介质；以及至少一个第六贯穿孔，邻近所述基板的第二侧边且贯穿所述基板，用于流出冷却介质。

优选地，所述至少一个第一贯穿孔、所述至少一个第三贯穿孔和所述至少一个第五贯穿孔按照第一贯穿孔、第五贯穿孔、第三贯穿孔的顺序在所述基板的第一侧边排列成行，所述至少一个第二贯穿孔、所述至少一个第四贯穿孔和所述至少一个第六贯穿孔按照第四贯穿孔、第六贯穿孔、第二贯穿孔的顺序在所述基板的第二侧边排列成行。

优选地，所述至少一个第五贯穿孔和所述至少一个第六贯穿孔各自的截面形状为大致的矩形形状，并且，所述至少一个第五贯穿孔截面形状的侧边与所述至少一个第一贯穿孔截面形状的顶边相邻，所述至少一个第六贯穿孔截面形状的侧边与所述至少一个第二贯穿孔截面形状的顶边相邻，所述侧边的长度小于等于所述顶边的长度。

优选地，还包括：至少一个冷却单元，所述至少一个冷却单元位于所述基板的第二表面上，与所述至少一个第五贯穿孔和所述至少一个第六贯穿孔相连接，用于向双极板的第二表面供给冷却介质。

优选地，所述基板还包括彼此相对的第三侧边和第四侧边，在所述第三侧边和所述第四侧边上形成有极耳，所述极耳在燃料电池的检测状态下作为检测端子。

优选地，所述极耳包括定位孔，用于多个双极板之间的彼此对齐。

根据本发明的第二方面，提供一种用于燃料电池的双极板组件，包括：上述的双极板；密封框，所述密封框的边框接触所述双极板的周边部分，所述密封框的中间开口暴露所述双极板的活性区域；以及垫片，所述垫片覆盖在所述至少一个分配单元的第一导流结构和第二导流结构的顶部表面上以形成封闭的导流管路。

优选地，所述密封框包括与所述双极板中的多个贯穿孔分别对齐的多个贯穿孔，所述密封框的中间开口与所述密封框的至少一个第一贯穿孔和至少一个第二贯穿孔连通，以使所述第一反应物经由所述至少一个第一贯穿孔的横向开口流入所述第一导流结构，以及经由所述至少一个第二贯穿孔的横向开口流出所述第二导流结构。

优选地，所述垫片包括：第一子片，覆盖所述第一导流结构的顶部表面；以及第二子片，覆盖所述第二导流结构的顶部表面。

根据本发明的第三方面，提供一种燃料电池，包括重复部件，所述重复部件包括阳极极板、阴极极板以及夹在二者之间的膜电极组件，在所述重复部件的侧边部分形成沿堆叠方向延伸的第一组主管路、第二组主管路和第三组主管路；以及配流装置，所述配流装置包括第一端板，以及在所述第一端板中形成的第一对歧管、第二对歧管和第三对歧管，分别与所述第一组主管路、所述第二组主管路和所述第三组主管路相连接，以分别输送燃料流体、氧化气体和冷却介质，其中，所述阳极极板和所述阴极极板分别为上述的双极板。

优选地，还包括：在所述重复部件的第一表面依次堆叠的第一电流集流体和第一绝缘板；在所述重复部件的第二表面依次堆叠的第二电流集流体和第二绝缘板；以及第二端板，所述第一端板和所述第二端板夹持所述重复部件、以及所述第一电流集流体、所述第二电流集流体、所述第一绝缘板、所述第二绝缘板，其中，所述第一绝缘板夹在所述第一端板和所述第一电流集流体之间，所述第二绝缘板夹在所述第二端板和所述第二电流集流体之间，所述第一组主管路、所述第二组主管路和所述第三组主管路沿着堆叠方向穿过所述第一电流集流体和所述第一绝缘板。

优选地，还包括：第一张力板和第二张力板，位于所述燃料电池的相对侧面，并且分别包括下凸缘和上凸缘，其中，所述第一张力板和第二张力板的下凸缘分别与所述第一端板的底面边缘接触，第一张力板和第二张力板的上凸缘分别与所述第二端板的顶面边缘接触，从而采用所述下凸缘向所述第一端板的底面施加压力，以及采用所述上凸缘向所述第二端板的顶面施加压力，以提供所述第一端板和第二端板之间的夹持力。

优选地，所述第一张力板和第二张力板的上凸缘还包括多个螺孔，采用穿过所述多个螺孔的螺栓向所述第二端板的顶面施加附加压力。

优选地，还包括：第一接口板和第二接口板，位于所述第一端板的相对端面，并且分别包括用于连接多个外部管路的多个接口，其中，所述第一接口板和所述第二接口板中的所述多个接口的内开口端与所述配流装置中的所述第一对歧管、所述第二对歧管和所述第三对歧管的多个侧开口端分别对齐以实现彼此连通。

根据本发明实施例的双极板，双极板的第一表面包括至少一个分配单元和多个贯穿孔，每个分配单元例如包括用于向膜电极组件供给反应物的超细密流场结构以及第一导流结构和第二导流结构。双极板的贯穿孔形成主管路的一部分路径，采用截面形状为大致的弧边梯形或斜边梯形的贯穿孔可以形成主管路的曲面侧壁或斜面侧壁。进一步地，在曲面侧壁或斜面侧壁上形成横向开口作为流入口和流出口，使得反应物经由倾斜的横向开口流入和流出导流结构，在超细密流场结构中流动的同时向燃料电池的膜电极组件供给反应物。在双极板中采用倾斜的横向开口可以扩宽反应物通向导流结构的路径，使反应物流动更为畅通，分配更均匀。双极板的导流结构包括呈放射状分布的多个导流槽，有效避免了离主管路较远的流道分配的反应物少的情况。此外，由于在双极板的第一表面的流动路径上反应物入口和出口的压阻不同，不但使反应物在双极板上的分配更加均匀，而且也提高了膜电极组件平面方向的反应物的浓度，降低了电化学反应的能量损失。因此，采用该双极板的燃料电池可以提高面积比功率。

在优选的实施例中，双极板的表面上可设计多个分配单元，每个分配单元都有各自的流场结构，以及彼此隔开的一对贯穿孔和一对导流结构。该设计使得可以根据燃料电池的功率需求灵活地设置双极板的数量以及双极板上分配单元的数量，以扩大或减小活性面积。在增加双极板的数量和/或分配单元的数量时，依然可以保证流体在各个双极板中多个分配单元之间的均匀分布。进一步地，在双极板的一部分分配单元发生故障时，例如，由于反应物流动受到阻碍造成该部分故障单元无法正常工作，双极板的另一部分分配单元仍然可以维持正常工作。也就是说，组成燃料电池的多个发电单元中的至少一部分发电单元在其他部分发生局部故障时，仍然可以维持正常工作，仅表现出燃料电池堆的整体输出功率有所减小，这种在电池堆局部发生故障，而整个电池堆仍然可以维持正常工作的特性称之为自适应性。因此，采用该双极板的燃料电池可以实现灵活的模块化设计以及提高可靠性。此外，由于采用的是多分配单元的单列电池堆，该设计还简化了歧管和汇流排的设计，零部件种类大幅减少，也减少了材料成本。

在优选的实施例中，双极板的第二表面包括用于供给冷却介质的散热流场结构以及导流结构，因此，双极板兼有散热板的作用。双极板的第二表面上的散热流场包括曲折形状的流道以延长路径长度以改善冷却效果。该双极板可以提高燃料电池的气体分配均匀性并改善水热管理，从而提高燃料电池的大电流放电性能和功率密度。

在优选的实施例中，双极板组件包括双极板、密封框和垫片。在双极板上形成有三组贯穿孔，分别用于输送燃料流体、氧化气体和冷却介质。双极板组件包括密封框和垫片。在双极板的第一表面上，采用密封框密封双极板的周边部分以及两组贯穿孔的周边部分，实现燃料流体、氧化气体和冷却介质三者的分开密封，防止电池内漏和外漏。同时，采用垫片封闭第一导流结构和第二导流结构的上部以形成导流管路。该密封框兼有将两组贯穿孔与双极板的导流结构和超细密流场结构相互隔开的作用，仅单个类型的反应物经由余下一对贯穿孔的横向开口流入和流出超细密流场结构。该双极板的超细密流场结构与膜电极组件的表面贴合，从而可以均匀地向膜电极组件供给电化学反应所需的燃料流体或氧化气体。在该实施例中，即使在燃料电池内部温度升高的情形下，密封框也能适应双极板与膜电极组件之间的热胀冷缩导致的压力变化以维持密封性能。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据本发明第一实施例的燃料电池的分解状态的立体结构示意图。

图2示出根据本发明第一实施例的燃料电池中重复部件的截面图。

图3a和图3b分别示出根据本发明第二实施例的阳极极板的底视图和顶视图。

图4示出根据本发明第三实施例的阳极极板组件中的阳极极板第一表面的垫片的俯视图。

图5示出根据本发明第三实施例的阳极极板组件中的阳极极板第一表面的密封框的俯视图。

图6a和图6b分别示出根据本发明第四实施例的阴极极板的顶视图和底视图。

图7、图8和图9分别示出根据本发明第四实施例的阴极极板的不同实例的立体结构示意图。

图10示出根据本发明第五实施例的阴极极板组件中的阴极极板第一表面的垫片的俯视图。

图11示出根据本发明第五实施例的阴极极板组件中的阴极极板第一表面的密封框的俯视图。

图12示出根据本发明第三实施例的阳极极板组件和第五实施例的阴极极板组件中的第二表面密封框的俯视图。

图13示出采用本发明实施例的双极板组件的燃料电池的放电曲线。

附图标记

100 燃料电池

110 第一端板

120 第二端板

140 张力板

150 接口板

131 第一绝缘板

132 第一电流集流体

133 重复部件

134 第二电流集流体

135 第二绝缘板

141 下凸缘

142 上凸缘

143 螺孔

1 基板

2 极耳

3a 第一贯穿孔

3b 第二贯穿孔

4a 第三贯穿孔

4b 第四贯穿孔

5a 第五贯穿孔

5b 第六贯穿孔

101 阳极极板

101a 燃料流体导流结构

101b 燃料流体流场结构

101c 冷却介质导流结构

101d 冷却介质流场结构

11 燃料流体流场结构的流道

12 燃料流体流场结构的脊

13 燃料流体导流结构的导流槽

14 燃料流体导流结构的侧壁

102，202，302 阴极极板

102a 氧化气体导流结构

102b 氧化气体流场结构

102c 冷却介质导流结构

102d 冷却介质流场结构

21 氧化气体流场结构的流道

22 氧化气体流场结构的脊

23 氧化气体导流结构的导流槽

24 氧化气体导流结构的侧壁

1021，2021，3021 阴极极板的周边部分

1022，3022 阴极极板的分隔壁

103 膜电极组件

31 电解质膜

32 阳极催化剂层

33 阴极催化剂层

34 阳极扩散层

35 阴极扩散层

136 阳极极板第一表面的垫片

1361 第一子片

1362 第二子片

138 阳极极板第一表面的密封框

1381 边框

1382 中间开口

1383a 第一贯穿孔

1383b 第二贯穿孔

1384a 第三贯穿孔

1384b 第四贯穿孔

1385a 第五贯穿孔

1385b 第六贯穿孔

236 阴极极板第一表面的垫片

2361 第一子片

2362 第二子片

238 阴极极板第一表面的密封框

2381 边框

2382 中间开口

2383a 第一贯穿孔

2383b 第二贯穿孔

2384a 第三贯穿孔

2384b 第四贯穿孔

2385a 第五贯穿孔

2385b 第六贯穿孔

338 阴极极板和阴极极板第二表面的密封框

3381 边框

3382 中间开口

3383a 第一贯穿孔

3383b 第二贯穿孔

3384a 第三贯穿孔

3384b 第四贯穿孔

3385a 第五贯穿孔

3385b 第六贯穿孔

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

在本申请中，术语“超细密流场结构”指流道结构中流道宽度和脊宽都在30到500微米之间，流道沟槽的宽度通常大于或等于脊宽，也可以小于脊宽。此外，本文所使用的所有术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

下面，参照附图对本发明进行详细说明。

<第一实施例>

图1示出根据本发明第一实施例的燃料电池的分解状态的立体结构示意图。燃料电池100包括彼此相对的第一端板110和第二端板120，在二者之间依次堆叠第一绝缘板131、第一电流集流体132、重复部件（repeat part）133、第二电流集流体134、第二绝缘板135。第一端板110兼用作配流装置，用于向重复部件133中的双极板分配燃料流体、氧化气体和冷却介质。

燃料流体包括气态的氢气，或者液态的甲醇或者甲醇溶液等燃料组成的流体。氧化气体可以是空气也可以是纯氧，冷却介质可以是液体也可以是气体。

重复部件133包括双极板（bipolar plate）以及夹在双极板之间的膜电极组件103。双极板包括阳极极板101和阴极极板102以及夹在阳极极板101和阴极极板102中间的冷却层。重复部件133在垂直于堆叠方向的平面上大致为矩形形状，在矩形的侧边部分设置有沿堆叠方向延伸的第一组主管路、第二组主管路和第三组主管路，用于分别向双极板中的相应流场提供燃料流体、氧化气体和冷却介质。

燃料电池的电池堆例如包括堆叠在一起且彼此电连接的多个重复部件133以提高输出电压。

第一电流集流体132与重复部件133的阳极极板101彼此接触，二者均由导电材料组成，从而形成阳极侧的导电路径。第二电流集流体134与重复部件133的阴极极板102彼此接触，二者均由导电材料组成，从而形成阴极侧的导电路径。第一电流集流体132和第二电流集流体134，可使用紫铜板、铝等导电性强的材料制成。在该实施例中，重复部件133的阳极极板和阴极极板102兼有反应物流场装置、散热板、导电、支撑结构的作用，从而可以简化燃料电池的结构且减小燃料电池的体积。

第一绝缘板131位于第一电流集流体132和第一端板110之间，第二绝缘板135位于第二电流集流体134和第二端板120之间，从而将重复部件和电流集流体与第一端板110和第二端板120彼此隔离。在燃料电池100包括多个重复部件的情形下，多个重复部件堆叠在第一电流集流体132和第二电流集流体134之间。第一绝缘板131和第一电流集流体132的侧边部分分别形成有多个贯穿孔，与重复部件133的侧边部分的多个贯穿孔分别对齐，从而一起形成沿着堆叠方向延伸的多个主管路，例如，用于流入和流出燃料流体的第一组主管路，用于流入和流出氧化气体的第二组主管路，以及用于流入和流出冷却介质的第三组主管路。

燃料电池100进一步包括与第一端板110和第二端板120形成夹持装置的两个张力板140。两个张力板140位于燃料电池100的相对侧面，分别包括下凸缘141和上凸缘142。张力板140的下凸缘141与第一端板110的底面边缘接触，上凸缘142与第二端板120的顶面边缘接触，从而形成夹持装置，利用张力板140的上下凸缘向第一端板和第二端板施加压力，将第一绝缘板131、第一电流集流体132、重复部件133、第二电流集流体134、第二绝缘板135固定在一起。优选地，张力板140的上凸缘142具有多个螺孔143，采用穿过多个螺孔143的螺栓向第二端板120的表面施加附加的压力。优选地，在堆叠的各层之间设置密封框，从而在固定堆叠各层的同时形成堆叠各层的密封。

在该实施例中，第一端板110兼用作配流装置。在第一端板中形成用于提供燃料流体的流入和流出通道的第一对歧管、用于提供氧化气体的流入和流出通道的第二对歧管、以及用于提供冷却介质的流入和流出通道的第三对歧管。在第一端板110和第二端板120固定在一起的情形下，第一端板110中的第一对歧管的顶开口端与重复部件133中的膜电极组件103中的第一组主管路对齐，第一端板110中的第二对歧管的顶开口端与重复部件133中的膜电极组件103中的第二组主管路对齐，第一端板110中的第三对歧管的顶开口端与重复部件133中的膜电极组件103中的第三组主管路对齐。第一端板110的端面上形成第一对歧管、第二对歧管和第三对歧管的侧开口端。

燃料电池100进一步与第一端板110的端面连接的两个接口板150。两个接口板150分别包括用于连接多个外部管路的多个管路接口。接口板150中的多个管路接口的开口端与第一端板110中的第一对歧管、第二对歧管和第三对歧管的开口端彼此对齐，从而实现彼此的连通。

如图2所示，重复部件133的双极板包括阳极极板101和阴极极板102。阳极极板101和阴极极板102彼此间隔设置，在二者之间夹有膜电极组件103。

膜电极组件103包括电解质膜31，以及在电解质膜31的第一表面（燃料流体侧）上依次堆叠的阳极催化剂层32、阳极扩散层34，在电解质膜31的第二表面（氧化气体侧）上依次堆叠的阴极催化剂层33、阴极扩散层35。

电解质膜31是输送质子且具有使电子绝缘功能的一种选择性渗透膜。电解质膜31通过构成材料即离子交换树脂的种类，大体分为氟系电解质膜31和烃系电解质膜31。其中，氟系电解质膜31因为具有C－F键(C－F结合)，所以耐热性或化学稳定性优异。例如，作为电解质膜31，广泛使用以Nafion(注册商标，杜邦有限公司)的商品名得知的全氟磺酸膜。

阳极催化剂层32含有担载有催化剂成分的电极催化剂及聚合物。电极催化剂具有促进将氢解离成质子及电子的反应(氢氧反应)的功能。电极催化剂例如具有在由碳等构成的导电性载体的表面担载有铂等催化剂成分的构造。

阴极催化剂层33含有担载有催化剂成分的电极催化剂及聚合物。电极催化剂具有促进由质子和电子和氧生成水的反应(氧还原反应)的功能。电极催化剂例如具有在由碳等构成的导电性载体的表面担载有铂等催化剂成分的构造。

阳极扩散层34和阴极扩散层35分别由多孔疏松导电材料组成，例如多孔碳纸材料,阳极扩散层34和阴极扩散层35分别将燃料流体和氧化气体从流场的流道中均匀扩散到电解质膜31催化层的两侧表面上，使燃料流体和氧化气体分别与阳极催化剂层32和阴极催化剂层33接触。

阳极极板101的第一表面与膜电极组件103中的阳极扩散层34接触，在第一表面中形成燃料流体流场。该燃料流体流场包括与第一组主管路连接且横向延伸的多个流道（channel）11，所述多个流道11的相邻流道之间由脊（ridge）12彼此隔开。阳极极板101的流道11在第一表面上是开口的，燃料流体沿着流道11的方向传递，并输送到膜电极组件103的阳极侧。

阴极极板102的第一表面与膜电极组件103中的阴极扩散层35接触，在第一表面中形成氧化气体流场。该氧化气体流场包括与第二组主管路连接且横向延伸的多个流道（channel）21，所述多个流道21的相邻流道之间由脊（ridge）22彼此隔开。阴极极板102的流道21在第一表面上是开口的，氧化气体沿着流道21的方向传递，并输送到膜电极组件103的阴极侧。

在膜电极组件103的阳极侧，燃料流体通过膜电极组件103的阳极扩散层34扩散到阳极催化剂层32，燃料流体在膜电极组件103的阳极催化剂层32上通过电化学反应产生阳离子和电子，阳离子经由电解质膜迁移至阴极侧，电子则经由阳极扩散层34传导至阳极极板101。然后，电子经由外部电路从膜电极组件103的阳极侧传送至阴极侧。在膜电极组件103的阴极侧，电子经由阴极极板102传导至阴极扩散层35，然后传导至膜电极组件103的阴极催化剂层33，氧化气体通过膜电极组件103的阴极扩散层35扩散到阴极催化剂层33，氧化气体与电子结合形成形成阴离子，阴离子又与经由电解质膜迁移过来的阳离子结合生成水，从而形成电流回路。

在上述的电化学反应中，膜电极组件103的阴极催化剂层表面产生化学反应生成水。进一步地，在膜电极组件103的阴极侧，由于阴极极板流场结构中的脊与其紧密接触，反应生成的水需要由行进中的氧化气体通过阴极极板102的流道21带出活性区域。如果生成的水不能及时排出，在活性区域聚集，就会形成水滴，水滴阻碍了氧化气体和阴极催化剂层的接触，造成被水滴淹没的阴极催化剂层无法进行电化学反应，就产生了通常所说的“水淹”现象。在膜电极组件103的阳极侧，存在着经由电解质膜反渗透扩散过去的水，因此也可能产生“水淹”现象。“水淹”现象的产生，影响了电化学反应的进行，从而降低了燃料电池的放电性能。对于燃料电池而言，放电电流越大，反应生成的水越多，就越易产生“水淹”现象，对电池放电性能的影响就越显著。

根据第一实施例的燃料电池100，第一端板110不仅作为配流装置的部件，而且兼用作夹持装置的部件，张力板140不仅用于燃料电池100的侧面保护部件，而且兼用作夹持装置的部件，利用张力板的上下凸缘向第一端板110和第二端板120施加压力以固定燃料电池100的内部堆叠层，起到紧固作用。此外，重复部件133的双极板兼有反应物流场装置、散热板、导电、支撑结构的作用。因此，根据第一实施例的燃料电池100可以减少燃料电池100中的部件数量。由于燃料电池100的部件数量减少以及结构设计优化，该实施例的燃料电池100可以减小燃料电池100的高度尺寸和横向尺寸，有利于燃料电池100的小型化以及提高可靠性。

如下文所述，本发明人进一步对双极板的导流结构和流场结构进行了优化设计，以提高燃料电池的气体分配均匀性并改善水热管理，显著减少“水淹”现象，从而进一步提高燃料电池100的放电性能，特别是大电流放电性能。

<第二实施例>

图3a和3b分别示出根据本发明第二实施例的阳极极板的底视图和顶视图，其中，从燃料电池的下方观看的视图为底视图，从燃料电池的上方观看的视图为顶视图。

阳极极板101包括基板1以及在基板1的第一表面上输送燃料流体的导流结构101a和流场结构101b、在基板1的第二表面上输送冷却介质的导流结构101c和流场结构101d。阳极极板101兼有分散燃料流体以及传导电子的作用，可以由机械强度高和导电性能优良的材料组成，例如，石墨、不锈钢、钛合金、铝合金、铜合金等。

基板1大致为矩形形状，包括彼此相对的第一侧边和第二侧边，以及彼此相对的第三侧边和第四侧边。在基板1的第一侧边附近形成排列成行多组贯穿孔，每组贯穿孔包括顺序排列的第一贯穿孔（through hole）3a、第五贯穿孔5a和第三贯穿孔4a。在基板1的第二侧边附近形成排列成行多组贯穿孔，每组贯穿孔包括顺序排列的第四贯穿孔4b、第六贯穿孔5b和第二贯穿孔3b。在基板1的第三侧边和第四侧边分别形成极耳2。极耳2作为检测端子用于连接检测的仪表设备。优选地，极耳2包括定位孔，用于在装配时进行定位，将阳极极板101和阴极极板102彼此对齐。

如上文所述，在燃料电池中，重复部件133的侧边部分设置有沿堆叠方向延伸的第一组主管路、第二组主管路和第三组主管路，用于分别向双极板的相应流场提供燃料流体、氧化气体和冷却介质。阳极极板101的第一贯穿孔3a和第二贯穿孔3b分别形成第一组主管路的流入路径和流出路径的一部分，第三贯穿孔4a和第四贯穿孔4b分别形成第二组主管路的流入路径和流出路径的一部分，第五贯穿孔5a和第六贯穿孔5b分别形成第三组主管路的流入路径和流出路径的一部分。

第一至三组主管路在双极板表面上的截面积的大小（即相应的贯穿孔的截面积的大小）可以根据实际设计需要确定。优选地，第二组主管路（对应于第三贯穿孔4a和第四贯穿孔4b）的截面积大于第一组主管路（对应于第一贯穿孔3a和第二贯穿孔3b）的截面积，例如，前者是后者的2-6倍。第三组主管路（对应于第五贯穿孔5a和第六贯穿孔5b）的截面积可以根据实际设计需要确定。

阳极极板101的第一贯穿孔3a和第二贯穿孔3b的截面形状彼此相同，大致为弧边梯形。优选地，弧边梯形的顶角倒圆。弧边梯形的顶边长度小于底边长度，例如顶边长度为底边长度的1/3至19/20。在基板1的第一侧边附近，弧边梯形的顶边和底边分别与基板1的第一侧边大致垂直，弧边梯形的第一侧边与基板1的第一侧边大致平行且靠近基板1的第一侧边。在基板1的第二侧边附近，弧边梯形的顶边和底边分别与基板1的第二侧边大致垂直，弧边梯形的第一侧边与基板1的第二侧边大致平行且靠近基板1的第二侧边。弧边梯形的第二侧边为倾斜的弧形且与第一侧边彼此相对。相应地，第一贯穿孔3a和第二贯穿孔3b的至少一部分侧壁为凹面侧壁，在阳极极板101的第一表面上形成曲面侧壁上的横向开口。

在阳极极板101的基板1的第一表面上例如形成多个分配单元。所述多个分配单元沿着基板1的长度方向（即，第一侧边和第二侧边的延伸方向）排列成行，分配单元的数量例如是1至20个，单个分配单元的宽度例如是15毫米至100毫米。每个分配单元包括流场结构101b以及位于其两侧的导流结构101a。流场结构101b的入口经由基板1的第一侧边附近的导流结构101a与第一贯穿孔3a的横向开口连通，流场结构101b的出口经由基板1的第二侧边附近的导流结构101a与第二贯穿孔3b的横向开口连通。

阳极极板101的流场结构101b包括从入口延伸至出口的多个流道11，所述多个流道11由脊12彼此隔开，数量例如为25至70个。在阳极极板101的表面上形成多个分配单元的情形下，多个分配单元的流场结构可以包括连续排列的多组流道。阳极极板101的多个流道11在第一表面上是开口的，不仅沿着第一表面输送燃料流体，而且经由开口向膜电极组件103的阳极侧输送燃料流体。所述多个流道11可以是直线形流道、曲线形流道、或者蛇形流道等各种不同的设计。在图中所示的实施例中示出了沿着第一侧边的方向以及垂直于第一侧边的方向延伸的蛇形流道。优选地，采用蛇形流道设计可以增加燃料流体的流动路径长度，从而增大燃料流体通过流场时的压阻。随着压阻的增大，燃料流体在阳极极板101上的分布更加均匀。同时，也提高了膜电极组件平面方向的燃料流体的浓度，降低了电化学反应的能量损失。

阳极极板101的流场结构101b例如为超细密流道设计，其中，将阳极极板101的脊宽减小至30到500微米之间。随着阳极极板101的脊宽的减小，显著改善了重复部件阳极侧的水淹现象。同时，该超细密流道细窄的脊和细窄的流道，还缩短了燃料流体和水的扩散距离，提高了膜电极组件中平面方向的燃料流体和水的浓度，因此降低了电化学反应的能量损失。采用本申请设计的燃料电池，具备了更好的大电流高功率持续放电能力和更好的水热管理能力。阳极极板101的导电能力与脊宽与流道宽度的比例相关，如果该比例过小则会影响电流的传导，进而降低燃料电池的整体效率。在本申请中，阳极极板101流场结构中的脊宽与流道宽度的比例大致为1：1。与阳极极板101的脊宽相对应，阳极极板101的流道宽度设置到30至500微米之间。进一步地，为保证气体传输的效果，阳极极板101的超细密流场的长度在20至150毫米之间，如果超细密流场长度太长会造成流场内部燃料流体的压阻过大，同时，阳极极板101第二表面上流动的冷却介质，在距离越长的情况下，冷却介质流动的压阻越大，需要更高功率水泵或空压机来克服冷却介质的压阻，如此就增加了系统的成本，同时也影响了系统的整体效率。

阳极极板101的导流结构101a包括从第一贯穿孔3a或第二贯穿孔3b的横向开口延伸至流场结构101b的入口或出口且呈放射状分布的多个导流槽13。所述多个导流槽13由侧壁14彼此隔开，数量例如为2至10个。在阳极极板101的第一表面上，导流结构101a的侧壁14的一端可以延伸至第一贯穿孔3a或第二贯穿孔3b的边缘，也可以与第一贯穿孔3a或第二贯穿孔3b的边缘隔开一定距离，导流结构101a的侧壁14的另一端可以延伸至流场结构101b的边缘，甚至与流场结构101b的脊12直接连接，也可以与流场结构101b的边缘隔开一定距离。

在阳极极板101的表面上形成多个分配单元的情形下，多个分配单元的导流结构可以包括彼此隔开的多组导流槽。阳极极板101的多个导流槽13在第一表面上是开口的，例如可以采用附加的垫片进行封闭，从而使导流槽形成上部封闭的导流管路，以防止导流槽在燃料电池装配压紧时被受压变形的膜电极组件的边框所堵塞。如上所述，第一贯穿孔3a或第二贯穿孔3b的横向开口为曲面侧壁上的横向开口，该设计允许在第一贯穿孔3a或第二贯穿孔3b的宽度受到限制的情形下最大化横向开口的宽度，以减小燃料流体从阳极极板101的第一贯穿孔3a或第二贯穿孔3b进入导流结构101a的压阻，使燃料流体的流通更为畅通。在导流结构101a中，阳极极板101的多个导流槽13在燃料流体的流入路径上的截面积逐渐变大，以减小燃料流体流入流场结构101b的压阻，在燃料流体的流出路径上的截面积逐渐变小以增大燃料流体流出流场结构101b的压阻。

在优选的实施例中，在阳极极板101的基板1的第二表面上例如形成多个冷却单元。

阳极极板101的第五贯穿孔5a和第六贯穿孔5b的截面形状分别大致为矩形。在基板1的第一侧边附近，矩形的第一侧边和第二侧边彼此相对并且分别与基板1的第一侧边大致垂直，第三侧边和第四侧边彼此相对并且分别与基板1的第一侧边大致平行。相应地，第五贯穿孔5a和第六贯穿孔5b的侧壁分别为平整侧壁，在阳极极板101的第二表面上形成平直的横向开口。

阳极极板101的多个冷却单元沿着基板1的长度方向（即，第一侧边和第二侧边的延伸方向）排列成行，每个冷却单元包括流场结构101d以及位于其两侧的导流结构101c。流场结构101d的入口经由基板1的第一侧边附近的导流结构101c与第五贯穿孔5a的横向开口连通，流场结构101d的出口经由基板1的第二侧边附近的导流结构101c与第六贯穿孔5b的横向开口连通。

阳极极板101的第二表面的冷却流场结构101d包括多个流道15，所述多个流道15由脊16彼此隔开。阳极极板101的冷却介质导流结构101c包括多个导流槽17，所述多个导流槽17由脊18彼此隔开。所述多个导流槽17例如为垂直于基板1的第一侧边的方向延伸的直线形状，所述多个流道15例如为曲折形状，包括沿着平行于和垂直于基板1的第一侧边的方向连续延伸的多个部分。所述多个导流槽17和所述多个流道15形成从基板1的第一侧边附近的第五贯穿孔5a的横向开口至基板1的第二侧边附近的第六贯穿孔5b的横向开口连续延伸的多个开口槽，数量例如为4至12个。例如，可以采用相邻的重复部件的阴极极板第二表面封闭开口槽，或者采用电流集流体或绝缘板或端板封闭开口槽，从而形成封闭的冷却管路。

阳极极板101的第二表面上的流场结构包括曲折形状的流道主要是降低冷却介质流动速度，增加冷却介质的流通路径长度，以带走更多热量，改善冷却效果。使用本设计的燃料电池具有优秀的水热管理能力，采用水作为冷却介质时，阳极极板的冷却水入口温度与出口温度，温差可控制在10℃以内。

根据第二实施例的阳极极板，兼有分散燃料流体、传导电子、散热、支撑结构的作用。阳极极板的第一表面包括用于供给燃料流体的超细密流场结构以及导流结构，该导流结构包括呈放射状分布的多个导流槽。在第一贯穿孔和第二贯穿孔的曲面侧壁上形成倾斜的横向开口，燃料流体从横向开口流入和流出导流结构，从而在贯穿孔的宽度受到限制的情形下最大化横向开口的宽度。该阳极极板的第一表面上的导流结构设计使得在流动路径上燃料流体入口和出口的压阻不同，因此，燃料流体在阳极极板上的分布更加均匀。同时，也提高了膜电极组件平面方向的燃料流体的浓度，降低了电化学反应的能量损失。因此，采用该阳极极板的燃料电池可以提高面积比功率。

在优选的实施例中，在阳极极板的表面上形成多个分配单元的情形下，每个分配单元都有各自的流场结构，以及彼此隔开的一对贯穿孔和一对导流结构。当增加单元数量和阳极极板数量时，依然可以保证流体在每个极板内部各单元之间的均匀分配，以及在各层极板之间的均匀分配。该设计使得可以根据燃料电池的功率需求灵活地设置阳极极板上分配单元的数量，以扩大或减小活性面积。进一步地，阳极极板的多个分配单元的导流结构包括彼此隔开的多组导流槽。多组导流槽的存在，使得即使阳极极板的少部分分配单元发生故障导致该部分分配单元损坏或燃料流体流动受到阻碍，造成这部分故障单元无法正常工作，阳极极板的另一部分分配单元所在部分仍然可以维持正常工作，仅表现出燃料电池堆的整体输出功率有所减小。因此，采用该阳极极板的燃料电池可以实现灵活的模块化设计以及提高可靠性。

在优选的实施例中，阳极极板的第二表面包括冷却介质的导流结构和流场结构，以有效带走电化学反应产生的热量，因此，阳极极板兼有散热板的作用。阳极极板的第二表面上的冷却介质流场包括曲折形状的流道以延长路径长度，改善冷却效果。该阳极极板可以提高燃料电池的气体分配均匀性并改善水热管理，从而提高燃料电池的大电流放电性能和功率密度。

<第三实施例>

根据第三实施例的阳极极板组件包括阳极极板、位于阳极极板第一表面的垫片和密封框、以及位于阳极极板第二表面的密封框。该阳极极板例如是在上文中结合第二实施例已经详述的阳极极板。为了简明，在下文中对阳极极板的内部结构不再进行详述。在图4和5、以及图12仅仅示出阳极极板组件中的阳极极板第一表面的垫片和阳极极板第一表面的密封框、以及阳极极板第二表面的密封框的俯视图。

如图4所示，阳极极板组件中的垫片136包括第一子片1361和第二子片1362。在阳极极板101的基板第一侧边附近，第一子片1361覆盖在阳极极板101第一表面入口侧的导流结构的顶部表面上。在阳极极板101的基板第二侧边附近，第二子片1362覆盖在阳极极板101第一表面出口侧的导流结构的顶部表面上。第一子片1361和第二子片1362具有与阳极极板101第一表面的导流结构的顶部表面相一致的形状，使得阳极极板101第一表面的导流槽上部封闭以形成导流管路。

垫片136的作用是封闭燃料流体的导流结构的顶部表面，以防止导流槽在燃料电池装配压紧时被受压变形的膜电极组件的边框所堵塞。垫片136可以由机械强度高和温度稳定性良好的材料组成，例如，石墨、不锈钢、钛合金、铝合金、铜合金等。

如图5所示，阳极极板组件中的阳极极板第一表面的密封框138包括边框1381、以及边框1381围绕的中间开口1382。在边框1381的第一侧边附近，形成排列成行的多组贯穿孔，每组贯穿孔包括顺序排列的第一贯穿孔1383a、第五贯穿孔1385a和第三贯穿孔1384a。在边框1381的第二侧边附近，形成排列成行的多组贯穿孔，每组贯穿孔包括顺序排列的第四贯穿孔1384b、第六贯穿孔1385b和第二贯穿孔1383b。在阳极极板组件中，密封框138的边框1381接触阳极极板的周边部分，密封框138的的第一至第六贯穿孔分别与阳极极板101的第一至第六贯穿孔对齐，从而形成第一组主管路、第二组主管路和第三组主管路的流入路径和流出路径的一部分。密封框138的中间开口暴露阳极极板101的超细密流场结构。密封框138的中间开口1382与第三和第四贯穿孔、以及第五和第六贯穿孔隔开，使得氧化气体和冷却介质不能到达阳极极板101的超细密流场结构中。密封框138的中间开口1382与第一和第二贯穿孔连通，阳极极板101的第一和第二贯穿孔的横向开口与燃料流体的导流结构连通，使得仅燃料流体经由导流结构到达阳极极板101的超细密流场结构中。

在该实施例中，阳极极板组件中的密封框138可以采用预成型的密封胶条，或者在阳极极板101的第一表面注胶及固化形成胶条。

如图12所示，阳极极板组件中的阳极极板第二表面的密封框338包括边框3381、以及边框3381围绕的中间开口3382。在边框3381的第一侧边附近，形成排列成行的多组贯穿孔，每组贯穿孔包括顺序排列的第一贯穿孔3383a、第五贯穿孔3385a和第三贯穿孔3384a。在边框3381的第二侧边附近，形成排列成行的多组贯穿孔，每组贯穿孔包括顺序排列的第四贯穿孔3384b、第六贯穿孔3385b和第二贯穿孔3383b。在阳极极板组件中，密封框338的边框3381接触阳极极板的周边部分，密封框338的的第一至第六贯穿孔分别与阳极极板101的第一至第六贯穿孔对齐，从而形成第一组主管路、第二组主管路和第三组主管路的流入路径和流出路径的一部分。密封框338的中间开口暴露阳极极板101的冷却流场结构。密封框338的中间开口3382与第一和第二贯穿孔、以及第三和第四贯穿孔隔开，使得燃料流体和氧化气体不能到达阳极极板101的冷却流场结构中。密封框338的中间开口3382与第五和第六贯穿孔连通，阳极极板101的第五和第六贯穿孔的横向开口与冷却介质的导流结构连通，使得仅冷却介质经由导流结构到达阳极极板101的超细密流场结构中。

在该实施例中，阳极极板组件中的密封框338可以采用预成型的密封胶条，或者在阳极极板101的第二表面注胶及固化形成胶条。

根据第三实施例的阳极极板组件，在阳极极板的第一表面上，采用密封框分别密封阳极极板101表面的燃料流体、氧化气体以及冷却介质，以及采用垫片封闭燃料流体的导流结构上部以形成导流管路。由于密封框兼有将第三和第四贯穿孔、以及第五和第六贯穿孔与阳极极板的第一表面的导流结构和超细密流场结构相互隔开的作用，因此，在阳极极板的第一表面上，仅燃料流体经由第一和第二贯穿孔的横向开口、以及上部封闭的导流管路到达超细密流场结构。阳极极板中间的超细密流场结构直接暴露于膜电极组件的第一表面，从而可以经由流道表面向膜电极组件的阴极侧供给燃料流体。在该实施例中，密封框的作用不仅防止反应物和冷却介质从阳极极板表面泄露至燃料电池的外部（即，电池外漏），也防止了反应物和冷却介质之间的相互渗漏（即，电池内漏）。即使在燃料电池内部温度升高的情形下，阳极极板组件中的密封框也能适应阳极极板与膜电极组件之间的间距变化维持密封性能。因此，采用第三实施例的阳极极板组件或类似的阳极极板组件的燃料电池可以提高持续大电流放电的稳定性。

<第四实施例>

图6a和6b分别示出根据本发明第四实施例的阴极极板的顶视图和底视图，其中，从燃料电池的下方观看的视图为底视图，从燃料电池的上方观看的视图为顶视图。

图10至12分别示出根据本发明第四实施例的阴极极板的不同实例的立体结构示意图。

阴极极板102包括基板1以及在基板1的第一表面上输送氧化气体的导流结构102a和流场结构102b、在基板1的第二表面上输送冷却介质的导流结构102c和流场结构102d。阴极极板102兼有分散氧化气体以及传导电子的作用，可以由机械强度高和导电性能优良的材料组成，例如，石墨、不锈钢、钛合金、铝合金、铜合金等。

基板1大致为矩形形状，包括彼此相对的第一侧边和第二侧边，以及彼此相对的第三侧边和第四侧边。在基板1的第一侧边附近形成排列成行多组贯穿孔，每组贯穿孔包括顺序排列的第一贯穿孔（through hole）3a、第五贯穿孔5a和第三贯穿孔4a。在基板1的第二侧边附近形成排列成行多组贯穿孔，每组贯穿孔包括顺序排列的第四贯穿孔4b、第六贯穿孔5b和第二贯穿孔3b。在基板1的第三侧边和第四侧边分别形成极耳2。极耳2作为检测端子用于连接检测的仪表设备。优选地，极耳2包括定位孔，用于在装配时进行定位，将阴极极板102和阳极极板101彼此对齐。

如上文所述，在燃料电池中，重复部件133的侧边部分设置有沿堆叠方向延伸的第一组主管路、第二组主管路和第三组主管路，用于分别向双极板中的相应流场提供燃料流体、氧化气体和冷却介质。阴极极板102的第一贯穿孔3a和第二贯穿孔3b分别形成第一组主管路的流入路径和流出路径的一部分，第三贯穿孔4a和第四贯穿孔4b分别形成第二组主管路的流入路径和流出路径的一部分，第五贯穿孔5a和第六贯穿孔5b分别形成第三组主管路的流入路径和流出路径的一部分。

第一至三组主管路在双极板表面上的截面积的大小（即相应的贯穿孔的截面积的大小）可以根据实际设计需要确定。优选地，第二组主管路（对应于第三贯穿孔4a和第四贯穿孔4b）的截面积大于第一组主管路（对应于第一贯穿孔3a和第二贯穿孔3b）的截面积，例如，前者是后者的2-6倍。第三组主管路（对应于第五贯穿孔5a和第六贯穿孔5b）的截面积可以根据实际设计需要确定。

阴极极板102的第三贯穿孔4a和第四贯穿孔4b的截面形状彼此相同，大致为弧边梯形。优选地，弧边梯形的顶角倒圆。弧边梯形的顶边长度小于底边长度，例如顶边长度为底边长度的1/6至5/6。在基板1的第一侧边附近，弧边梯形的顶边和底边分别与基板1的第一侧边大致垂直，弧边梯形的第一侧边与基板1的第一侧边大致平行且靠近基板1的第一侧边.在基板1的第二侧边附近，弧边梯形的顶边和底边分别与基板1的第二侧边大致垂直，弧边梯形的第一侧边与基板1的第二侧边大致平行且靠近基板1的第二侧边。弧边梯形的第二侧边为倾斜的弧形且与第一侧边彼此相对。相应地，第三贯穿孔4a和第四贯穿孔4b的至少一部分侧壁为凹面侧壁，在阴极极板102的第一表面上形成曲面侧壁上的横向开口。

在阴极极板102的基板1的第一表面上例如形成多个分配单元。所述多个分配单元沿着基板1的长度方向（即，第一侧边和第二侧边的延伸方向）排列成行，分配单元的数量例如是1至20个，单个分配单元的宽度例如是15至100毫米。每个分配单元包括流场结构102b以及位于其两侧的导流结构102a。流场结构102b的入口经由基板1的第一侧边附近的导流结构102a与第三贯穿孔4a的横向开口连通，流场结构102b的出口经由基板1的第二侧边附近的导流结构102a与第四贯穿孔4b的横向开口连通。

阴极极板102的流场结构102b包括从入口延伸至出口的多个流道21，所述多个流道21由脊22彼此隔开，数量例如为25至70个。在阴极极板102的表面上形成多个分配单元的情形下，则多个分配单元的流场结构可以包括连续排列的多组流道。阴极极板102的多个流道21在第一表面上是开口的，不仅沿着第一表面输送氧化气体，而且经由开口向膜电极组件103的阴极侧输送氧化气体。所述多个流道21可以是直线形流道、曲线形流道、或者蛇形流道等各种不同的设计。在图中所示的实施例中示出了沿着垂直于第一侧边的方向延伸的直线形流道。优选地，采用直线形流道设计可以减小氧化气体通过流场时的压阻，使氧化气体在阴极极板102的上分布更加均匀。同时，也提高了膜电极组件平面方向的氧化气体的浓度，降低了电化学反应的能量损失。在图中所示的实施例中示出了沿着垂直于第一侧边的方向延伸的直线形流道。

阴极极板102的流场结构102b例如为超细密流道设计，其中，将阴极极板102的脊宽减小至30到500微米之间。随着阴极极板102的脊宽的减小，显著改善了重复部件阴极侧的水淹现象。同时，该超细密流道细窄的脊和细窄的流道，还缩短了氧化气体和水的扩散距离，提高了膜电极组件中平面方向的氧化气体和水的浓度，因此降低了电化学反应的能量损失。采用本申请设计的燃料电池，具备了更好的大电流高功率持续放电能力和更好的水热管理能力。阴极极板102的导电能力与脊宽与流道宽度的比例相关，如果该比例过小则会影响电流的传导，进而降低燃料电池的整体效率。在本申请中，阴极极板102流场结构中的脊宽与流道宽度的比例大致为1：1。与阴极极板102的脊宽相对应，阴极极板102的流道宽度设置到30至500微米之间。进一步地，为保证气体传输的效果，阴极极板102的超细密流场的长度在20至150毫米之间，如果超细密流场长度太长会造成流场内部氧化气体的压阻太大，需要更高功率的空压机来克服氧化气体的压阻，同时，阴极极板102第二表面上流动的冷却介质也需要更高功率水泵或空压机来克服冷却介质的压阻，如此就增加了系统的成本，同时也影响了系统的整体效率。

阴极极板102的导流结构102a包括从第三贯穿孔4a或第四贯穿孔4b延伸至流场结构102b的入口或出口且呈放射状分布的多个导流槽23，所述多个导流槽23由侧壁24彼此隔开，数量例如为2至10个。在阴极极板102的第一表面上，导流结构102a的侧壁24的一端可以延伸至第三贯穿孔4a或第四贯穿孔4b的边缘，也可以与第三贯穿孔4a或第四贯穿孔4b的边缘隔开一定距离，导流结构102a的侧壁24的另一端可以延伸至流场结构102b的边缘，甚至与流场结构102b的脊22直接连接，也可以与流场结构102b的边缘隔开一定距离。

在阴极极板102的表面上形成多个分配单元的情形下，多个分配单元的导流结构可以包括彼此隔开的多组导流槽。阴极极板102的多个导流槽23在第一表面上是开口的，例如可以采用附加的垫片进行封闭，从而使导流槽形成上部封闭的导流管路，以防止导流槽在燃料电池装配压紧时被受压变形的膜电极组件的边框所堵塞。如上所述，第三贯穿孔4a或第四贯穿孔4b为曲面侧壁上的横向开口，该设计允许在第三贯穿孔4a或第四贯穿孔4b的宽度受到限制的情形下最大化横向开口的宽度，以减小氧化气体从阴极极板102的第三贯穿孔4a或第四贯穿孔4b进入导流结构102a的压阻，使氧化气体的流通更为畅通。在导流结构102a中，阴极极板102的多个导流槽23在氧化气体的流入路径上的截面积逐渐变大以减小氧化气体流入流场结构102b的压阻，在氧化气体的流出路径上的截面积逐渐变小以增大氧化气体流出流场结构102b的压阻。

在优选的实施例中，在阴极极板102的基板1的第二表面上例如形成多个冷却单元。

阴极极板102的第五贯穿孔5a和第六贯穿孔5b的截面形状分别大致为矩形。在基板1的第一侧边附近，矩形的第一侧边和第二侧边彼此相对并且分别与基板1的第一侧边大致垂直，第三侧边和第四侧边彼此相对并且分别与基板1的第一侧边大致平行。相应地，第五贯穿孔5a和第六贯穿孔5b的侧壁分别为平整侧壁，在阴极极板102的第二表面上形成平直的横向开口。

阴极极板102的多个冷却单元沿着基板1的长度方向（即，第一侧边和第二侧边的延伸方向）排列成行，每个冷却单元包括流场结构102d以及位于其两侧的导流结构102c。流场结构102d的入口经由基板1的第一侧边附近的导流结构102c与第五贯穿孔5a的横向开口连通，流场结构102d的出口经由基板1的第二侧边附近的导流结构102c与第六贯穿孔5b的横向开口连通。

阴极极板102的第二表面的冷却流场结构102d包括多个流道25，所述多个流道25由脊26彼此隔开。阴极极板102的冷却介质导流结构102c包括多个导流槽27，所述多个导流槽27由脊28彼此隔开。所述多个导流槽27例如为垂直于基板1的第一侧边的方向延伸的直线形状，所述多个流道25例如为曲折形状，包括沿着平行于和垂直于基板1的第一侧边的方向连续延伸的多个部分。所述多个导流槽27和所述多个流道25形成从基板1的第一侧边附近的第五贯穿孔5a的横向开口至基板1的第二侧边附近的第六贯穿孔5b的横向开口连续延伸的多个开口槽，数量例如为4至12个。例如，可以采用相邻的重复部件的阴极极板第二表面封闭开口槽，或者采用电流集流体或绝缘板或端板封闭开口槽，从而形成封闭的冷却管路。

阴极极板102的第二表面上的流场结构包括曲折形状的流道主要是降低冷却介质流动速度，增加冷却介质的流通路径长度，以带走更多热量，改善冷却效果。使用本设计的燃料电池具有优秀的水热管理能力，采用水作为冷却介质时，阴极极板的冷却水入口温度与出口温度，温差可控制在10℃以内。

图7至9分别示出根据本发明第四实施例的阴极极板的不同实例的立体结构示意图。

如图7所示，在阴极极板102的基板1的第一表面上，导流结构的导流槽23和超细密流场结构中的流道21分别为在第一表面上采用激光雕刻或化学蚀刻形成的凹槽。在基板1的周边部分1021形成有相对于第一表面凹陷以形成与密封框匹配的密封槽。在导流结构的周边形成有分隔壁1022，使得相邻分配单元的导流结构彼此隔开，也便于密封框的定位。分隔壁1022的顶面例如与第一表面齐平。如上所述，第三贯穿孔4a和第四贯穿孔4b的至少一部分侧壁为凹面侧壁，从而延伸至导流槽23的底面，与分隔壁1022一起形成曲面侧壁上的横向开口。在基板1的周边部分1021上可以设置附加的密封框以形成阴极极板组件。

如图8所示，在阴极极板202的基板1的第一表面上，导流结构的导流槽23和超细密流场结构中的流道21分别为在第一表面上采用激光雕刻或化学蚀刻形成的凹槽。在基板1的周边部分2021形成有相对于第一表面凹陷以形成与密封框匹配的密封槽。基板1的周边部分2021例如与第一表面齐平，并且兼有分隔壁的作用，使得相邻分配单元的导流结构彼此隔开。如上所述，第三贯穿孔4a和第四贯穿孔4b的至少一部分侧壁为凹面侧壁，从而延伸至导流槽23的底面，与基板1的周边部分2021一起形成曲面侧壁上的横向开口。在基板1的周边部分2021上可以设置附加的密封框以形成阴极极板组件。

如图9所示，在阴极极板302的基板1的第一表面上，导流结构的导流槽23和超细密流场结构中的流道21分别为在第一表面上采用激光雕刻或化学蚀刻形成的凹槽。该基板1的周边部分3021相对于第一表面突起。在导流结构的周边形成有分隔壁3022，使得相邻分配单元的导流结构彼此隔开，分隔壁3022的顶面例如与第一表面齐平。如上所述，第三贯穿孔4a和第四贯穿孔4b的至少一部分侧壁为凹面侧壁，从而延伸至导流槽23的底面，与分隔壁3022一起形成曲面侧壁上的横向开口。该基板1的周边部分2021上可以兼作密封件从而可以省去附加的密封框。

在第四实施例中，以双极板中的阴极极板为例，结合图7至9描述了阴极极板的基板周边部分以及第二贯穿孔的横向开口的不同结构。可以理解，在阳极极板中可以采用类似的结构，即，阳极极板的基板周边部分相对于第一表面可以凹陷、突起或齐平。

根据第四实施例的阴极极板，兼有分散氧化气体、传导电子、散热、支撑结构的作用。阴极极板的第一表面包括用于供给氧化气体的超细密流场结构以及导流结构，该导流结构包括呈放射状分布的多个导流槽。在第三贯穿孔和第四贯穿孔的曲面侧壁上形成倾斜的横向开口，氧化气体从横向开口流入和流出导流结构，从而在贯穿孔的宽度受到限制的情形下最大化横向开口的宽度。该阴极极板的第一表面上的导流结构设计使得在流动路径上氧化气体入口和出口的压阻不同，因此，氧化气体在阴极极板上的分布更加均匀。同时，也提高了膜电极组件平面方向的氧化气体的浓度，降低了电化学反应的能量损失。因此，采用该阴极极板的燃料电池可以提高面积比功率。

在优选的实施例中，在阴极极板的表面上形成多个分配单元的情形下，每个分配单元都有各自的流场结构，以及彼此隔开的一对贯穿孔和一对导流结构。当增加单元数量和阴极极板数量时，依然可以保证流体在每个极板内部各单元之间的均匀分配，以及在各层极板之间的均匀分配。该设计使得可以根据燃料电池的功率需求灵活地设置阴极极板上分配单元的数量，以扩大或减小活性面积。进一步地，阴极极板的多个分配单元的导流结构包括彼此隔开的多组导流槽，使得即使阴极极板的少部分分配单元发生故障导致该部分分配单元损坏或反应物流动受到阻碍，阴极极板的另一部分分配单元仍然可以维持正常工作，仅表现出燃料电池堆的整体输出功率有所减小。因此，采用该阴极极板的燃料电池可以实现灵活的模块化设计以及提高可靠性。

在优选的实施例中，阴极极板的第二表面包括冷却介质的导流结构和流场结构，以有效带走电化学反应产生的热量，因此，阴极极板兼有散热板的作用。阴极极板的第二表面上的冷却介质流场包括曲折形状的流道以延长路径长度，改善冷却效果。该阴极极板可以提高燃料电池的气体分配均匀性并改善水热管理，从而提高燃料电池的大电流放电性能和功率密度。

<第五实施例>

根据第五实施例的阴极极板组件包括阴极极板、位于阴极极板第一表面的垫片和密封框、以及位于阴极极板第二表面的密封框。该阴极极板例如是在上文中结合第四实施例已经详述的阴极极板。为了简明，在下文中对阴极极板的内部结构不再进行详述。在图10至12仅仅示出阴极极板组件中的阴极极板第一表面的垫片和密封框、以及阴极极板第二表面的密封框的俯视图。

如图10所示，阴极极板组件中的垫片236包括第一子片2361和第二子片2362。在阴极极板102的基板第一侧边附近，第一子片2361覆盖在阴极极板102第一表面入口侧的导流结构的顶部表面上。在阴极极板102的基板第二侧边附近，第二子片2362覆盖在阴极极板102第一表面出口侧的导流结构的顶部表面上。第一子片2361和第二子片2362具有与阴极极板102第一表面的导流结构的顶部表面相一致的形状，使得阴极极板102第一表面的导流槽上部封闭以形成导流管路。

垫片236的作用是封闭氧化气体的导流结构的顶部表面，以防止导流槽在燃料电池装配压紧时被受压变形的膜电极组件的边框所堵塞。垫片236可以由机械强度高和温度稳定性良好的材料组成，例如，石墨、不锈钢、钛合金、铝合金、铜合金等。

如图11所示，阴极极板组件中的阴极极板第一表面的密封框238包括边框2381、以及边框2381围绕的中间开口2382。在边框2381的第一侧边附近，形成排列成行的多组贯穿孔，每组贯穿孔包括顺序排列的第一贯穿孔2383a、第五贯穿孔2385a和第三贯穿孔2384a。在边框2381的第二侧边附近，形成排列成行的多组贯穿孔，每组贯穿孔包括顺序排列的第四贯穿孔2384b、第六贯穿孔2385b和第二贯穿孔2383b。在阴极极板组件中，密封框238的边框2381接触阴极极板的周边部分，密封框238的的第一至第六贯穿孔分别与阴极极板102的第一至第六贯穿孔对齐，从而形成第一组主管路、第二组主管路和第三组主管路的流入路径和流出路径的一部分。密封框238的中间开口暴露阴极极板102的超细密流场结构。密封框238的中间开口2382与第一和第二贯穿孔、以及第五和第六贯穿孔隔开，使得燃料流体和冷却介质不能到达阴极极板102的超细密流场结构中。密封框238的中间开口2382与第三和第四贯穿孔连通，阴极极板102的第三和第四贯穿孔的横向开口与氧化气体的导流结构连通，使得仅氧化气体经由导流结构到达阴极极板102的超细密流场结构中。

在该实施例中，阴极极板组件中的密封框238可以采用预成型的密封胶条，或者在阴极极板102的第一表面注胶及固化形成胶条。

如图12所示，阴极极板组件中的阴极极板第二表面的密封框338包括边框3381、以及边框3381围绕的中间开口3382。在边框3381的第一侧边附近，形成排列成行的多组贯穿孔，每组贯穿孔包括顺序排列的第一贯穿孔3383a、第五贯穿孔3385a和第三贯穿孔3384a。在边框3381的第二侧边附近，形成排列成行的多组贯穿孔，每组贯穿孔包括顺序排列的第四贯穿孔3384b、第六贯穿孔3385b和第二贯穿孔3383b。在阴极极板组件中，密封框338的边框3381接触阴极极板的周边部分，密封框338的的第一至第六贯穿孔分别与阴极极板102的第一至第六贯穿孔对齐，从而形成第一组主管路、第二组主管路和第三组主管路的流入路径和流出路径的一部分。密封框338的中间开口暴露阴极极板102的冷却流场结构。密封框338的中间开口3382与第一和第二贯穿孔、以及第三和第四贯穿孔隔开，使得燃料流体和氧化气体不能到达阴极极板102的冷却流场结构中。密封框338的中间开口3382与第五和第六贯穿孔连通，阴极极板102的第五和第六贯穿孔的横向开口与冷却介质的导流结构连通，使得仅冷却介质经由导流结构到达阴极极板102的超细密流场结构中。

在该实施例中，阴极极板组件中的密封框338可以采用预成型的密封胶条，或者在阴极极板102的第二表面注胶及固化形成胶条。

根据第五实施例的阴极极板组件，在阴极极板的第一表面上，采用密封框分别密封阴极极板102表面的燃料流体、氧化气体以及冷却介质，以及采用垫片封闭氧化气体的导流结构上部以形成导流管路。由于密封框兼有将第一和第二贯穿孔、以及第五和第六贯穿孔与阴极极板的第一表面的导流结构和超细密流场结构相互隔开的作用，因此，在阴极极板的第一表面上，仅氧化气体经由第三和第四贯穿孔的横向开口、以及上部封闭的导流管路到达超细密流场结构。阴极极板中间的超细密流场结构直接暴露于膜电极组件的第二表面，从而可以经由流道表面向膜电极组件的阴极侧供级氧化气体。在该实施例中，密封框的作用不仅防止反应物和冷却介质从阴极极板表面泄露至燃料电池的外部（即，电池外漏），也防止了反应物和冷却介质之间的相互渗漏（即，电池内漏）。即使在燃料电池内部温度升高的情形下，阴极极板组件中的密封框也能适应阴极极板与膜电极组件之间的间距变化维持密封性能。因此，采用第五实施例的阴极极板组件或类似的阴极极板组件的燃料电池可以提高持续大电流放电的稳定性。

图13示出采用本发明实施例的双极板组件的燃料电池的放电曲线。该燃料电池堆的单电池活性面积超过两百平方厘米。

由图中的曲线图可以看到，本发明设计的极板具有优秀的大电流放电性能。在电流密度2.0A/cm²时，单电池电压0.63V；在电流密度2.5A/cm²时，单电池电压为0.6V。在电流密度高达3.6A/cm²时，单电池电压仍有0.54V，功率密度高达1901 mw/cm²。说明了采用了本发明设计的双极板的电池堆，可以显著提升电池的大电流放电性能，也超过了我国目前已公布的燃料电池的大电流放电性能数据。

根据本发明的上述实施例的燃料电池可以应用于电动车辆中，由于燃料电池功率密度高、大电流放电性能好，可提高车辆的动力性能、燃料利用效率和续航里程。

在上述的第一实施例中，描述了燃料电池100包括彼此相对的第一端板110和第二端板120，在二者之间依次堆叠第一绝缘板131、第一电流集流体132、重复部件（repeatpart）133、第二电流集流体134、第二绝缘板135。燃料电池100的电池堆例如包括堆叠在一起且彼此电连接的多个重复部件133以提高输出电压。在替代的实施例中，燃料电池的重复部件133中的双极板可以兼作电流集流体，重复部件133中的密封框可以兼作绝缘板，从而可以省去第一绝缘板131、第一电流集流体132、第二电流集流体134、第二绝缘板135中的至少一个，从而进一步减少燃料电池100中的部件数量。由于燃料电池100的部件数量减少以及结构设计优化，该实施例的燃料电池100可以减小燃料电池100的高度尺寸和横向尺寸，有利于燃料电池100的小型化并进一步提升功率密度。

在上述的第二至第五实施例中，描述了燃料电池100的双极板（阳极极板101和阴极极板102）包括截面形状为弧边梯形的贯穿孔，采用贯穿孔的曲面侧壁上的横向开口作为反应物的流入口或流出口，从而在贯穿孔的宽度受到限制的情形下最大化横向开口的宽度。在替代的实施例中，燃料电池100的双极板（阳极极板101和阴极极板102）包括截面形状为斜边梯形的贯穿孔，采用贯穿孔的斜面侧壁上的横向开口作为反应物的流入口或流出口，从而在贯穿孔的宽度受到限制的情形下最大化横向开口的宽度。在双极板中将贯穿孔的截面形状设计为特定的形成，可以最大化横向开口的宽度，以减小反应物流经横向开口的压阻，使反应物的流通更为畅通。

应当说明的是，在本发明的描述中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施例的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (32)

1.一种用于燃料电池的双极板，包括：

基板；

至少一个分配单元，位于所述基板的第一表面上，用于向燃料电池的膜电极组件供给第一反应物；

至少一个第一贯穿孔，邻近所述基板的第一侧边且贯穿所述基板，分别经由其侧壁上的横向开口与相应的分配单元相连接以流入第一反应物；以及

至少一个第二贯穿孔，邻近所述基板的第二侧边且贯穿所述基板，分别经由其侧壁上的横向开口与相应的分配单元相连接以流出第一反应物，所述第一侧边与所述第二侧边彼此相对，

其中，所述至少一个第一贯穿孔和所述至少一个第二贯穿孔各自的截面形状为大致的弧边梯形或斜边梯形，并且在与所述弧边相对应的曲面侧壁或与所述斜边相对应的斜面侧壁上形成所述横向开口。

2.根据权利要求1所述的双极板，其中，所述至少一个第一贯穿孔的横向开口与所述至少一个第二贯穿孔中的相应第二贯穿孔的横向开口沿着所述第一侧边的方向彼此相对。

3.根据权利要求2所述的双极板，其中，所述至少一个分配单元分别包括：

第一流场结构，包括由多个脊彼此隔开的多个第一流道，所述多个第一流道从所述第一流场结构的入口侧延伸至所述第一流场结构的出口侧；

第一导流结构，包括由多个第一侧壁彼此隔开的多个第一导流槽，所述多个第一导流槽呈放射状分布，从相应的第一贯穿孔的横向开口延伸至所述第一流场结构的入口侧；以及

第二导流结构，包括由多个第二侧壁彼此隔开的多个第二导流槽，所述多个第二导流槽呈放射状分布，从相应的第二贯穿孔的横向开口延伸至所述第一流场结构的出口侧。

4.根据权利要求3所述的双极板，其中，所述第一导流结构的多个第一导流槽在第一反应物的流入路径上的截面积逐渐变大，所述第二导流结构的多个第二导流槽在第一反应物的流出路径上的截面积逐渐变小。

5.根据权利要求3所述的双极板，其中，所述第一流场结构的多个流道为直线形、曲线形、蛇形流道中的任意一种。

6.根据权利要求3所述的双极板，其中，所述双极板为阳极极板，所述阳极极板向所述膜电极组件供给的第一反应物为燃料流体，所述第一贯穿孔截面形状的顶边长度为底边长度的1/3至19/20。

7.根据权利要求6所述的双极板，其中，所述第一流场结构的第一流道的数量为25至70个。

8.根据权利要求6所述的双极板，其中，所述第一流场结构的脊宽为30至500微米之间，流道宽度为30至500微米之间。

9.根据权利要求6所述的双极板，其中，所述第一导流结构的第一导流槽和所述第二导流结构的第二导流槽的数量分别为2至10个。

10.根据权利要求3所述的双极板，其中，所述双极板为阴极极板，所述阴极极板向所述膜电极组件供给的第一反应物为氧化气体，所述第一贯穿孔截面形状的顶边长度为底边长度的1/6至5/6。

11.根据权利要求10所述的双极板，其中，所述第一流场结构的第一流道的数量为25至70个。

12.根据权利要求10所述的双极板，其中，所述第一流场结构的脊宽为30至500微米之间，流道宽度为30至500微米之间。

13.根据权利要求10所述的双极板，其中，所述第一导流结构的第一导流槽和所述第二导流结构的第二导流槽的数量分别为2至10个。

14.根据权利要求3所述的双极板，其中，所述至少一个分配单元包括多个分配单元，所述多个分配单元的第一流场结构在所述基板的第一表面连续排列成连续的多组第一流道，所述多个分配单元的第一导流结构彼此隔开，所述多个分配单元的第二导流结构彼此隔开。

15.根据权利要求14所述的双极板，其中，所述基板包括相对于所述第一表面凹陷的周边部分，用于形成密封槽。

16.根据权利要求14所述的双极板，其中，所述基板包括相对于所述第一表面突起的周边部分，用于形成密封件。

17.根据权利要求14所述的双极板，其中，所述基板包括与所述第一表面齐平的周边部分，用作密封框的接触面。

18.根据权利要求14所述的双极板，还包括：多个分隔壁，位于所述多个分配单元的相邻分配单元的第一导流结构之间以及第二导流结构之间。

19.根据权利要求2所述的双极板，还包括

至少一个第三贯穿孔，邻近所述基板的第一侧边且贯穿所述基板，用于流入第二反应物；

至少一个第四贯穿孔，邻近所述基板的第二侧边且贯穿所述基板，用于流出第二反应物；

至少一个第五贯穿孔，邻近所述基板的第一侧边且贯穿所述基板，用于流入冷却介质；以及

至少一个第六贯穿孔，邻近所述基板的第二侧边且贯穿所述基板，用于流出冷却介质。

20.根据权利要求19所述的双极板，其中，所述至少一个第一贯穿孔、所述至少一个第三贯穿孔和所述至少一个第五贯穿孔按照第一贯穿孔、第五贯穿孔、第三贯穿孔的顺序在所述基板的第一侧边排列成行，所述至少一个第二贯穿孔、所述至少一个第四贯穿孔和所述至少一个第六贯穿孔按照第四贯穿孔、第六贯穿孔、第二贯穿孔的顺序在所述基板的第二侧边排列成行。

21.根据权利要求19所述的双极板，其中，所述至少一个第五贯穿孔和所述至少一个第六贯穿孔各自的截面形状为大致的矩形形状，并且，所述至少一个第五贯穿孔截面形状的侧边与所述至少一个第一贯穿孔截面形状的顶边相邻，所述至少一个第六贯穿孔截面形状的侧边与所述至少一个第二贯穿孔截面形状的顶边相邻，所述侧边的长度小于等于所述顶边的长度。

22.根据权利要求19所述的双极板，还包括：至少一个冷却单元，所述至少一个冷却单元位于所述基板的第二表面上，与所述至少一个第五贯穿孔和所述至少一个第六贯穿孔相连接，用于向双极板的第二表面供给冷却介质。

23.根据权利要求1所述的双极板，其中，所述基板还包括彼此相对的第三侧边和第四侧边，在所述第三侧边和所述第四侧边上形成有极耳，所述极耳在燃料电池的检测状态下作为检测端子。

24.根据权利要求23所述的双极板，其中，所述极耳包括定位孔，用于多个双极板之间的彼此对齐。

25.一种用于燃料电池的双极板组件，包括：

根据权利要求1至24中任一项所述的双极板；

密封框，所述密封框的边框接触所述双极板的周边部分，所述密封框的中间开口暴露所述双极板的活性区域；以及

垫片，所述垫片覆盖在所述至少一个分配单元的第一导流结构和第二导流结构的顶部表面上以形成封闭的导流管路。

26.根据权利要求25所述的双极板组件，其中，所述密封框包括与所述双极板中的多个贯穿孔分别对齐的多个贯穿孔，所述密封框的中间开口与所述密封框的至少一个第一贯穿孔和至少一个第二贯穿孔连通，以使所述第一反应物经由所述至少一个第一贯穿孔的横向开口流入所述第一导流结构，以及经由所述至少一个第二贯穿孔的横向开口流出所述第二导流结构。

27.根据权利要求25所述的双极板组件，其中，所述垫片包括：

第一子片，覆盖所述第一导流结构的顶部表面；以及

第二子片，覆盖所述第二导流结构的顶部表面。

28.一种燃料电池，包括

重复部件，所述重复部件包括阳极极板、阴极极板以及夹在二者之间的膜电极组件，在所述重复部件的侧边部分形成沿堆叠方向延伸的第一组主管路、第二组主管路和第三组主管路；以及

配流装置，所述配流装置包括第一端板，以及在所述第一端板中形成的第一对歧管、第二对歧管和第三对歧管，分别与所述第一组主管路、所述第二组主管路和所述第三组主管路相连接，以分别输送燃料流体、氧化气体和冷却介质，

其中，所述阳极极板和所述阴极极板分别为根据权利要求1至24中任一项所述的双极板。

29.根据权利要求28所述的燃料电池，还包括：

在所述重复部件的第一表面依次堆叠的第一电流集流体和第一绝缘板；

在所述重复部件的第二表面依次堆叠的第二电流集流体和第二绝缘板；以及

第二端板，所述第一端板和所述第二端板夹持所述重复部件、以及所述第一电流集流体、所述第二电流集流体、所述第一绝缘板、所述第二绝缘板，

其中，所述第一绝缘板夹在所述第一端板和所述第一电流集流体之间，所述第二绝缘板夹在所述第二端板和所述第二电流集流体之间，所述第一组主管路、所述第二组主管路和所述第三组主管路沿着堆叠方向穿过所述第一电流集流体和所述第一绝缘板。

30.根据权利要求29所述的燃料电池，还包括：

第一张力板和第二张力板，位于所述燃料电池的相对侧面，并且分别包括下凸缘和上凸缘，

其中，所述第一张力板和第二张力板的下凸缘分别与所述第一端板的底面边缘接触，第一张力板和第二张力板的上凸缘分别与所述第二端板的顶面边缘接触，从而采用所述下凸缘向所述第一端板的底面施加压力，以及采用所述上凸缘向所述第二端板的顶面施加压力，以提供所述第一端板和第二端板之间的夹持力。

31.根据权利要求30所述的燃料电池，其中，所述第一张力板和第二张力板的上凸缘还包括多个螺孔，采用穿过所述多个螺孔的螺栓向所述第二端板的顶面施加附加压力。

32.根据权利要求28所述的燃料电池，还包括：

第一接口板和第二接口板，位于所述第一端板的相对端面，并且分别包括用于连接多个外部管路的多个接口，

其中，所述第一接口板和所述第二接口板中的所述多个接口的内开口端与所述配流装置中的所述第一对歧管、所述第二对歧管和所述第三对歧管的多个侧开口端分别对齐以实现彼此连通。

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