CN111370727B - 一种高功率密度高结构强度的燃料电池导流板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于燃料电池技术领域的一种高功率密度高结构强度的燃料电池导流板。该导流板为导流双极板，由粘合在一起的空气导流槽板和氢气导流槽板组成；该导流双极板总体为长方形，沿该长方体长边一侧伸出两个凸起部分，两条冷却流体流道处于空气导流槽板反面和氢气导流槽板反面形成的夹层中，在导流双极板右端设置有进空气公共孔道和进氢气公共孔道；在导流双极板左端设置有出空气公共孔道和出氢气公共孔道；空气进气流道孔连接空气导流槽；氢气进出流体孔与直线氢气导流槽连接。本发明提高了极板温度分布的均匀性；该结构能够增大极板活性面积占比，提高极板的功率密度。也提高了极板的结构强度以及密封性能，进而提高系统的可靠性。

Description

一种高功率密度高结构强度的燃料电池导流板
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及一种高功率密度高结构强度的燃料电池导流板。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效率、比能量高，低污染等优点被认为是一种适合人类发展和环境要求的理想电源。双极板(流场板)是质子交换膜燃料电池的重要部件，其质量占电池堆60％以上。流场板的道设计对电池性能、运行效率和制造成本有很大影响。
双极板两面都有加工出的流道，起着分布反应气、收集电流、机械支撑、水热管理以及分隔阴阳两极反应气的重要作用。实际上,燃料电池堆的设计很大程度上就是双极板的设计。据文献报道,适当的流道设计能够使电池性能提高50％左右。流道结构决定反应气与生成物在流道内的流动状态,设计合理的流道可以使电极各处均能获得充足的反应气并及时排出生成的水,从而保证燃料电池具有较好的性能和稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种高功率密度高结构强度的燃料电池导流板，其特征在于，该导流板为导流双极板，所述的导流双极板由粘合在一起的空气导流槽板和氢气导流槽板组成；该导流双极板总体为长方形，沿该长方体长边的一侧伸出两个凸起部分，两条冷却流体流道处于空气导流槽板反面和氢气导流槽板反面形成的夹层中，两条冷却流体流道的进出孔道分别设置在两个凸起部分中；在导流双极板右端设置有进空气公共孔道和进氢气公共孔道；在导流双极板左端设置有出空气公共孔道和出氢气公共孔道；空气进气流道孔连接空气导流槽；氢气进出流体孔与直线氢气导流槽连接。
所述两条冷却流体流道相互隔离，位于空气导流槽板背面，连接冷却流体流道的进出孔道的整条冷却流体流道弯曲成工字型，相当于大门框套在小门框外面，两部分流道长度为外侧大门框大于内侧小门框；以补偿局部压力损失；其两个冷却流体流道的冷却液流向相反，有利于提高冷却流体流速的一致性、有利于增强两个相互隔离冷却液导流道间的热交换，进而降低极板平面上的温度差异，使双极板温度一致。
所述在导流双极板右端设置有空气进气公共孔道和氢气进气公共孔道；在导流双极板左端设置有空气出气公共孔道和氢气出气公共孔道，其空气进气流孔道连接空气导流槽；氢气进出流体孔道与直线氢气导流槽的布置顺序相反；且相对于极板中心轴呈中心对称。
所述空气公共孔道进出孔道沿长方形宽度方向分被分为两部分，所述燃料电池极板氢气的公共出口小于公共进口，有利于增加氢气侧背压，增强氢气向膜电极方向的扩散，进而提高反应效率；所述的氢气流导槽板正面设置有氢气进出流导孔和呈直线的氢气流导槽；氢气导流槽板反面为光板，与正面对应位置有空气进出流导孔；所述空气导流槽呈曲线，以增加背压，提高空气利用效率。
所述两条冷却流体流道的进出孔道与流双极板氢气和空气共用孔道分离，在保证冷却液体不能窜入其中的同时，最大程度的增加双极板有效面积比例。
所述在氢气公共孔道的左边设置有方便电堆组装的定位孔以及用于放置电压采集金属片的两个凹槽；设置两个凹槽的目的是方便电压采样线的交替使用，防止因为采样线之间距离的过近造成的短路风险的存在。
本发明的有益效果是本发明有利于进一步提高了所述极板温度分布的均匀性，增大极板活性面积占比，提高极板的功率密度。同时，本发明也提高了极板的结构强度以及密封性能，进而有利于提高系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例中导空气流槽板的反面结构示意图；
图2为本发明实施例中导空气流槽板的正面结构示意图；
图3为本发明实施例中导氢气流槽板的正面结构示意图；
图4为本发明实施例中导氢气流槽板的反面结构示意图；
具体实施方式
本发明的目的是提供一种高功率密度高结构强度的燃料电池导流板.下面结合附图、实施例对本发明作进一步说明
如图1～4所示，为一种有利于提高流体流速与温度分布一致性的燃料电池导流板，该导流板为导流双极板，该导流双极板通过定位孔10由粘合在一起的空气导流槽板1和氢气导流槽板15组成；所述导流双极板总体为长方形，沿该长方体长边的一侧伸出两个凸起部分18；在左边凸起部分设有第一冷却流体流进孔道6、第二冷却流体流出孔道20，在右边凸起部分设有第二冷却流体流进孔道7，第一冷却流体流出孔道19；在空气导流槽板1反面设置相互隔离的第二冷却液体导流槽8和第一冷却液体导流槽9，并处于空气导流槽板1反面(如图1所示)和氢气导流槽板15反面(如图4所示)形成的夹层中，第一冷却液体导流槽9分别连接第一冷却流体流进孔道6和第一冷却流体流出孔道19；第二冷却液体导流槽8分别连接第二冷却流体流进孔道7和第二冷却流体流出孔道20；在相互隔离的第二冷却液体导流槽8和第一冷却液体导流槽9中冷却液流向相反第二冷却液体导流槽8和第一冷却液体导流槽9均设计为弯曲的工字型，相当于第一冷却液体导流槽9的大门框套在第二冷却液体导流槽8的小门框外面，第一冷却液体导流槽9的流道长度大于第二冷却液体导流槽8的流道长度，以补偿局部压力损失；其两个冷却流体流道的冷却液流向相反，有利于提高冷却流体流速的一致性、有利于增强两个相互隔离冷却液导流道间的热交换，进而降低极板平面上的温度差异，使双极板温度一致。在导流双极板右端设置有进空气公共孔道2和进氢气公共孔道3；在导流双极板左端设置有出空气公共孔道22和出氢气公共孔道21；在氢气公共孔道21左边设置有方便电堆组装的定位孔10以及用于放置电压采集金属片的两个凹槽11；设置两个凹槽11的目的是方便电压采样线的交替使用，防止因为采样线之间距离的过近造成的短路风险的存在。空气进气流道孔12连接空气导流槽13(如图2所示)，空气公共进出孔道沿长方形的宽度方向分被分为两部分，空气流槽13呈曲线状，以增加背压，提高空气利用效率；在导氢气流槽板正面设置氢气进出流道孔17与直线氢气导流槽16连接(如图3所示)，氢气公共进出孔道的出口小于公共进口，有利于增加氢气侧背压，增强氢气向膜电极方向的扩散，进而提高反应效率；导氢气流槽板反面为光板，与正面对应位置有空气进出流体孔道。所述两条冷却流体流道的进出孔道与流双极板氢气和空气共用孔道分离，在保证冷却液体不能窜入其中的同时，最大程度的增加双极板有效面积比例。
本发明有利于增强两个相互隔离冷却液导流槽间的热交换，防止由于冷却液沿单一方向流动造成的极板长度方向上，在极板平面上的温度差异，进而提高双极板温度的一致。

Claims (4)

1.一种高功率密度高结构强度的燃料电池导流板，其特征在于，该导流板为导流双极板，所述的导流双极板由粘合在一起的空气导流槽板和氢气导流槽板组成；该导流双极板总体为长方形，沿该长方形 长边一侧伸出两个凸起部分，两条冷却流体流道处于空气导流槽板反面和氢气导流槽板反面形成的夹层中，两条冷却流体流道的进出孔道分别设置在两个凸起部分中；在导流双极板右端设置有进空气公共孔道和进氢气公共孔道；在导流双极板左端设置有出空气公共孔道和出氢气公共孔道；空气进气流孔道连接空气导流槽；氢气进出流体孔道与直线氢气导流槽连接；
所述两条冷却流体流道相互隔离，位于空气导流槽板背面，连接冷却流体流道的进出孔道的整条冷却流体流道弯曲成工字型，相当于大门框套在小门框外面，两部分流道长度为外侧大门框大于内侧小门框；以补偿局部压力损失；其两个冷却流体流道的冷却液流向相反，有利于提高冷却流体流速的一致性、有利于增强两个相互隔离冷却液导流道间的热交换，进而降低极板平面上的温度差异，使双极板温度一致；
在氢气公共孔道的左边设置有方便电堆组装的定位孔以及用于放置电压采集金属片的两个凹槽；设置两个凹槽的目的是方便电压采样线的交替使用，防止因为采样线之间距离的过近造成的短路风险的存在。
2.根据权利要求1所述高功率密度高结构强度的燃料电池导流板，其特征在于，所述在导流双极板右端设置有进空气公共孔道和进氢气公共孔道；在导流双极板左端设置有出空气公共孔道和出氢气公共孔道，其空气进气流孔道连接空气导流槽；氢气进出流体孔道与直线氢气导流槽的布置顺序相反；且相对于极板中心轴呈中心对称。
3.根据权利要求1所述高功率密度高结构强度的燃料电池导流板，其特征在于，空气公共孔道进出孔道沿长方形宽度方向分被分为两部分，所述燃料电池极板氢气的公共出口小于公共进口，有利于增加氢气侧背压，增强氢气向膜电极方向的扩散，进而提高反应效率；所述的氢气导流槽板正面设置有氢气进出流体孔道和呈直线的氢气导流槽；氢气导流槽板反面为光板，与正面对应位置有空气进出流体孔；所述空气导流槽呈曲线，以增加背压，提高空气利用效率。
4.根据权利要求1所述高功率密度高结构强度的燃料电池导流板，其特征在于，所述两条冷却流体流道的进出孔道与导流双极板氢气和空气公共孔道分离，在保证冷却液体不能窜入其中的同时，最大程度地增加双极板有效面积比例。
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