CN112786914A - 一种双极板及燃料电池 - Google Patents

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杨敏
张亚伟
朱星烨
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Abstract

本申请涉及燃料电池技术领域，公开了一种双极板及燃料电池，双极板包括：双极板本体，双极板本体的一侧设有沿第一方向排列的多个流道，每相邻两个流道之间具有凸起部以形成脊部，其中，脊部的延伸方向与第一方向垂直；至少一部分脊部背离流道底部的一侧表面设置有第一凹槽，第一凹槽的至少一端与脊部相邻设置的流道连通，且第一凹槽的延伸方向与第一方向之间不垂直；设置有第一凹槽的多个脊部中的至少一部分脊部背离流道底部的一侧表面设有第二凹槽，第二凹槽的延伸方向与脊部的延伸方向一致，且第二凹槽与至少一个第一凹槽连通。本申请公开的双极板能够用于解决气体扩散层脊下积水问题，从而达到改善气体扩散层脊下水传输过程的效果。

Description

一种双极板及燃料电池
技术领域
本申请涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种双极板及燃料电池。
背景技术
燃料电池的结构组成一般包括置于最内层的催化剂涂层膜，以及依次位于其两侧的阴阳极气体扩散层、双极板等。其中，气体扩散层和双极板均具有分配、传输气体和水管理的作用，即在电池运行过程中调节水气两相传输过程。
一般地，双极板由相间设置的流道和脊部构成，当电池组装时，为了降低接触电阻，气体扩散层与脊部之间需要紧密接触，因此，与流道上方的气体扩散层相比，脊部上方的气体扩散层压缩形变更大，从而会引起孔隙率降低、孔径变小，导致排水和传输能力下降，并且双极板的脊部一般设计为实心结构，对水滴有较大的粘附力，容易产生气体扩散层脊下积水问题，引起局部水淹现象。
发明内容
本发明提供了一种双极板，能够用于解决气体扩散层脊下积水问题，从而达到改善气体扩散层脊下水传输过程的效果。
为了达到上述目的，本发明提供一种双极板，包括：
双极板本体，所述双极板本体的一侧设有沿第一方向排列的多个流道，每相邻两个所述流道之间具有凸起部以形成脊部，其中，所述脊部的延伸方向与所述第一方向垂直；
至少一部分所述脊部背离所述流道底部的一侧表面设置有第一凹槽，每一对所述脊部与所述第一凹槽中，所述第一凹槽的至少一端与所述脊部相邻设置的所述流道连通，且所述第一凹槽的延伸方向与所述第一方向之间不垂直；
设置有所述第一凹槽的多个所述脊部中的至少一部分所述脊部背离所述流道底部的一侧表面设有第二凹槽，所述第二凹槽的延伸方向与所述脊部的延伸方向一致，且所述第二凹槽与至少一个所述第一凹槽连通。
上述双极板，通过在至少一部分脊部背离流道底部的一侧表面设置第一凹槽，第一凹槽与流道连通，当燃料电池内部的水由催化层传输至气体扩散层、然后通过流道内的气体对气体扩散层吹扫将水排出电池外部时，由于第一凹槽与流道连通，脊部与气体扩散层接触的表面的水可通过第一凹槽导入流道中，然后水随气流排出。同时通过设置第二凹槽，第二凹槽的延伸方向与脊部的延伸方向一致，即延伸方向与流道内气体的吹扫方向一致，第二凹槽与第一凹槽连通，不仅可使得脊部表面的水导入第二凹槽内，还可通过第二凹槽倒入第一凹槽进而倒入流道内，通过设计连续的排水通道，更利于气体扩散层脊下积水的排出。
因此，本发明提供的双极板，通过在双极板的脊部表面设计第一凹槽以及第二凹槽，利用连续的排水通道解决了气体扩散层脊下积水的问题，并且凹槽结构简单，易于加工成型。
优选地，每一个所述脊部背离所述流道底部的一侧表面均设有多个沿所述脊部的延伸方向排列的所述第一凹槽。
优选地，所述第一凹槽的两端分别与位于所述脊部两侧的所述流道连通。
优选地，每一个所述脊部背离所述流道底部的一侧表面均设有所述第二凹槽。
优选地，所述第二凹槽的两端分别与所述脊部沿其延伸方向的两个侧边连通。
优选地，所述第二凹槽的结构为直线形或蛇形。
优选地，沿所述脊部的厚度方向，所述第一凹槽的底部平面位于所述第二凹槽的底部平面与所述流道的底部平面之间。
优选地，还包括设置于所述脊部朝向所述流道的一侧表面、与所述第一凹槽一一对应连通的第三凹槽。
优选地，沿所述脊部的厚度方向，所述第一凹槽连通于所述流道的一端的底部平面位于所述第一凹槽位于所述脊部的中部的底部平面与所述流道的底部平面之间。
优选地，本发明提供一种燃料电池，包括：
催化剂涂层膜；
分别位于所述催化剂涂层膜相对的两侧的气体扩散层；
分别位于所述气体扩散层背离所述催化剂涂层膜一侧、如上述任一项所述的双极板，所述气体扩散层朝向所述双极板的一侧表面贴合于所述脊部背离所述流道底部的一侧表面；
分别位于所述双极板背离所述气体扩散层一侧的集流板；
分别位于所述集流板背离所述双极板一侧的端板。
附图说明
图1为本发明实施例中双极板的一种结构示意图；
图2为本发明实施例中双极板的一种正面示意图；
图3为本发明实施例中双极板与气体扩散层组装的结构示意图；
图4为本发明实施例中燃料电池的一种爆炸结构示意图。
图中：
10-双极板；11-流道；12-脊部；121-第一凹槽；122-第二凹槽；123-第三凹槽；20-催化剂涂层膜；30-气体扩散层；40-集流板；50-端板。
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。
可参考图4，燃料电池内部水的排出，是通过气体扩散层30中微孔的毛细压力作用或疏水性，将生成的水由催化剂涂层膜20传输至气体扩散层30，然后通过流道11内气体对气体扩散层30的吹扫将水排出至电池外部。然而，气体扩散层30与双极板10脊部12直接基础的部分不易被气体吹扫到，水很难随气体流出，从而容易产生脊下积水，造成局部水淹，导致气体扩散层30水分两相传输效率下降。
鉴于此，请参考图1、图2以及图3，本发明提供了一种双极板10，包括：
双极板本体，该双极板本体的一侧设有沿第一方向排列的多个流道11，每相邻两个流道11之间具有凸起部以形成脊部12，其中，脊部12的延伸方向与第一方向垂直；
至少一部分脊部12背离流道11底部的一侧表面设置有第一凹槽121，每一对相对应的脊部12与第一凹槽121中，上述第一凹槽121的至少一端与脊部12相邻设置的流道11连通，且第一凹槽121的延伸方向之间不垂直；
设置有上述第一凹槽121的多个脊部12中的至少一部分脊部12背离流道11底部的一侧表面设有第二凹槽122，上述第二凹槽122的延伸方向与脊部12的延伸方向一致，且第二凹槽122至少与一个第一凹槽121连通。
上述双极板10，通过在至少一部分脊部12背离流道11底部的一侧表面设置第一凹槽121，第一凹槽121与流道11连通，当燃料电池内部的水由催化层传输至气体扩散层30、然后通过流道11内的气体对气体扩散层30吹扫将水排出电池外部时，由于第一凹槽121与流道11连通，脊部12与气体扩散层30接触的表面的水可通过第一凹槽121导入流道11中，然后水随气流排出。同时通过设置第二凹槽122，第二凹槽122的延伸方向与脊部12的延伸方向一致，即延伸方向与流道11内气体的吹扫方向一致，第二凹槽122与第一凹槽121连通，不仅可使得脊部12表面的水导入第二凹槽122内，还可通过第二凹槽122倒入第一凹槽121进而倒入流道11内，通过设计连续的排水通道，更利于气体扩散层30脊下积水的排出。
因此，本发明提供的双极板10，通过在双极板10的脊部12表面设计第一凹槽121以及第二凹槽122，利用连续的排水通道解决了气体扩散层30脊下积水的问题，并且凹槽结构简单，易于加工成型，同时凹槽结构不影响脊部12对气体扩散层30的支撑作用。
在一些实施例中，本申请实施例中的双极板10的每一个脊部12背离流道11底部的一侧表面均设有多个沿脊部12的延伸方向排列的第一凹槽121，上述通过在每一个脊部12表面均设置多个第一凹槽121，可极大限度地使每一个脊部12表面的水导入第一凹槽121中，并通过流道11排出，进一步减缓局部水淹的问题。作为一种实现方式，上述每一个脊部12表面设置的第一凹槽121可均匀分布，且第一凹槽121的延伸方向可与第一方向一致。
进一步地，为保证第一凹槽121内的水尽可能多地导入至流道11中，作为一种实现方式，第一凹槽121的两端分别与位于脊部12两侧的流道11连通，即第一凹槽121内的水可通过任一端导入流道11中。
基于上述结构，在一些实施例中，本申请实施例中的双极板10的每一个脊部12背离流道11底部的一侧表面均设有第二凹槽122，上述第二凹槽122与第一凹槽121连通，气体扩散层30脊下部分的水可通过脊部12表面的毛细压力作用转移至第二凹槽122中，由于第二凹槽122与第一凹槽121连通，受气流扰动作用，第二凹槽122内的水可通过第一凹槽121倒入流道11内，从而随气流排出。
进一步地，为提高第二凹槽122与第一凹槽121构建连续的水排出通道的效果，第二凹槽122的两端分别与脊部12沿其延伸方向的两个侧边连通，即第二凹槽122的长度与脊部12的长度相同，由于第一凹槽121沿脊部12的延伸方向排列，可使得第二凹槽122与每一个第一凹槽121连通，当第一凹槽121的两端分别与流道11连通时，第二凹槽122将每一个第一凹槽121分隔为两部分，第二凹槽122内的水受气流扰动流动时，可通过各第一凹槽121分别向两端流动，从而保证最大限度的排水效果。
需要说明的是，上述第二凹槽122可以是连续的也可以是间断的结构，并且，每一个脊部12对应的第一凹槽121可以是一条或者多条并列设置，示例性的，当第二凹槽122为间断的结构设计时，可设计为单排或多排。
还需要说明的是，上述第二凹槽122的结构可以是直线形或者蛇形或者其他形状，其形状不做限定，只要保证第二凹槽122与第一凹槽121连通即可。
在一些实施例中，沿脊部12的厚度方向，第一凹槽121的底部平面位于第二凹槽122的底部平面与流道11的底部平面之间，即第一凹槽121低于第二凹槽122，当受气流扰动作用时，第二凹槽122内的水沿着脊部12的延伸方向流动，并且在第二凹槽122与第一凹槽121连通的地方流道11第一凹槽121内，在重力的作用下，使得水更好地导入第一凹槽121内，从而便于更好地排水。
需要说明的是，第二凹槽122的底部平面也可以是与第一凹槽121的底部平面处于同一水平面，此处不做赘述。
在一些实施例中，本申请实施例中的双极板10还可以包括设置于脊部12朝向流道11的一侧表面、与第一凹槽121一一对应连通的第三凹槽123，上述第三凹槽123与第一凹槽121连通，流入第一凹槽121内的水通过第三凹槽123在重力作用下可顺利导入至流道11内。
示例性的，当每一个脊部12表面设置多个第一凹槽121、与多个凹槽分别连通的第二凹槽122以及与第一凹槽121一一对应连通的第三凹槽123时，上述第一凹槽121、第二凹槽122以及第三凹槽123形成一个连续的水排出通道，可将积聚在脊部12的水先导入第二凹槽122内，在气流的吹扫作用下，第二凹槽122内的水不断导入各第一凹槽121中，受气流扰动以及重力作用，水沿着第一凹槽121以及第三凹槽123流入流道11中，然后随气流排出。
需要说明的是，上述第三凹槽123的形状可以是直线形、梯形或者蛇形，也可以是其他形状，且第三凹槽123可以是沿脊部12的厚度方向延伸，也可以是与流道11的底部平面之间呈一定角度。进一步地，第三凹槽123的另一端可以延伸至流道11的底部，以便于水在重力作用下通过第三凹槽123顺利导入流道11内。
在一些实施例中，在沿脊部12的厚度方向上，第一凹槽121连通于流道11的一端的底部平面位于其位于脊部12的中部的底部平面与流道11的底部平面之间，即上述第一凹槽121在水平面上为倾斜的状态，且靠近流道11的一端较低，该结构可便于水更好地导入流道11中。
基于同一发明思路，参考图4，本申请还可提供一种燃料电池，该燃料电池包括：
催化剂涂层膜20；
分别位于催化器涂层膜相对的两侧的气体扩散层30；
分别位于气体扩散层30背离催化剂涂层膜20一侧、如本申请中任一实施例中的双极板10，且气体扩散层30朝向双极板10的一侧表面贴合于脊部12背离流道11底部的一侧表面；
分别位于双极板10背离气体扩散层30一侧的集流板40；
分别位于集流板40背离双极板10一侧的端板50。
上述燃料电池，通过在流道11与脊部12之间设置连续的排水送到，利于气体扩散层30脊下积水的排出，减缓局部水淹问题，使得双极板10与气体扩散层30兼具良好的排水和导气功能，从而提升电池的功率密度以及使用寿命。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种双极板，其特征在于，包括：
双极板本体，所述双极板本体的一侧设有沿第一方向排列的多个流道，每相邻两个所述流道之间具有凸起部以形成脊部，其中，所述脊部的延伸方向与所述第一方向垂直；
至少一部分所述脊部背离所述流道底部的一侧表面设置有第一凹槽，每一对所述脊部与所述第一凹槽中，所述第一凹槽的至少一端与所述脊部相邻设置的所述流道连通，且所述第一凹槽的延伸方向与所述第一方向之间不垂直；
设置有所述第一凹槽的多个所述脊部中的至少一部分所述脊部背离所述流道底部的一侧表面设有第二凹槽，所述第二凹槽的延伸方向与所述脊部的延伸方向一致，且所述第二凹槽与至少一个所述第一凹槽连通。
2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，每一个所述脊部背离所述流道底部的一侧表面均设有多个沿所述脊部的延伸方向排列的所述第一凹槽。
3.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于，所述第一凹槽的两端分别与位于所述脊部两侧的所述流道连通。
4.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于，每一个所述脊部背离所述流道底部的一侧表面均设有所述第二凹槽。
5.根据权利要求4所述的双极板，其特征在于，所述第二凹槽的两端分别与所述脊部沿其延伸方向的两个侧边连通。
6.根据权利要求5所述的双极板，其特征在于，所述第二凹槽的结构为直线形或蛇形。
7.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，沿所述脊部的厚度方向，所述第一凹槽的底部平面位于所述第二凹槽的底部平面与所述流道的底部平面之间。
8.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，还包括设置于所述脊部朝向所述流道的一侧表面的、与所述第一凹槽一一对应连通的第三凹槽。
9.根据权利要求1-8任一项所述的双极板，其特征在于，沿所述脊部的厚度方向，所述第一凹槽连通于所述流道的一端的底部平面位于所述第一凹槽位于所述脊部的中部的底部平面与所述流道的底部平面之间。
10.一种燃料电池，其特征在于，包括：
催化剂涂层膜；
分别位于所述催化剂涂层膜相对的两侧的气体扩散层；
分别位于所述气体扩散层背离所述催化剂涂层膜一侧、如权利要求1-9任一项所述的双极板，所述气体扩散层朝向所述双极板的一侧表面贴合于所述脊部背离所述流道底部的一侧表面；
分别位于所述双极板背离所述气体扩散层一侧的集流板；
分别位于所述集流板背离所述双极板一侧的端板。
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