CN113659166B - 双极板和电池堆 - Google Patents

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Abstract

本发明属于燃料电池技术领域，公开了一种双极板和电池堆，双极板包括双极板本体和多个脊部，脊部沿第一方向延伸，多个脊部沿与第一方向正交的第二方向上间隔地配置，相邻两个脊部之间设有流道，其中：脊部设有顶端面，顶端面用于接触膜电极，顶端面设有沿第一方向延伸的第一槽以及在第一方向上间隔配置的多个第二槽，第二槽沿与第一方向呈锐角的第三方向延伸，第二槽的两端分别连接所述流道与第一槽。脊部的顶端面与膜电极接触，气体在顶端面的第一槽流动时与膜电极发生渗透，反应生成的水一部分可以通过第一槽排出，另一部分能够通过第二槽流向流道以进行排水并随反应尾气一同排出，从而避免积存水。

Description

双极板和电池堆
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种双极板和电池堆。
背景技术
质子交换膜燃料电池是新能源汽车主要技术路线之一，燃料电池是一种电能转换装置，燃料电池双极板是燃料电池的关键部件，主要是阳极流场板和阴极流场板夹持膜电极(MEA)得到燃料电池单体结构。阳极板和阴极板组合在一起成为双极板。双极板为燃料电池提供燃料和氧化剂，反应生成电，同时将反应生成的水排出，产生的热量导出。
双极板流场结构中一般包括气体输送的通道和用于接触膜电极的脊部，反应气体向膜电极中的气体扩散层和催化层渗透和扩散，但是双极板支撑的脊部由于受到两侧的压力，脊部与膜电极接触部位的气体扩散层压实程度较高，气体渗透和扩散困难，反应产生的水容易积存不易排出，发生“水淹”现象，影响电池的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双极板和电池堆，以解决现有双极板中的脊部与膜电极接触部位的气体扩散层压实程度较高，气体渗透和扩散困难，反应产生的水容易积存不易排出，发生“水淹”现象，影响电池的性能的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，提供一种双极板，包括双极板本体和多个脊部，所述脊部设置在所述双极板本体的第一表面并沿第一方向延伸，多个所述脊部沿与所述第一方向正交的第二方向上间隔地配置，相邻两个所述脊部之间设有流道，其中：
所述脊部设有远离所述第一表面的顶端面，所述顶端面用于接触膜电极，所述顶端面设有沿所述第一方向延伸的第一槽以及在所述第一方向上间隔配置的多个第二槽，所述第二槽沿与所述第一方向呈锐角的第三方向延伸，所述第二槽的两端分别连接所述流道与所述第一槽。
脊部的顶端面与膜电极接触，气体在顶端面的第一槽流动时与膜电极发生渗透，反应生成的水一部分可以通过第一槽排出，另一部分能够通过第二槽流向流道以进行排水并随反应尾气一同排出，从而避免积存水。
作为优选，所述顶端面设有沿第一方向延伸的斜面，各所述第二槽至少部分设置在所述斜面以下，且所述斜面靠近所述第一槽的一侧距离所述第一表面的高度比靠近其相邻的所述流道的一侧距离所述第一表面的高度大。
斜面与膜电极之间形成夹角，使一部分生成的水更容易地流向流道。
作为优选，所述第二槽的槽底与所述第一表面之间倾斜布置，且所述第二槽的槽底连接所述第一槽的一端与所述第一表面的间距大于所述第二槽的槽底连接所述流道的一端与所述第一表面的间距。
第二槽的槽底具有坡度，且越靠近流道，距离第一表面越近，在第二槽中聚集的水能够快速流向流道中。
作为优选，所述第二槽连接所述第一槽的一端连接在所述第一槽的槽底。
第一槽内有聚集的水后能够快速通过第二槽流出。
作为优选，所述流道设置为直线型或蛇型，所述第一槽设置为直线型或蛇型。
流道的形状不限于直线型或蛇型，第一槽的形状不限于直线型或蛇型。
作为优选，各所述顶端面的同一侧设有所述第二槽。
使得每一条流道中，仅会接收其一侧的第二槽的水。
作为优选，各所述顶端面的两侧均设有所述第二槽。
使得每一条流道中，仅会接收其两侧的第二槽的水。
作为优选，所述流道的深度范围在0.2mm-0.5mm，所述流道的宽度范围在0.3mm-1mm，所述脊部的宽度范围在0.3mm-1mm，所述第一槽的槽深不大于所述流道的深度的一半，所述第一槽的槽宽不大于所述流道的宽度的一半，所述第二槽的槽宽不大于所述第一槽的槽宽的一半。
流道、第一槽和第二槽的深度和宽度分别在上述范围内时，在加工难度、反应效率和排水效率能够达到较好的平衡。
第二方面，提供一种电池堆，包括膜电极以及两个如上述的双极板，两个所述双极板相互粘接，所述膜电极夹设在两个所述双极板之间，且所述膜电极与所述顶端面形成面接触。
电池堆采用上述双极板，脊部的顶端面与膜电极接触，气体在顶端面的第一槽流动时与膜电极发生渗透，反应生成的水一部分可以通过第一槽排出，另一部分能够通过第二槽流向流道以进行排水并随反应尾气一同排出，从而避免积存水。
作为优选，其中一个所述双极板设有第一胶槽，另一所述双极板设有与所述第一胶槽对置的第二胶槽，所述第一胶槽中设有凸起结构，所述凸起结构能够伸入相对置的所述第二胶槽中；
相互对置的所述第一胶槽和所述第二胶槽中，所述第一胶槽的至少部分与所述凸起结构相互间隔，所述第二胶槽的槽侧壁至少部分与所述凸起结构相互间隔。
第一胶槽和第二胶槽内能够填充胶水，凸起结构从第一胶槽伸入第二胶槽中，并且，凸起结构与第一胶槽、第二胶槽均间隔布置，从而凸起结构能够受到第一胶槽和第二胶槽内的胶水固定作用。
本发明的有益效果：
对于双极板，脊部的顶端面与膜电极接触，气体在顶端面的第一槽流动时与膜电极发生渗透，反应生成的水一部分可以通过第一槽排出，另一部分能够通过第二槽流向流道以进行排水并随反应尾气一同排出，从而避免积存水。
对于电池堆，采用上述双极板，脊部的顶端面与膜电极接触，气体在顶端面的第一槽流动时与膜电极发生渗透，反应生成的水一部分可以通过第一槽排出，另一部分能够通过第二槽流向流道以进行排水并随反应尾气一同排出，从而避免积存水。
附图说明
图1是本申请实施例一提供的双极板的结构示意图；
图2是图1中A圈处的放大图；
图3是本申请实施例一的双极板的部分区域的俯视图；
图4是本申请实施例二提供的双极板的部分结构示意图；
图5是本申请实施例三提供的电池堆的两个双极板粘接处的结构示意图。
图中：
1-双极板本体；100-第一表面；
2-脊部；200-顶端面；21-流道；201-第一槽；202-第二槽；203-斜面；
31-第一胶槽；311-凸起结构；32-第二胶槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
本发明提供一种双极板，如图1-图3所示，需要说明的是，X轴方向为双极板的长度方向，Y轴方向为双极板的宽度方向，Z轴方向为双极板的高度方向，双极板包括流场区域以及位于流场区域左侧的流场入口和位于流场区域右侧的流场出口，可以理解为，气体从流场入口、经过流场区域后再从流场出口流出。
双极板包括双极板本体1和多个脊部2，双极板本体1呈矩形板状结构，多个脊部2沿X轴方向延伸，在本申请实施例中，X轴方向为双极板本体1的长度方向，多个脊部2沿Y轴方向间隔配置，Y轴方向为双极板本体1的宽度方向，需要说明的是，在本申请实施例中，任意相邻两个脊部2的间距相同，相邻两个脊部2之间设有流道21。
进一步，脊部2设有远离第一表面100的顶端面200，顶端面200用于接触膜电极，顶端面200设有沿X轴方向延伸的第一槽201以及在X轴方向上间隔配置的多个第二槽202，第二槽202沿与X轴方向呈锐角的第三方向延伸，第二槽202的两端分别连接流道21与第一槽201。
脊部2的顶端面200与膜电极接触，气体在顶端面200的第一槽201流动时与膜电极发生渗透，反应生成的水一部分可以通过第一槽201排出，另一部分能够通过第二槽流202向流道21以进行排水并随反应尾气一同排出，从而避免积存水。
进一步，第二槽202的槽底与第一表面100之间倾斜布置，且第二槽202的槽底连接第一槽201的一端与第一表面100的间距大于第二端202的槽底连接流道21的一端与第一表面200的间距。
第二槽202的槽底具有坡度，且越靠近流道21，距离第一表面100越近，在第二槽202中聚集的水能够快速流向流道21中。
进一步，第二槽202连接第一槽201的一端连接在第一槽201的槽底。
第一槽201内有聚集的水后能够快速通过第二槽202流出。
需要说明的是，流道21的形状不限于直线型或蛇型，第一槽201的形状不限于直线型或蛇型。例如流道21可设置为直线型，第一槽201可设置为直线型，或流道21设置为蛇型，第一槽201也设置为蛇型，或流道21设置为直线型，第一槽201设置为蛇型，或流道21设置为蛇型，第一次201设置为直线型。
进一步，各顶端面200的同一侧设有第二槽202。如图2所示，各顶端面200的右侧设有第二槽202。
使得每一条流道21中，仅会接收其一侧的第二槽202的水。
作为优选，各顶端面200的两侧均设有第二槽202。
使得每一条流道21中，仅会接收其两侧的第二槽202的水。
作为优选，流道21的深度范围在0.2mm-0.5mm，流道21的宽度范围在0.3mm-1mm，脊部2的宽度范围在0.3mm-1mm，第一槽201的槽深不大于流道21的深度的一半，第一槽201的槽宽不大于流道21的宽度的一半，第二槽202的槽宽不大于第一槽201的槽宽的一半。
流道21、第一槽201和第二槽202的深度和宽度分别在上述范围内时，在加工难度、反应效率和排水效率能够达到较好的平衡。
本实施例提供的双极板，脊部2的顶端面200与膜电极接触，气体在顶端面200的第一槽201流动时与膜电极发生渗透，反应生成的水一部分可以通过第一槽201排出，另一部分能够通过第二槽202流向流道21以进行排水并随反应尾气一同排出，从而避免积存水。
实施例二：
图4是实施例二提供的双极板的部分结构示意图，本实施例与实施例一的双极板的结构大致相同，其区别在于，如图4，顶端面200设有沿X轴方向延伸的斜面203，各个第二槽202至少部分设置在斜面203以下，且斜面203靠近第一槽201的一侧距离第一表面100的高度比靠近其相邻的流道21的一侧距离第一表面100的高度大。
斜面203与膜电极之间形成夹角，使一部分生成的水更容易地流向流道21。
实施例三：
实施例三提供一种电池堆，包括膜电极和实施例一或实施例二提供的双极板，两个双极板沿Z轴方向相互粘接，膜电极夹设在两个双极板之间，且膜电极与双极板的顶端面200形成面接触。
具体地，膜电极位于两个双极板的流畅区域之间。
如图5所示，电池堆的其中一个双极板在流场区域的两侧还设有第一胶槽31，另一个双极板设有与第一胶槽31对置的第二胶槽32，其中，第一胶槽31中设有凸起结构311，凸起结构311能够伸入相对置的第二胶槽32中。相互对置的第一胶槽31和第二胶槽32中，第一胶槽31的至少部分与凸起结构311相互间隔，第二胶槽32的槽侧壁至少部分与凸起结构311相互间隔。
在本申请实施例中，第一胶槽31和第二胶槽32的深度不同，第一胶槽31的深度大于第二胶槽32的深度。
第一胶槽31和第二胶槽32内能够填充胶水，凸起结构311从第一胶槽31伸入第二胶槽32中，并且，凸起结构311与第一胶槽31、第二胶槽32均间隔布置，从而凸起结构311能够受到第一胶槽31和第二胶槽32内的胶水固定作用。
本实施例提供的电池堆，采用实施例一中的双极板，脊部2的顶端面200与膜电极接触，气体在顶端面200的第一槽201流动时与膜电极发生渗透，反应生成的水一部分可以通过第一槽201排出，另一部分能够通过第二槽202流向流道21以进行排水并随反应尾气一同排出，从而避免积存水。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双极板，其特征在于，包括双极板本体(1)和多个脊部(2)，所述脊部(2)设置在所述双极板本体(1)的第一表面(100)并沿第一方向延伸，多个所述脊部(2)沿与所述第一方向正交的第二方向上间隔地配置，相邻两个所述脊部(2)之间设有流道(21)，其中：
所述脊部(2)设有远离所述第一表面(100)的顶端面(200)，所述顶端面(200)用于接触膜电极，所述顶端面(200)设有沿所述第一方向延伸的第一槽(201)以及在所述第一方向上间隔配置的多个第二槽(202)，所述第二槽(202)沿与所述第一方向呈锐角的第三方向延伸，所述第二槽(202)的两端分别连接所述流道(21)与所述第一槽(201)；
所述顶端面(200)设有沿第一方向延伸的斜面(203)，各所述第二槽(202)至少部分设置在所述斜面(203)以下，且所述斜面(203)靠近所述第一槽(201)的一侧距离所述第一表面(100)的高度比靠近其相邻的所述流道(21)的一侧距离所述第一表面(100)的高度大。
2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述第二槽(202)的槽底与所述第一表面(100)之间倾斜布置，且所述第二槽(202)的槽底连接所述第一槽(201)的一端与所述第一表面(100)的间距大于所述第二槽(202)的槽底连接所述流道(21)的一端与所述第一表面(100)的间距。
3.根据权利要求1或2所述的双极板，其特征在于，所述第二槽(202)连接所述第一槽(201)的一端连接在所述第一槽(201)的槽底。
4.根据权利要求3所述的双极板，其特征在于，所述流道(21)设置为直线型或蛇型，所述第一槽(201)设置为直线型或蛇型。
5.根据权利要求4所述的双极板，其特征在于，各所述顶端面(200)的同一侧设有所述第二槽(202)。
6.根据权利要求4所述的双极板，其特征在于，各所述顶端面(200)的两侧均设有所述第二槽(202)。
7.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述流道(21)的深度范围在0.2mm-0.5mm，所述流道(21)的宽度范围在0.3mm-1mm，所述脊部(2)的宽度范围在0.3mm-1mm，所述第一槽(201)的槽深不大于所述流道(21)的深度的一半，所述第一槽(201)的槽宽不大于所述流道(21)的宽度的一半，所述第二槽(202)的槽宽不大于所述第一槽(201)的槽宽的一半。
8.一种电池堆，其特征在于，包括膜电极以及两个如权利要求1-7任一项所述的双极板，两个所述双极板相互粘接，所述膜电极夹设在两个所述双极板之间，且所述膜电极与所述顶端面(200)形成面接触。
9.根据权利要求8所述的电池堆，其特征在于，其中一个所述双极板设有第一胶槽(31)，另一所述双极板设有与所述第一胶槽(31)对置的第二胶槽(32)，所述第一胶槽(31)中设有凸起结构(311)，所述凸起结构(311)能够伸入相对置的所述第二胶槽(32)中；
相互对置的所述第一胶槽(31)和所述第二胶槽(32)中，所述第一胶槽(31)的至少部分与所述凸起结构(311)相互间隔，所述第二胶槽(32)的槽侧壁至少部分与所述凸起结构(311)相互间隔。
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