CN111755711A - 一种新型燃料电池双极板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型燃料电池双极板，包括阳极单板、阴极单板，阴极单板反面与阴极单板反面贴合形成双极板，双极板上设有用于氢气、空气及冷却液流通的进口和出口及将进口与出口连通的进口过桥区、进口分配区、流场流道区、出口汇集区、出口过桥区，进口过桥区和出口过桥区包括过桥流道、过桥通道口，所述进口分配区和出口汇集区包括多条错位交替布置的小凸台和大凸台，进口截面积不大于对应的出口截面积，过桥通道口的长度不小于与其连通的进口和出口的宽度，与氢气进口和空气进口连通的进口分配区还设有导流槽。该双极板在现有技术的基础上，提高了流体分布的一致性，进而提升燃料电池的整体性能，减少因流体分布不均造成的电池寿命衰减。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是一种新型燃料电池双极板。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效率、高比能量、低污染被认为是一种具有潜力的清洁能源。双极板是PEMFC的关键组成部分，不仅占据电池重量的70％-80％，而且在电池生产成本中也占据相当大的比例，它具有机械支撑膜电极、隔离和分布反应物、收集并传导电流的功能，同时，还担负整个电池系统的散热功能和排水功能。
双极板材质一般分为石墨、金属和复合材质等三种，其中石墨双极板属于主流材质， 应用最广，也是技术发展最为成熟的一种，现今国内大多数燃料电池电堆的双极板都是采 用石墨材质。为了进一步提高燃料电池流体分布的均匀性，提高燃料电池性能，需要在燃 料电池的内部结构进行不断优化。
发明内容
本发明提出了一种新型燃料电池双极板，该双极板在现有技术的基础上，对双极板的 结构进行了进一步的优化，提高了流体分布的一致性，进而提升燃料电池的整体性能，减 少因流体分布不均造成的电池寿命衰减。
一种新型燃料电池双极板，包括阳极单板、阴极单板，阴极单板反面与阴极单板反面 贴合形成双极板，双极板上设有氢气进口与氢气出口、空气进口与空气出口、冷却液进口 与冷却液出口及将进口与出口连通的进口过桥区、进口分配区、流场流道区、出口汇集区、 出口过桥区，所述氢气进口、冷却液进口及空气出口位于双极板的一端，氢气出口、冷却 液出口及空气进口位于双极板的另一端；
所述进口过桥区和出口过桥区包括过桥流道、过桥通道口，将氢气进口和氢气出口、 空气进口和空气出口连通的过桥流道设于阳极单板反面，并通过过桥通道口与进口分配区 和出口汇集区连通，与冷却液进口和冷却液出口连通的过桥流道设于阴极单板反面并直接 与进口分配区和出口汇集区连通；
所述进口分配区和出口汇集区包括多条错位交替布置的小凸台和大凸台，与氢气进口 和氢气出口连通的进口分配区和出口汇集区设于阳极单板正面，与空气进口和空气出口连 通的进口分配区和出口汇集区设于阴极单板正面，与冷却液进口和冷却液出口连通的进口 分配区和出口汇集区设于阴极单板反面；
所述流场流道区包括分别设于阳极单板、阴极单板正面的氢气流场流道区和空气流场 流道区及设于阴极单板反面的冷却液流场流道区；
进口截面积不大于对应的出口截面积，所述过桥通道口的长度不小于与其连通的进口 和出口的宽度。
作为上述技术方案的优选，与氢气进口和空气进口连通的进口分配区还设有导流槽， 导流槽与过桥通道口连通。
作为上述技术方案的优选，将氢气进口和氢气出口、空气进口和空气出口连通的靠近 冷却剂进口和冷却剂出口的过桥流道为特殊流道，特殊流道的宽度从进口和出口往过桥通 道口逐渐变大。
作为上述技术方案的优选，与冷却剂进口和冷却剂出口连通的过桥流道的末端分别向 两侧弯折。
作为上述技术方案的优选，出口截面积为1-1.2倍进口截面积。
作为上述技术方案的优选，所述过桥通道口的长度为1-1.5倍的与其连通的进口和出 口的宽度。
作为上述技术方案的优选，所述导流槽的长度不小于与其连通的过桥通道口的宽度, 所述导流槽的深度比大凸台和小凸台底面深0.1-0.2mm。
作为上述技术方案的优选，所述氢气流场流道区和空气流场流道区的流道为S型，所 述冷却液流场流道区的流道为直线型。
作为上述技术方案的优选，所述阳极单板的反面单独设有贴合线槽区，用于贴合两极 单板并密封冷却液流场流道区。
作为上述技术方案的优选，所述阳极单板和阴极单板正面设有密封线槽区，用于密封 氢气流场流道区和空气流畅流道区。
本发明的有益效果在于：
在混流式双极板结构的基础上进行了优化，进一步提升了双极板的整体密封性能，防 止流体串流，通过优化双极板细部结构尺寸，增加导流槽等结构，使流体在流场流道区的 分布更加均匀，进而提升燃料电池的整体性能，减少因流体分布不均造成的电池寿命衰减。
附图说明
图1为阳极单板的正面结构示意图。
图2为阳极单板的反面结构示意图。
图3为阴极单板的正面结构示意图。
图4为阴极单板的反面结构示意图。
图5为图1中A处放大结构示意图。
图6为图1中B处放大结构示意图。
图7为图2中C处结构放大图。
图8为图4中D处放大图。
附图标记如下：1-阳极单板、2-阴极单板、3-氢气进口、4-氢气出口、5-空气进口、6-空气出口、7-冷却液进口、8-冷却液出口、9-过桥流道、10-过桥通道口、11-小凸台、 12-大凸台、13-氢气流场流道区、14-空气流场流道区、15-冷却液流场流道区、16-导流 槽、17-贴合线槽区、18-密封线槽区。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本实施例。
如图1至图8所示的一种新型燃料电池双极板，包括阳极单板1、阴极单板2，阴极单板1反面与阴极单板2反面贴合形成双极板，双极板上设有氢气进口3与氢气出口4、 空气进口5与空气出口6、冷却液进口7与冷却液出口8及将进口与出口连通的进口过桥 区、进口分配区、流场流道区、出口汇集区、出口过桥区，所述氢气进口3、冷却液进口 7及空气出口6位于双极板的一端，氢气出口4、冷却液出口8及空气进口5位于双极板 的另一端；
所述进口过桥区和出口过桥区包括过桥流道9、过桥通道口10，将氢气进口3和氢气 出口4、空气进口5和空气出口6连通的过桥流道9设于阳极单板1反面，并通过过桥通 道口10与进口分配区和出口汇集区连通，与冷却液进口7和冷却液出口8连通的过桥流 道9设于阴极单板2反面并直接与进口分配区和出口汇集区连通；
所述进口分配区和出口汇集区包括多条错位交替布置的小凸台11和大凸台12，与氢 气进口3和氢气出口4连通的进口分配区和出口汇集区设于阳极单板1正面，与空气进口5和空气出口6连通的进口分配区和出口汇集区设于阴极单板2正面，与冷却液进口7和 冷却液出口8连通的进口分配区和出口汇集区设于阴极单板2反面；
所述流场流道区包括分别设于阳极单板1、阴极单板1正面的氢气流场流道区13和空 气流场流道区14及设于阴极单板2反面的冷却液流场流道区15；
进口截面积不大于对应的出口截面积，所述过桥通道口10的长度不小于与其连通的 进口和出口的宽度。
在本实施例中，与氢气进口3和空气进口5连通的进口分配区还设有导流槽16，导流 槽16与过桥通道口10连通。
在本实施例中，将氢气进口3和氢气出口4、空气进口5和空气出口6连通的靠近冷却剂进口7和冷却剂出口8的过桥流道9为特殊流道，特殊流道的宽度从进口和出口往过 桥通道口10逐渐变大。
在本实施例中，与冷却剂进口7和冷却剂出口8连通的过桥流道9的末端分别向两侧 弯折。
在本实施例中，出口截面积为1-1.2倍进口截面积。
在本实施例中，所述过桥通道口10的长度为1-1.5倍的与其连通的进口和出口的宽 度。
在本实施例中，所述导流槽16的长度不小于与其连通的过桥通道口10的宽度,所述 导流槽16的深度比大凸台12和小凸台11底面深0.1-0.2mm。
在本实施例中，所述氢气流场流道区13和空气流场流道区14的流道为S型，所述冷却液流场流道区15的流道为直线型。
在本实施例中，所述阳极单板1的反面单独设有贴合线槽区17，用于贴合两极单板并 密封冷却液流场流道区15。在阳板反面1的反面单独设置贴合线槽区17，能够加强阳极单板1的强度，避免只在阳极单板1正面加工流道而出现应力集中的现象。
在本实施例中，所述阳极单板1和阴极单板2正面设有密封线槽区18，，用于密封氢气流场流道区13和空气流畅流道区14，密封线槽区18与相邻膜电极连接密封。
本实施例以进口的截面积和出口的截面积相等为例，氢气、空气、冷却液从各自的进 口进，依次经过与进口连通的进口过桥区、进口分配区、流场流道区、出口汇集区、出口过桥区之后从相对应的出口流出，本技术方案的创新点在于通过优化双极板内部结构使流体的分布更加均匀，具体表现为：
进口的截面积对应不大于出口的截面积，通过平衡进出口之间的压力，使流体流速更 加均匀，使流体能更好的流向流场流道区的全部流道；设置特殊流道，过桥通道口10的 长度不小于与其连通的氢气进口3与氢气出口4、空气进口5与空气出口6的宽度，进口分配区设置与过桥通道口10连通的导流槽16，且导流槽16的长度不小于进口过桥区的宽度，通过这一系列渐进式的拓展流体的流动宽度，可以很好的保证流体均匀的进入进口分配区，同时，流体进入进口分配区前，导流槽16的深度比大凸台12和小凸台11底面深 0.1-0.2mm，能更进一步加深这种效果，流体在导流槽16内快速充盈满后再进入进口分配 区；进口分配区包括多条错位交替布置的小凸台11和大凸台12，小凸台1和大凸台12的 作用是进一步降低离进口不同距离的流体的压力差，再次提高流体的均匀性，使进入流场 流道区每一个流道内的流体流速和流量尽可能一致，即保证整个阳极单板1和阴极单板2 均匀反应，反应之后的气体再以相同的方式经过出口汇集区和出口过桥区后从出口流出， 与冷却剂进口7和冷却剂出口8连通的过桥流道9的末端分别向两侧弯折也是为了保证冷 却液更加均匀的在冷区液流场流道区15内流动。以上细部结构特征均是为了提高流体的 均匀流动性，从而提升燃料电池的整体性能，减少因流体分布不均造成的电池寿命衰减。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来 说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种新型燃料电池双极板，其特征在于：包括阳极单板、阴极单板，阴极单板反面与阴极单板反面贴合形成双极板，双极板上设有氢气进口与氢气出口、空气进口与空气出口、冷却液进口与冷却液出口及将进口与出口连通的进口过桥区、进口分配区、流场流道区、出口汇集区、出口过桥区，所述氢气进口、冷却液进口及空气出口位于双极板的一端，氢气出口、冷却液出口及空气进口位于双极板的另一端；
所述进口过桥区和出口过桥区包括过桥流道、过桥通道口，将氢气进口和氢气出口、空气进口和空气出口连通的过桥流道设于阳极单板反面，并通过过桥通道口与进口分配区和出口汇集区连通，与冷却液进口和冷却液出口连通的过桥流道设于阴极单板反面并直接与进口分配区和出口汇集区连通；
所述进口分配区和出口汇集区包括多条错位交替布置的小凸台和大凸台，与氢气进口和氢气出口连通的进口分配区和出口汇集区设于阳极单板正面，与空气进口和空气出口连通的进口分配区和出口汇集区设于阴极单板正面，与冷却液进口和冷却液出口连通的进口分配区和出口汇集区设于阴极单板反面；
所述流场流道区包括分别设于阳极单板、阴极单板正面的氢气流场流道区和空气流场流道区及设于阴极单板反面的冷却液流场流道区；
进口截面积不大于对应的出口截面积，所述过桥通道口的长度不小于与其连通的进口和出口的宽度。
2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：与氢气进口和空气进口连通的进口分配区还设有导流槽，导流槽与过桥通道口连通。
3.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：将氢气进口和氢气出口、空气进口和空气出口连通的靠近冷却剂进口和冷却剂出口的过桥流道为特殊流道，特殊流道的宽度从进口和出口往过桥通道口逐渐变大。
4.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：与冷却剂进口和冷却剂出口连通的过桥流道的末端分别向两侧弯折。
5.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：出口截面积为1-1.2倍进口截面积。
6.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述过桥通道口的长度为1-1.5倍的与其连通的进口和出口的宽度。
7.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于：所述导流槽的长度不小于与其连通的过桥通道口的宽度，所述导流槽的深度比大凸台和小凸台底面深0.1-0.2mm。
8.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述氢气流场流道区和空气流场流道区的流道为S型，所述冷却液流场流道区的流道为直线型。
9.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述阳极单板的反面单独设有贴合线槽区，用于贴合两极单板并密封冷却液流场流道区。
10.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述阳极单板和阴极单板正面设有密封线槽区，用于密封氢气流场流道区和空气流畅流道区。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |