CN113903961A - 一种双极板组件及燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，公开一种双极板组件及燃料电池。其中双极板组件包括双极板和调节件，双极板包括双极板主体以及设置于双极板主体的多个流道脊，任意相邻两个流道脊之间形成输送凹槽，输送凹槽用于输送流体；调节件用于调节输送凹槽的流体流量。燃料电池包括双极板组件。本发明实现了对输送凹槽内的流体流量进行调节，从而保证多个输送凹槽内流体流量的均匀性，提高燃料电池的性能。

Description

一种双极板组件及燃料电池
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组件及燃料电池。
背景技术
燃料电池是一种将化学能转换为电能的装置，主要反应物是氢气和氧气，生成物仅有水，是一种环境友好型的装置。双极板是燃料电池的重要组成部分，双极板的两侧分别用于流通氢气和氧气。
现有技术中，双极板两侧的流道在实际应用中，不具有气体流量调节的作用，导致多个流道的气体流通量不同，致使燃料电池的电能转化效率较低，性能下降。
基于此，亟需一种双极板组件及燃料电池，以解决上述存在的问题。
发明内容
基于以上所述，本发明的一个目的在于提供一种双极板组件，实现了对输送凹槽内的气体流量进行调节，从而可以使得多个输送凹槽内的气体流量具有均一性，提高燃料电池的性能。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种双极板组件，包括双极板，所述双极板包括双极板主体以及设置于所述双极板主体的多个流道脊，任意相邻两个所述流道脊之间形成输送凹槽，所述输送凹槽用于输送流体；所述双极板组件还包括：
调节件，所述调节件用于调节所述输送凹槽的流体流量。
作为一种双极板组件的优选技术方案，所述调节件用于调节所述输送凹槽的截面积。
作为一种双极板组件的优选技术方案，所述调节件包括：
柔性外壳，所述柔性外壳具有容积可调节的容纳腔。
作为一种双极板组件的优选技术方案，所述流道脊内设置有安装缺口，所述调节件嵌设于所述安装缺口上，且所述调节件能够同时调节所述流道脊两侧的流体流量。
作为一种双极板组件的优选技术方案，所述柔性外壳呈波纹管状结构。
作为一种双极板组件的优选技术方案，所述柔性外壳具有可压缩性。
作为一种双极板组件的优选技术方案，所述调节件还包括：
介质流通槽，设置于所述流道脊内部，所述介质流通槽用于连通所述容纳腔，且用于向所述容纳腔内输送调节流体介质。
作为一种双极板组件的优选技术方案，还包括压力传感器，用于检测所述介质流通槽内的流体介质的压力。
作为一种双极板组件的优选技术方案，还包括气体流量传感器，所述气体流量传感器用于检测所述输送凹槽内流体的流量。
本发明的另一个目的在于提供一种燃料电池，提高了燃料电池的性能。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种燃料电池，包括以上任一方案所述的双极板组件。
本发明的有益效果为：
本发明提供一种双极板组件，双极板包括双极板主体以及设置于双极板主体的多个流道脊，任意相邻两个流道脊之间形成输送凹槽，通过调节件调节反应气体的输送凹槽的流体流量，实现双极板各个反应气体的输送凹槽内流体流量的均匀性。本发明实现了对单个输送凹槽内的流体流量的高精度、个性化调节，并通过反馈控制手段，实现流体流量的实时、动态调节控制，从而保证多个输送凹槽内流体流量的均匀性，提高燃料电池的性能。
本发明还提供一种燃料电池，包括双极板组件，通过采用上述的双极板组件，提高了燃料电池的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具体实施方式提供的双极板主体的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式提供的双极板主体的部分结构示意图；
图3是本发明具体实施方式提供的反馈控制原理的流程图。
图中标记如下：
1、双极板主体；11、输送凹槽；12、流道脊；121、介质流通槽；2、调节件；21、柔性外壳；22、容纳腔。
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”、“左”、“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。
实施例一
现有技术中，由于双极板两侧的流道不具有气体流量调节的功能，导致各个流道的气体流量不同，致使燃料电池的性能较差。
为解决上述问题，如图1和图2所示，本实施例提供一种双极板组件，双极板组件包括双极板和调节件2，双极板包括双极板主体1以及设置于双极板主体1的多个流道脊12，任意相邻两个流道脊12之间形成输送凹槽11，输送凹槽11用于输送气体；调节件2用于调节输送凹槽11的流体流量。本实施例中流体为反应气体。
具体地，双极板组件在使用时，双极板组件需要配合膜电极进行使用，膜电极覆盖在双极板主体1上，膜电极与输送凹槽11之间形成气体通道，反应气体通过气体通道进行输送。在实际应用中，双极板主体1通过调节件2调节输送凹槽11的流体流量，实现多个输送凹槽11内流体流量的均匀性。
本实施例实现了对单个输送凹槽11内的流体流量的高精度、个性化调节，从而保证多个输送凹槽内流体流量的均匀性，提高燃料电池的性能。
进一步地，调节件2用于调节输送凹槽11的截面积。例如，当某一输送凹槽11内的流体流量较大时，调节件2减小输送凹槽11的截面积，进而减小流体的流量值；当某一输送凹槽11内的流体流量较小时，调节件2增加输送凹槽11的截面积，进而增大流体的流量值。
需要说明的是，至少部分流道脊12上设置有调节件2。其中，设置调节件2的数量以及位置根据生产需求而决定。当然，也可以各个流道脊12均设有调节件2。
进一步地，调节件2包括柔性外壳21，柔性外壳21具有容积可调节的容纳腔22，在调节的过程中，柔性外壳21至少部分位于输送凹槽11，通过调节容纳腔22的大小，进而实现柔性外壳21沿流道脊12的厚度方向膨胀和收缩，以调节输送凹槽11的流通截面积的大小。
本实施例中，调节件2还包括介质流通槽121，介质流通槽121设置于流道脊12内部，介质流通槽121用于连通容纳腔22，且用于向容纳腔22输送调节流体介质。膜电极覆盖后，膜电极与介质流通槽121之间形成介质通道，介质通道连通于调节件2的容纳腔22，调节流体介质能够经介质通道进入调节件2的容纳腔22内，通过调节调节流体介质的进入量，以调节柔性外壳21的形变量。本实施例中，调节流体介质可以为气体或液体，均能够调节柔性外壳21的膨胀量。
流道脊12设置有安装缺口，安装缺口分别与流道脊12两侧的两个输送凹槽11连通，调节件2嵌设于安装缺口，且调节件2能够同时调节流道脊12两侧的两个输送凹槽11的流体流量。其中，调节件2的两端密封连接于安装缺口的两端，密封连接的方式可以为焊接连接，且容纳腔22连通于介质通道。双极板主体在加工后，工作人员可根据需要在相应的流道脊12上加工安装缺口以及介质流通槽121，然后将调节件2安装于安装缺口内，最后覆盖膜电极。
进一步地，调节件2的柔性外壳21呈波纹管状结构。当然，柔性外壳21亦可为光滑的曲面或平面或其他具有可压缩性的结构，当向容纳腔22内输入调节流体介质时，波纹管状的柔性外壳21相比于曲面或平面的柔性外壳21能够在长度一定的情况下增大调节容积。在其他实施例中，柔性外壳21还可以为金属弹片，通过调节调节流体介质的通入量，实现金属弹片的形变。
进一步地，双极板组件还包括压力传感器，压力传感器设置于介质流通槽121内，用于检测介质流通槽121内的介质压力。通过实验验证，能够测算出介质压力与调节件2的柔性壳体的膨胀量之间的关系，所以可通过调节流体介质的压力精准控制调节件2的膨胀量的大小，提高输送凹槽11的流通截面积的调节精度。
为了获取气体通道内的气体流量信息，双极板组件还包括气体流量传感器，气体流量传感器设置于输送凹槽11内，用于检测输送凹槽11内气体的流量值。其中，还可以根据各个输送凹槽11内的流量值大小，计算调节件2内调节流体介质的压力值变化范围，实现准确可控的调控。
进一步地，如图3所示，利用反馈控制原理，通过气体流量传感器实时监控输送凹槽11内气体的流量值，当输送凹槽11内气体的流量值小于预设流量值时，减小调节流体介质的压力，进而增加输送凹槽11的截面积，增加流体流量；当输送凹槽11内气体的流量值大于预设流量值时，增加调节流体介质的压力，进而减小输送凹槽11的截面积，减小流体流量，个性化、实时的、动态调节调节件2的柔性外壳21内的压力值，进一步提高调节精度，实现多个输送凹槽11内的气体流量的均匀化。
本实施例中，输送凹槽11至少一部分呈波浪形。当气体在输送凹槽11内流通时，增加气体与双极板主体1之间的接触面积，进而增加了反应效率，提高电能转化效率。
需要说明的是，调节件2设置于流道脊12靠近气体入口一端，直接调节输送凹槽11入口处的气体流量，进而提高调节效果。
进一步地，当相邻流道脊12上均设置有调节件2时，调节件2并排设置。在调节时，两个调节件2能够同时作用于一个气体通道，所以每个调节件2仅需微量形变，便能够达到较好的调节效果，由于调节件2的形变量需求变小，进而减小了调节件2内的介质压力，以提高调节件2的使用寿命。当然，在其他实施例中，当相邻流道脊12上均设置有调节件2时，调节件2也可以错位分布，本实施例不作限制。
进一步地，调节件2的柔性壳体采用橡胶、塑料等材料，或者其他有弹性可形变的材料。
实施例二
本实施例还提供一种燃料电池，包括上述的双极板组件。燃料电池还包括膜电极，双极板组件包括双极板主体1，膜电极覆盖于双极板主体1。由于包括前文的双极板组件，因而具备实施例一中任一项的优点，实现了对气体通道内的气体流量进行调节，从而保证多个气体通道内气体流动量的均匀性，使气体充分反应，提高燃料电池的性能。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域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。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种双极板组件，包括双极板，所述双极板包括双极板主体(1)以及设置于所述双极板主体(1)的多个流道脊(12)，任意相邻两个所述流道脊(12)之间形成输送凹槽(11)，所述输送凹槽(11)用于输送流体；其特征在于，所述双极板组件还包括：
调节件(2)，所述调节件(2)用于调节所述输送凹槽(11)的流体流量。
2.根据权利要求1所述的双极板组件，其特征在于，所述调节件(2)用于调节所述输送凹槽(11)的截面积。
3.根据权利要求1所述的双极板组件，其特征在于，所述调节件(2)包括：
柔性外壳(21)，所述柔性外壳(21)具有容积可调节的容纳腔(22)。
4.根据权利要求3所述的双极板组件，其特征在于，所述流道脊(12)上设置有安装缺口，所述调节件(2)嵌设于所述安装缺口上，且所述调节件(2)能够同时调节所述流道脊(12)两侧的流体流量。
5.根据权利要求3所述的双极板组件，其特征在于，所述柔性外壳(21)呈波纹管状结构。
6.根据权利要求3所述的双极板组件，其特征在于，所述柔性外壳(21)具有可压缩性。
7.根据权利要求3所述的双极板组件，其特征在于，所述调节件(2)还包括：
介质流通槽(121)，设置于所述流道脊(12)内部，所述介质流通槽(121)用于连通所述容纳腔(22)，且用于向所述容纳腔(22)输送调节流体介质。
8.根据权利要求7所述的双极板组件，其特征在于，还包括压力传感器，用于检测所述介质流通槽(121)内的调节流体介质的压力。
9.根据权利要求1所述的双极板组件，其特征在于，还包括气体流量传感器，所述气体流量传感器用于检测所述输送凹槽(11)内流体的流量。
10.一种燃料电池，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的双极板组件。
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