CN111864227A - 一种燃料电池的端板和燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池的端板和燃料电池，燃料电池的端板包括：第一端板和第二端板，第一端板和第二端板均为透明端板，第一端板与第二端板相背的一侧面与燃料电池的极板相接设置；在第一端板上、与第二端板相对的一侧面开设有第一空腔，和/或，在第二端板上、与第一端板相对的一侧面开设有第二空腔，第一端板上和/或第二端板上开设有抽气孔，抽气孔与第一空腔和/或第二空腔连通，以能通过抽气孔对第一空腔和/或第二空腔抽真空。根据本发明能对两个端板之间夹设的空腔抽真空，起到隔热和保温作用，防止气体雾化，提高燃料电池的性能；还通过在第一端板与金属极板接触的侧面设置防雾涂层，防止气体雾化，进一步提高燃料电池的性能。

Description

一种燃料电池的端板和燃料电池
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池的端板和燃料电池。
背景技术
燃料电池的水管理对电池性能及耐久性有着十分重要的影响,不良的水管理可能会造成流道内发生水淹并引起电池性能下降。对于水管理的研究主要有数值模拟和实验研究两种方法，其中可视化技术是一种十分便捷的实验方法，在电池运行过程中实验人员可通过透明端板直接在线观察电池内部水的运动行为。
由于透明电池端板导热能力差，极易造成电池温度分布不均，严重制约着透明电池的性能；此外电池内外温差较大还会导致端板表面容易发生雾化，不仅影响观察者视线，而且无法准确判断出电池内部水的是由电化学反应生成的还是高温水蒸气冷凝形成的。因此透明电池的防雾化设计显得十分重要。
现有技术中的透明电池运行过程中，由于温度分布不均而容易造成端板表面易雾化、电池性能较低等问题，因此本发明研究设计出一种燃料电池的端板和燃料电池。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题主要在于克服现有技术中的透明电池运行过程中，存在由于温度分布不均造成端板表面易雾化、导致电池性能较低的缺陷，从而提供一种燃料电池的端板和燃料电池。
为了解决上述问题，本发明提供一种燃料电池的端板，其包括：
第一端板和第二端板，所述第一端板和所述第二端板相接，所述第一端板和所述第二端板均为透明端板，且所述第一端板与所述第二端板相背的一侧面与所述燃料电池的极板相接设置；
在所述第一端板上、与所述第二端板相对的一侧面开设有第一空腔，和/或，在所述第二端板上、与所述第一端板相对的一侧面开设有第二空腔，所述第一端板上和/或所述第二端板上开设有抽气孔，所述抽气孔与所述第一空腔和/或所述第二空腔连通，以能够通过所述抽气孔对所述第一空腔和/或所述第二空腔抽真空。
优选地，所述抽气孔从所述第二端板上相背所述第一端板的一侧面贯穿开设至与所述第一空腔和/或所述第二空腔相连通的位置。
优选地，在所述第一端板的开设所述第一空腔的侧面上还开设有第一密封槽，所述第一密封槽围绕所述第一空腔而设置；和/或，在所述第二端板的开设所述第二空腔的侧面上还开设有第二密封槽，所述第二密封槽围绕所述第二空腔而设置。
优选地，所述第一密封槽中还设置有第一密封条；和/或，所述第二密封槽中还设置有第二密封条。
优选地，所述第一端板的与所述极板相接的一侧面上还涂覆有防雾涂层。
优选地，所述第一端板的与所述极板相接的一侧面上还开设有第三密封槽，所述防雾涂层涂覆在所述第三密封槽的内表面处。
优选地，所述第一端板上设置有第一进口，所述第二端板上设置有第二进口，所述第一进口与所述第二进口连通，气体从所述第二进口和所述第一进口依次进入所述极板中；
所述第一端板上设置有第一出口，所述第二端板上设置有第二出口，所述第一出口与所述第二出口连通，气体从所述极板中沿所述第一出口和所述第二出口依次流出。
优选地，所述第一进口和所述第一出口均以贯穿所述第一端板的两个侧面的方式而设置；所述第二进口和所述第二出口均以贯穿所述第二端板的两个侧面的方式而设置。
本发明还提供一种燃料电池，其包括前任一项所述的燃料电池的端板，还包括极板和膜电极，所述膜电极的两侧分别设置一个所述极板，两个所述极板的各自外侧分别设置一个所述端板。
优选地，所述极板的与所述膜电极相对的侧面上设置有至少一个凹陷的流道，气体在所述流道中流动并与所述膜电极接触以进行反应，在两个相邻所述流道之间形成凸条。
优选地，两个相邻所述凸条的端部之间连接设置有加强筋，所述加强筋凸起的高度低于所述凸条的高度；和/或，多个所述流道平行间隔设置；和/或，所述流道为镂空结构。
优选地，所述极板上、位于多个所述流道的共同一端设置有分流槽，所述分流槽与多个所述流道均连通；所述极板上、位于多个所述流道的共同另一端设置有汇流槽，所述汇流槽与多个所述流道均连通。
优选地，当所述第一端板上设置有第一进口，所述第二端板上设置有第二进口时：所述第一进口与所述分流槽连通；
当所述第一端板上设置有第一出口，所述第二端板上设置有第二出口时：所述第一出口与所述汇流槽连通。
优选地，在所述极板的开设所述流道的侧面上还开设有第四密封槽，所述第四密封槽围绕所述流道而设置。
优选地，所述第四密封槽中还设置有第三密封条。
本发明提供的一种燃料电池的端板和燃料电池具有如下有益效果：
1.本发明通过在燃料电池的透明端板的两个端板的其中至少一个的侧面上开设空腔的结构形式，并通过设置抽气孔连通空腔，能够有效地对两个端板之间夹设的空腔进行抽真空作用，使得通过该空腔有效起到隔热和保温的作用，能够有效防止气体雾化，提高燃料电池的性能；本发明还通过在第一端板与金属极板接触的一侧面上设置防雾涂层的形式，能够通过防雾涂层来有效防止气体雾化，进一步提高燃料电池的性能；
2.本发明还通过在端板上设置空腔的侧面以围绕空腔的形式设置密封槽，并且优选在密封槽中设置密封条的结构形式，能够提高对空腔的密封性能，防止空腔中的真空状态被破坏、气体进入空腔，因此能够提高空腔的隔热保温效果，提高燃料电池的防雾化作用，进一步提高电池的性能；本发明还通过在极板上设置流道的相邻凸条的端部之间设置加强筋的结构，能够提高流道两侧凸条的强度和刚度，保证流道的正常结构、保证气体流动正常进行和正常反应，通过设置多个平行间隔设置的流道能够提高气体在流道中与膜电极相接触的接触面积，提高电化学反应的效果；并且通过加强筋的高度低于凸条的高度、且高于流道的高度，能够使得流体通过加强筋进入流道时会产生一个扰动的作用，起到强化传质的作用，并且保证流体不会从凸条上端流出流道外，保证气流沿流道的正常流动，提高流体的强化传质效果和电化学反应的效果。
附图说明
图1是本发明的透明燃料电池的分解结构示意图；
图2是本发明的透明燃料电池的端板的分解结构图；
图3是本发明的透明燃料电池的极板的结构图；
图4是图3中A部分的局部放大结构图。
附图标记表示为：
1、极板；10、第二空腔；12、凸条；13、第四密封槽；2、流道；3、分流槽；4、汇流槽；5、加强筋；100、端板；6、第一端板；61、第三密封槽；62、第一进口；63、第一出口；7、第二端板；71、第二密封槽；72、第二进口；73、第二出口；11、抽气孔；200、膜电极。
具体实施方式
如图1-4所示，本发明提供一种燃料电池的端板，其包括：
第一端板6和第二端板7，所述第一端板6和所述第二端板7相接，所述第一端板6和所述第二端板7均为透明端板，且所述第一端板6与所述第二端板7相背的一侧面与所述燃料电池的极板相接设置；
在所述第一端板6上、与所述第二端板7相对的一侧面开设有第一空腔，和/或，在所述第二端板7上、与所述第一端板6相对的一侧面开设有第二空腔10，所述第一端板6上和/或所述第二端板7上开设有抽气孔11，所述抽气孔11与所述第一空腔和/或所述第二空腔10连通，以能够通过所述抽气孔11对所述第一空腔和/或所述第二空腔10抽真空。
本发明通过在燃料电池的透明端板的两个端板的其中至少一个的侧面上开设空腔的结构形式，并通过设置抽气孔连通空腔，能够有效地对两个端板之间夹设的空腔进行抽真空作用，使得通过该空腔有效起到隔热和保温的作用，能够有效防止气体雾化，提高燃料电池的性能。
本发明提出了一种可以防雾化的透明电池，很好的解决了透明电池运行过程中，温度分布不均造成的端板表面易雾化、电池性能较低的问题，从而使透明电池的性能得到改善，延长其使用寿命，且容易加工，节约时间和资源。
针对透明电池端板表面容易雾化影响视线、电池性能低的问题，本发明提出了一种采用防雾化端板的透明电池，其由金属极板、透明端板和膜电极等部件组成,所述防雾化端板的防雾化设计包括两个方面:一是端板与极板接触的一侧涂有防雾涂层,二是端板设置有空腔,通过抽真空的方式起到保温作用。
所述透明端板包括内外两个端板，两个端板表面均设置有气体的进口和出口，用来流通反应气体，所述内端板与金属极板接触的一侧设置有密封槽,表面涂有防雾涂层,所述外端板与内端板接触的一侧挖去部分材料形成空腔，空腔四周设置有密封槽，所述内端板与外端板组合形成所述透明端板,所述透明端板的最外侧设置有一个抽气孔，用来连通空腔，便于抽取真空。所述空腔起到隔热、保温的作用，可有效防止气体雾化。
所述金属极板和透明端板表面均设置有多个定位孔，用于装配定位。
优选地，所述抽气孔11从所述第二端板7上相背所述第一端板6的一侧面贯穿开设至与所述第一空腔和/或所述第二空腔10相连通的位置。这是本发明的抽气孔的优选结构形式，通过在位于外侧的第二端板上贯穿第二端板设置的抽气孔，能够通过在外部引入抽气装置以有效对该空腔进行抽真空作用。
优选地，在所述第一端板6的开设所述第一空腔的侧面上还开设有第一密封槽(图中未示出)，所述第一密封槽围绕所述第一空腔而设置；和/或，在所述第二端板7的开设所述第二空腔10的侧面上还开设有第二密封槽71，所述第二密封槽71围绕所述第二空腔10而设置。本发明还通过在端板上设置空腔的侧面以围绕空腔的形式设置密封槽，并且优选在密封槽中设置密封条的结构形式，能够提高对空腔的密封性能，防止空腔中的真空状态被破坏、气体进入空腔，因此能够提高空腔的隔热保温效果，提高燃料电池的防雾化作用，进一步提高电池的性能。
优选地，所述第一密封槽中还设置有第一密封条；和/或，所述第二密封槽71中还设置有第二密封条。通过密封条的结构形式能够进一步提高对空腔的密封性能，防止真空腔中进入空腔，提高防雾化作用，提高电池性能。
优选地，所述第一端板6的与所述极板1相接的一侧面上还涂覆有防雾涂层。本发明还通过在第一端板与金属极板接触的一侧面上设置防雾涂层的形式，能够通过防雾涂层来有效防止气体雾化，进一步提高燃料电池的性能。
优选地，所述第一端板6的与所述极板相接的一侧面上还开设有第三密封槽61，所述防雾涂层涂覆在所述第三密封槽的内表面处。通过在第一端板上相对极板的侧面上开设第三密封槽，且防雾涂层设置在第三密封槽的内表面处，能够在提高端板与极板之间有效密封的基础上，利用防雾涂层能够有效加强端板的防雾化效果，提高电池的性能。
优选地，所述第一端板6上设置有第一进口62，所述第二端板7上设置有第二进口72，所述第一进口62与所述第二进口72连通，气体从所述第二进口72和所述第一进口62依次进入所述极板中；
所述第一端板6上设置有第一出口63，所述第二端板7上设置有第二出口73，所述第一出口63与所述第二出口73连通，气体从所述极板中沿所述第一出口63和所述第二出口73依次流出。
这是本发明的内外端板上的进口和出口的优选设置形式，通过第二进口和第一进口能够依次从外部引入气体进入极板中，通过第一出口和第二出口能够依次将极板中反应过后的气体向外导出。
优选地，所述第一进口62和所述第一出口63均以贯穿所述第一端板6的两个侧面的方式而设置；所述第二进口72和所述第二出口73均以贯穿所述第二端板7的两个侧面的方式而设置。这是本发明的在第一端板上开设的第一进口和第一出口的优选设置形式，以及第二端板上开设的第二进口和第二出口的优选设置形式，通过贯穿的方式能够顺利地引入气流和导出气流。
本发明还提供一种燃料电池，其包括前任一项所述的燃料电池的端板，还包括极板1和膜电极200，所述膜电极200的两侧分别设置一个所述极板1，两个所述极板1的各自外侧分别设置一个所述端板100。
本发明提出了一种可以防雾化的透明电池，很好的解决了透明电池运行过程中，温度分布不均造成的端板表面易雾化、电池性能较低的问题，从而使透明电池的性能得到改善，延长其使用寿命，且容易加工，节约时间和资源。
针对透明电池端板表面容易雾化影响视线、电池性能低的问题，本发明提出了一种采用防雾化端板的透明电池，其由金属极板、透明端板和膜电极等部件组成,所述防雾化端板的防雾化设计包括两个方面：一是端板与极板接触的一侧涂有防雾涂层,二是端板设置有空腔,通过抽真空的方式起到保温作用。
所述金属极板、透明端板和膜电极组装后得到透明电池。
本发明结构简单，便于加工；组装得到的透明电池防雾化效果较好，延长了其使用寿命。
优选地，所述极板1的与所述膜电极200相对的侧面上设置有至少一个凹陷的流道2，气体在所述流道2中流动并与所述膜电极200接触以进行反应，在两个相邻所述流道2之间形成凸条12。本发明通过流道能够形成容纳气体流动的空间，多个流道能够提高气体与膜电极之间的接触面积，提高反应效率。
具体地，所述透明端板由厚度为10-20mm的聚碳酸酯透明材料加工形成，所述金属极板由厚度为0.5-3mm的不锈钢金属材料加工形成，极板中间采用线切割方式加工有多条平直流道和进出口汇流槽。
优选地，两个相邻所述凸条12的端部之间连接设置有加强筋5，所述加强筋5凸起的高度低于所述凸条的高度；和/或，多个所述流道2平行间隔设置；和/或，所述流道2为镂空结构。
本发明还通过在极板上设置流道的相邻凸条的端部之间设置加强筋的结构，能够提高流道两侧凸条的强度和刚度，保证流道的正常结构、保证气体流动正常进行和正常反应，通过设置多个平行间隔设置的流道能够提高气体在流道中与膜电极相接触的接触面积，提高电化学反应的效果；并且通过加强筋的高度低于凸条的高度，能够使得流体通过加强筋进入流道时会产生一个扰动的作用，起到强化传质的作用，并且保证流体不会从凸条上端流出流道外，保证气流沿流道的正常流动，提高流体的强化传质效果和电化学反应的效果。
所述金属极板表面设置有多条平行的平直流道，流道的上部和下部各设置有一个气体汇流槽,流道和汇流槽组合形成气体的流动区域，流动区域四周设置有密封槽用来放置胶条，流道的脊背和金属极板通过两条加强筋相连,保证了极板强度，加强筋比凸条高度低、且比流道高能有效地形成凹槽,保证了气体通过并且提高了流道内气体的流速,起到强化传质的作用。
优选地，所述极板1上、位于多个所述流道2的共同一端设置有分流槽3，所述分流槽3与多个所述流道2均连通；所述极板1上、位于多个所述流道2的共同另一端设置有汇流槽4，所述汇流槽4与多个所述流道2均连通。通过分流槽能够容纳进入的气体、并对进入的气体进行分流作用，通过汇流槽能够汇流多个流道中反应后的气体，并将汇流后的气体排出。
所述平直流道的上部和下部各设置有一个矩形的氢气/氧气入口/出口汇流槽,开口大小一致且上下对称，流道和汇流槽组合形成氢气/氧气的流动区域，流动区域四周设置有密封槽用来放置胶条。
优选地，当所述第一端板6上设置有第一进口62，所述第二端板7上设置有第二进口72时：所述第一进口62与所述分流槽3连通；
当所述第一端板6上设置有第一出口63，所述第二端板7上设置有第二出口73时：所述第一出口63与所述汇流槽4连通。
通过分流槽与第一进口连通能够通过第二进口、第一进口依次将气体导入分流槽中，并分配至各个流道中进行反应，通过汇流槽与第一出口连通设置能够通过第一出口和第二出口依次将汇流槽中的气体导出。
优选地，在所述极板1的开设所述流道2的侧面上还开设有第四密封槽13，所述第四密封槽13围绕所述流道2而设置。通过极板上开设的第四密封槽能够提高流道内部的密封效果，提高电池反应的性能。
优选地，所述第四密封槽13中还设置有第三密封条。通过第三密封条能够进一步提高对流道内部的密封效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种燃料电池的端板，其特征在于：包括：
第一端板(6)和第二端板(7)，所述第一端板(6)和所述第二端板(7)相接，所述第一端板(6)和所述第二端板(7)均为透明端板，且所述第一端板(6)与所述第二端板(7)相背的一侧面与所述燃料电池的极板(1)相接设置；
在所述第一端板(6)上、与所述第二端板(7)相对的一侧面开设有第一空腔，和/或，在所述第二端板(7)上、与所述第一端板(6)相对的一侧面开设有第二空腔(10)，所述第一端板(6)上和/或所述第二端板(7)上开设有抽气孔(11)，所述抽气孔(11)与所述第一空腔和/或所述第二空腔(10)连通，以能够通过所述抽气孔(11)对所述第一空腔和/或所述第二空腔(10)抽真空。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的端板，其特征在于：
所述抽气孔(11)从所述第二端板(7)上相背所述第一端板(6)的一侧面贯穿开设至与所述第一空腔和/或所述第二空腔(10)相连通的位置。
3.根据权利要求1所述的燃料电池的端板，其特征在于：
在所述第一端板(6)的开设所述第一空腔的侧面上还开设有第一密封槽，所述第一密封槽围绕所述第一空腔而设置；和/或，在所述第二端板(7)的开设所述第二空腔(10)的侧面上还开设有第二密封槽(71)，所述第二密封槽(71)围绕所述第二空腔(10)而设置。
4.根据权利要求3所述的燃料电池的端板，其特征在于：
所述第一密封槽中还设置有第一密封条；和/或，所述第二密封槽(71)中还设置有第二密封条。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的燃料电池的端板，其特征在于：
所述第一端板(6)的与所述极板(1)相接的一侧面上还涂覆有防雾涂层。
6.根据权利要求5所述的燃料电池的端板，其特征在于：
所述第一端板(6)的与所述极板相接的一侧面上还开设有第三密封槽(61)，所述防雾涂层涂覆在所述第三密封槽的内表面处。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的燃料电池的端板，其特征在于：
所述第一端板(6)上设置有第一进口(62)，所述第二端板(7)上设置有第二进口(72)，所述第一进口(62)与所述第二进口(72)连通，气体从所述第二进口(72)和所述第一进口(62)依次进入所述极板中；
所述第一端板(6)上设置有第一出口(63)，所述第二端板(7)上设置有第二出口(73)，所述第一出口(63)与所述第二出口(73)连通，气体从所述极板中沿所述第一出口(63)和所述第二出口(73)依次流出。
8.根据权利要求7所述的燃料电池的端板，其特征在于：
所述第一进口(62)和所述第一出口(63)均以贯穿所述第一端板(6)的两个侧面的方式而设置；所述第二进口(72)和所述第二出口(73)均以贯穿所述第二端板(7)的两个侧面的方式而设置。
9.一种燃料电池，其特征在于：包括权利要求1-8中任一项所述的燃料电池的端板，还包括极板(1)和膜电极(200)，所述膜电极(200)的两侧分别设置一个所述极板(1)，两个所述极板(1)的各自外侧分别设置一个所述端板(100)。
10.根据权利要求9所述的燃料电池，其特征在于：
所述极板(1)的与所述膜电极(200)相对的侧面上设置有至少一个凹陷的流道(2)，气体在所述流道(2)中流动并与所述膜电极(200)接触以进行反应，在两个相邻所述流道(2)之间形成凸条(12)。
11.根据权利要求10所述的燃料电池，其特征在于：
两个相邻所述凸条(12)的端部之间连接设置有加强筋(5)，所述加强筋(5)凸起的高度低于所述凸条的高度；和/或，多个所述流道(2)平行间隔设置；和/或，所述流道(2)为镂空结构。
12.根据权利要求10所述的燃料电池，其特征在于：
所述极板(1)上、位于多个所述流道(2)的共同一端设置有分流槽(3)，所述分流槽(3)与多个所述流道(2)均连通；所述极板(1)上、位于多个所述流道(2)的共同另一端设置有汇流槽(4)，所述汇流槽(4)与多个所述流道(2)均连通。
13.根据权利要求12所述的燃料电池，其特征在于：
当所述第一端板(6)上设置有第一进口(62)，所述第二端板(7)上设置有第二进口(72)时：所述第一进口(62)与所述分流槽(3)连通；
当所述第一端板(6)上设置有第一出口(63)，所述第二端板(7)上设置有第二出口(73)时：所述第一出口(63)与所述汇流槽(4)连通。
14.根据权利要求10所述的燃料电池，其特征在于：
在所述极板(1)的开设所述流道(2)的侧面上还开设有第四密封槽(13)，所述第四密封槽(13)围绕所述流道(2)而设置。
15.根据权利要求14所述的燃料电池，其特征在于：
所述第四密封槽(13)中还设置有第三密封条。
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