CN114678558B - 一种燃料电池双极板及具有其的燃料电池电堆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃料电池双极板及具有其的燃料电池电堆，双极板包括阳极板和阴极板，阳极板和阴极板叠置在一起；阳极板的正面形成有依次连通的燃料进口、阳极反应区和燃料出口，阳极反应区形成有阳极反应流道且阳极反应流道呈S型；阴极板的正面形成有依次连通的氧化剂进口、分流过渡区、阴极主反应区、汇流过渡区和氧化剂出口，阴极主反应区形成有阴极主反应流道；分流过渡区的分流流道与阴极主反应流道呈Z字型；汇流过渡区的汇流流道与阴极主反应流道呈Z字型；结构简单，可成型性高，流道设计合理，降低了流动阻力，提高了流量分配的均匀性，反应生成的水可及时排出，电池功率输出稳定；定位孔设置加强筋，定位孔不易变形，保证定位准确。

Description

一种燃料电池双极板及具有其的燃料电池电堆

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池双极板及具有其的燃料电池电堆。

背景技术

燃料电池主要由阳极板、阴极板和膜电极组成；阳极板表面形成有燃料流道，阴极板表面形成有氧化剂流道，阳极板和阴极板之间形成有冷却流道；膜电极由催化剂层、扩散层和质子交换膜组成，阳极反应物通过燃料入口进入阳极反应区，再经过扩散层到达催化剂层，经过催化变成离子，离子再通过质子交换膜传导到阴极反应区形成电流。流道的结构直接影响燃料电池的输出性能，合理的结构能够将反应物以最优方式分配至反应区；现有技术中，由于阳极板和阴极板的流道设计不合理，导致反应物的流量分配不均、反应生成的水不能及时排出、电池功率输出不稳定和使用寿命短。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种燃料电池双极板，以解决现有技术中双极板的流道设计不合理导致反应物的流量分配不均和电池功率输出不稳定等问题。

本发明提供一种燃料电池双极板，所述燃料电池双极板包括阳极板和阴极板，所述阳极板和阴极板叠置在一起；

所述阳极板设有燃料进口、燃料出口以及位于所述燃料进口、燃料出口之间的阳极反应区，所述阳极反应区形成有阳极反应流道，所述阳极反应流道的两端分别与燃料进口、燃料出口连通，且所述阳极反应流道为蛇形流道；

所述阴极板设有氧化剂进口、氧化剂出口以及位于所述氧化剂进口、氧化剂出口之间的阴极反应区，所述阴极反应区包括阴极主反应区、分流过渡区和汇流过渡区，所述阴极主反应区形成于所述阴极板的主体部分处，所述分流过渡区形成于所述氧化剂进口与阴极主反应区之间，所述汇流过渡区形成于所述阴极主反应区出口与氧化剂出口之间；

所述阴极主反应区形成有多个阴极主反应流道，多个所述阴极主反应流道为并行排列的平直流道；所述分流过渡区和汇流过渡区在所述平直流道两侧分别形成多个并行排列的蛇形流道，且所述分流过渡区的蛇形流道出口与所述阴极主反应区的阴极主反应流道入口连通，所述汇流过渡区的蛇形流道入口与所述阴极主反应区的阴极主反应流道出口连通。

进一步可选地，沿所述阳极板的长度方向，所述燃料进口和燃料出口分别设置在所述阳极板的正面的两端，每个所述阳极反应流道包括依次连通的第一阳极反应流道、第二阳极反应流道、第三阳反应极流道、第四阳极反应流道和第五阳极反应流道；

所述第一阳极反应流道、第三阳极反应流道和第五阳极反应流道均沿所述阳极板的长度方向延伸，所述第二阳极反应流道和第四阳极反应流道均沿所述阳极板的宽度方向延伸。

进一步可选地，所述分流过渡区的蛇形流道数量大于所述阴极主反应流道的数量，所述阴极主反应流道的数量大于所述汇流过渡区的蛇形流道数量。

进一步可选地，所述分流过渡区的蛇形流道包括多个第一分流流道和多个第二分流流道，所述氧化剂进口、第一分流流道、第二分流流道和阴极主反应流道依次连通，且所述第一分流流道、第二分流流道和阴极主反应流道呈Z字型；和/或，

所述汇流过渡区的蛇形流道包括多个第一汇流流道和多个第二汇流流道，所述阴极主反应流道、第二汇流流道、第一汇流流道和氧化剂出口依次连通，所述阴极主反应流道、第二汇流流道、第一汇流流道呈Z字型。

进一步可选地，所述第一分流流道的数量、第二分流流道的数量和阴极主反应区流道的数量分别为a、b、c，其中a＜b＜c。

进一步可选地，4a＝2b＝c。

进一步可选地，所述第一分流流道与第二分流流道相互垂直，所述第二分流流道与阴极主反应流道相互垂直；

多个所述第一分流流道相互平行，多个所述第二分流流道相互平行，多个所述阴极主反应流道相互平行。

进一步可选地，所述阴极主反应流道的数量为c、第二汇流流道的数量为d和第一汇流流道的数量分别为e，其中c＞d＞e。

进一步可选地，c＝2d＝4e。

进一步可选地，所述阴极主反应流道与第二汇流流道相互垂直，所述第二汇流流道与第一汇流流道相互垂直；

多个所述第一汇流流道相互平行，多个所述第二汇流流道相互平行，多个所述反应流道相互平行。

进一步可选地，相邻的两个所述阳极反应流道通过阳极凸筋隔开，所述阳极凸筋朝向所述阳极板的背面形成有阳极冷却槽；

相邻的两个所述第一分流流道、相邻的两个所述第二分流流道、相邻的两个所述阴极主反应流道、相邻的两个所述第二汇流流道、相邻的两个所述第一分流流道均通过阴极凸筋隔开，所述阴极凸筋朝向所述阴极板的背面形成有阴极冷却槽；

所述阳极板和阴极板叠置在一起时，所述阳极冷却槽和阴极冷却槽形成冷却流道。

进一步可选地，所述阳极板形成有阳极定位孔，对应地，所述阴极板形成有阴极定位孔，所述阳极定位孔的内壁和阴极定位孔的内壁均设置有加强筋。

进一步可选地，所述双极板还包括密封圈；所述阳极板和阴极板叠置在一起时，所述阳极板的背面和阴极板的背面相对，所述阳极反应区形成在所述阳极板的正面，所述阴极反应区形成在所述阴极板的正面；所述阳极板的正面在所述燃料进口和燃料出口均形成有第一阳极限位结构，所述阳极板的正面在所述阳极板的边缘的内侧形成有第二阳极限位结构，所述密封圈设置在所述第一阳极限位结构和第二阳极限位结构之间；和/或，

所述阴极板的正面在所述氧化剂进口和氧化剂出口均形成有第一阴极限位结构，所述阴极板的正面在所述阴极板的边缘的内侧形成有第二阴极限位结构，所述密封圈设置在所述第一阴极限位结构和第二阴极限位结构之间。

本发明还提供一种燃料电池电堆，包括由上至下依次设置的上端板、电极和下端板，所述电极包括多个上述任一项所述的燃料电池双极板和多个膜电极组件，多个所述双极板与多个所述膜电极组件交错叠压设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要在于：

(1)阳极反应流道为蛇形流道，阴极主反应流道为并行排列的平直流道，分流过渡区和汇流过渡区分别形成多个并行排列的蛇形流道，流道设计合理，降低了流动阻力，反应物供应充足，反应生成的水可及时排出；

(2)阳极反应流道呈S型，第一分流流道、第二分流流道和阴极主反应流道呈Z字型，阴极主反应流道、第二汇流流道、第一汇流流道呈Z字型；流动阻力小，流动顺畅，提高了流量分配的均匀性，保证了反应物供应充足，反应生成的水可及时排出；有利于反应物在相邻的流道之间扩散和温度传导，使得反应物的浓度和温度保持均匀；电池功率输出稳定，提高了电池性能，延长了使用寿命；

(3)双极板结构简单，加工难度低，可成型性高，有利于实现大批量生产，组装后的电堆可适用于备用电源或大中功率的燃料电池系统；阳极反应流道长度适中，平衡流道内气体压降，使气体分配更加均匀；解决阳极反应流道的尾部反应气体不足的问题；阴极板采用分流过渡区、阴极主反应区和汇流过渡区相结合的方式，在分流过渡区通过两次递增分流，使得进入的氧化剂分配更加均匀；在汇流过渡区通过两次递减汇集，使得排出氧化剂和反应生成物更加迅速；

(4)第一分流流道、第二分流流道和阴极主反应流道依次连通，使得氧化剂进入阴极主反应流道时逐渐分流，流量分配均匀，避免出现氧化剂的流量分配不均的问题；阴极主反应流道、第二汇流流道和第一汇流流道依次连通，使得氧化剂和反应生成物由阴极主反应流道排出时逐渐汇集，提高了排出速度；

(5)阳极凸筋朝向阳极板的背面形成有阳极冷却槽，阴极凸筋朝向阴极板的背面形成有阴极冷却槽，阳极板和阴极板叠合在一起时，阳极冷却槽和阴极冷却槽形成冷却流道，冷却液流经冷却流道时，可与两极板充分接触，提高了热交换面积和热交换效率，及时带走反应产生的热量，不会出现局部热量过高；

(6)阳极定位孔的内壁和阴极定位孔的内壁均设置有加强筋，增强了定位孔的强度，定位孔不易变形，保证定位准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1a和1b为本发明提供的阳极板实施例结构示意图；

图2a和2b为本发明提供的阴极板实施例结构示意图；

图3为本发明提供的阳极反应流道的横截面(与阳极板的长度方向垂直)实施例结构示意图；

图4a和4b为本发明提供的阳极板和阴极板装配在一起的实施例结构示意图；

图5为本发明提供的燃料电池电堆实施例结构示意图；

图中：

1-阳极板；11-燃料进口；12-阳极反应区；131-第一阳极流道；132-第二阳极流道；133-第三阳极流道；134-第四阳极流道；135-第五流道；14-燃料出口；15-阳极定位孔；151-阳极加强筋；161-第一阳极限位结构；162-第二阳极限位结构；171-阳极凸筋；172-阳极冷却槽；181-阳极冷却剂液进口；182-阳极冷却剂液出口；19-阳极电压巡检孔；

2-阴极板；21-氧化剂进口；22-分流过渡区；221-第一分流流道；222-第二分流流道；23-阴极主反应区；231-阴极主反应流道；24-汇流过渡区；241-第一汇流流道；242-第二汇流流道；25-氧化剂出口；26-阴极定位孔；261-阴极加强筋；271-第一阴极限位结构；272-第二阴极限位结构；28-阴极冷却槽；291-阴极冷却剂液进口；292-阴极冷却剂液出口；210-阴极电压巡检孔；

3-冷却流道；4-电堆；41-上端板；411-电堆空气进口；412-电堆氢气出口；413-电堆冷却液进口；414-电堆空气出口；415-电堆氢气进口；416-电堆冷却液出口；42-下端板；43-螺栓。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

流道的结构直接影响燃料电池的输出性能，合理的结构能够将反应物以最优方式分配至反应区；现有的燃料电池中，由于阳极板和阴极板的流道设计不合理，导致反应物的流量分配不均、反应生成的水不能及时排出、电池功率输出不稳定和使用寿命短。

本发明创造性地提供一种燃料电池双极板，其包括阳极板和阴极板，阳极板和阴极板叠置在一起；阳极板设有燃料进口、燃料出口以及位于燃料进口、燃料出口之间的阳极反应区，阳极反应区形成有阳极反应流道，阳极反应流道的两端分别与燃料进口、燃料出口连通，且阳极反应流道为蛇形流道；阴极板设有氧化剂进口、氧化剂出口以及位于氧化剂进口、氧化剂出口之间的阴极反应区，阴极反应区包括依次设置的分流过渡区、阴极主反应区和汇流过渡区；阴极主反应区流道形成多个阴极主反应流道且为并行排列的平直流道，分流过渡区和汇流过渡区在平直流道两侧分别形成多个并行排列的蛇形流道，且且分流过渡区的蛇形流道出口与阴极主反应区的阴极主反应流道入口连通，汇流过渡区的蛇形流道入口与阴极主反应区的阴极主反应流道出口连通；

本实施例流道设计合理，降低了流动阻力，保证了反应物供应充足，反应生成的水可及时排出，使得反应物的浓度和温度保持均匀；电池功率输出稳定，延长了使用寿命。

下面结合附图说明本发明的具体实施例。

<整体结构>

如图1a、图1b、图2a和图2b所示，本实施例提供一种燃料电池双极板，包括阳极板1和阴极板2，阳极板1的背面和阴极板2的背面叠加在一起；

阳极板1的正面形成有燃料进口11、阳极反应区12和燃料出口14，阳极反应区12形成有多个阳极反应流道，阳极反应流道的两端分别与燃料进口11、燃料出口14连通，且每个阳极反应流道均呈S型；燃料通过燃料进口11进入阳极反应区12，一部分扩散到膜电极而发生反应，一部分由燃料出口14排出；具体地，燃料进口11与燃料出口14相对阳极板1的中心对称设置，每个阳极反应流道相对阳极板1的中心对称设置；

阴极板2的正面形成有氧化剂进口21、阴极反应区和氧化剂出口25，阴极反应区包括阴极主反应区23、分流过渡区22和汇流过渡区24；阴极主反应区23形成于所述阴极板的主体部分处，阴极主反应区23形成有多个阴极主反应流道231，多个阴极主反应流道231为并行排列的平直流道；氧化剂依次经过氧化剂进口21和分流过渡区22进入阴极反应区，一部分氧化剂发生反应，一部分氧化剂和生成物依次经过汇流过渡区24和氧化剂出口25排出；

氧化剂进口21与阴极主反应区23之间形成有分流过渡区22，分流过渡区22形成有多个第一分流流道221和多个第二分流流道222，氧化剂进口21、第一分流流道221、第二分流流道222和阴极主反应流道231依次连通，且第一分流流道221、第二分流流道222和阴极主反应流道231呈Z字型；氧化剂由第一分流流道221进入第二分流流道222时，实现第一次分流；氧化剂由第二分流流道222进入阴极主反应流道231时，实现第二次分流；

氧化剂出口25与阴极主反应区23之间形成有汇流过渡区24，汇流过渡区24形成有多个第一汇流流道241和多个第二汇流流道242，阴极主反应流道231、第二汇流流道242、第一汇流流道241和氧化剂出口25依次连通，阴极主反应流道231、第二汇流流道242、第一汇流流道241呈Z字型；氧化剂和生成物由阴极主反应流道231进入第二汇流流道242时，实现第一次汇流；氧化剂和生成物由第二分流流道222进入第一分流流道221时，实现第二次汇流；具体地，氧化剂进口21和氧化剂出口25相对阴极板2的中心对称设置，分流过渡区22和汇流过渡区24相对阴极板2的中心对称设置，第一分流流道221和第一汇流流道241相对阴极板2的中心对称设置，第二分流流道222和第二汇流流道242相对阴极板2的中心对称设置，阴极主反应流道231相对阴极板2的中心对称设置；

综上所述，双极板结构简单，加工难度低，可成型性高，有利于实现大批量生产，组装后的电堆4可适用于备用电源或大中功率的燃料电池系统；流道设计合理，降低了流动阻力，流动顺畅，提高了流量分配的均匀性，保证了反应物供应充足，反应生成的水可及时排出；有利于反应物在相邻的流道之间扩散和温度传导，使得反应物的浓度和温度保持均匀；电池功率输出稳定，提高了电池性能，延长了使用寿命。

<阳极板>

如图1a和图1b所示，沿阳极板1的长度方向，燃料进口11和燃料出口14分别设置在阳极板1的正面的两端，阳极反应流道设置在阳极板1的中部；每个阳极反应流道采用三次折弯的蛇形流道形式，且包括依次连通的第一阳极反应流道131、第二阳极反应流道132、第三阳极反应流道133、第四阳极反应流道134和第五阳极反应流道135；

第一阳极反应流道131、第三阳极反应流道133和第五阳极反应流道135均沿阳极板1的长度方向延伸，第二阳极反应流道132和第四阳极反应流道134均沿阳极板1的宽度方向延伸；

第一阳极反应流道131、第三阳极反应流道133和第五阳极反应流道135使得氧化剂的流向改变两次，兼顾了单流道内压降和每个阳极反应流道的多个流道氧化剂分配均匀性高的优点，易于反应物之间的充分和彻底反应；能够缓解阳极反应流道过长导致尾部压力降过大的现象，阳极反应流道长度适中，平衡流道内气体压降，使气体分配更加均匀，解决反应流道过长导致反应物供应不足的问题。

针对阳极板1和阴极板2装配时定位不准确和定位孔易变形的问题，本实施提出，阳极板1形成有阳极定位孔15，阳极定位孔15的内壁设置有阳极加强筋151；具体地，在阳极定位孔15的内壁形成有四个阳极加强筋151，四个阳极加强筋151沿阳极定位孔15的周向均匀分布，四个阳极加强筋151均为半圆型结构，阳极加强筋151沿阳极定位孔15的径向延伸；沿阳极定位孔15的轴向，阳极加强筋151位于阳极定位孔15的中部；结构简单，易加工，结构紧凑，阳极加强筋151增强了阳极定位孔15的强度，阳极定位孔15不易变形，保证定位准确，避免后续加工和装配时受力变形影响定位精度；

在阳极板1的正面，阳极加强筋151为加强凹筋结构，在阳极板1的背面，阳极加强筋151为加强凸筋结构；安装阳极板1和阴极板2时，加强凸筋结构接触起到支撑作用，解决了反复组装造成定位孔变形导致定位失效问题。此外，靠近阳极定位孔15形成有阳极电压巡检孔19，用于阳极电压的巡检。

针对阳极板1与膜电极安装后密封效果差的问题，本实施提出，双极板还包括密封圈A；阳极板1的正面在燃料进口11和燃料出口14均形成有第一阳极限位结构161，阳极板1的正面在阳极板1的边缘的内侧形成有第二阳极限位结构162，在第一阳极限位结构161和第二阳极限位结构162之间形成有密封槽A，密封圈A设置在密封槽A中，密封圈A将燃料进口11、阳极反应区12和燃料出口14包围在其中，密封严实和密封效果好，避免燃料阳极板1和膜电极之间的缝隙流出导致燃料损失；具体地，第一阳极限位结构161和第二阳极限位结构162均为限位凸台，可加强阳极板1的强度；第二阳极限位结构162凸向阳极板1边缘形成有半圆型筋，加强阳极板1的强度；密封圈A为成型脚垫。

<阴极板>

如图2a和图2b所示，第一分流流道221的数量、第二分流流道222的数量和阴极主反应流道231的数量分别为a、b、c，其中a＜b＜c；氧化剂依次流经第一分流流道221、第二分流流道222和阴极主反应流道231时逐渐分流，流量分配均匀，避免出现氧化剂的流量分配不均的问题，有利于反应物之间的充分接触并反应。

优选地，4a＝2b＝c；沿氧化剂的流向，一个第一分流流道221的尾部与两个第二分流流道222的首部均连通，一个第二分流流道222的尾部与两个阴极主反应流道231的首部均连通，分流均匀和效果明显。

进一步，第一分流流道221与第二分流流道222相互垂直，第二分流流道222与阴极主反应流道231相互垂直，第一分流流道221与阴极主反应流道231平行；

多个第一分流流道221相互平行且与阴极板2的长度方向平行，多个第二分流流道222相互平行且与阴极板2的宽度方向平行，多个阴极主反应流道231相互平行且与阴极板2的长度方向平行；增大了氧化剂进口21和氧化剂出口25之间的压差，增大氧化剂的流速。

如图2a和图2b所示，阴极主反应流道231的数量、第二汇流流道242的数量和第一汇流流道241的数量分别为c、d和e，其中c＞d＞e；氧化剂和生成物依次流经阴极主反应流道231、第二汇流流道242和第一汇流流道241时逐渐汇集，压降变化明显，有利于氧化剂和生成物的迅速排出，提高了排出速度。

优选地，c＝2d＝4e；沿氧化剂和生成物的流向，一个阴极主反应流道231的尾部与两个第二分流流道222的首部均连通，一个第二分流流道222的尾部与两个第一分流流道221的首部均连通，汇集效果明显。

进一步，阴极主反应流道231与第二汇流流道242相互垂直，第二汇流流道242与第一汇流流道241相互垂直，第一汇流流道241和第二汇流流道242平行；

多个第一汇流流道241相互平行且与阴极板2的长度方向平行，多个第二汇流流道242相互平行且与阴极板2的宽度方向平行，多个反应流道相互平行且与阴极板2的长度方向平行；增大了氧化剂进口21和氧化剂出口25之间的压差，有利于及时排出反应生成的水；

阴极板2采用分流过渡区22、阴极主反应区23和汇流过渡区24相结合的方式，在分流过渡区22通过两次递增分流，使得进入的氧化剂分配更加均匀；在汇流过渡区24通过两次递减汇集，使得排出氧化剂和反应生成物更加迅速。

针对阳极板1和阴极板2装配时定位不准确和定位孔易变形的问题，本实施提出，阴极板2形成有阴极定位孔26，阴极定位孔26的内壁设置有阴极加强筋261；具体地，在阴极定位孔26的内壁形成有四个阴极加强筋261，四个阴极加强筋261沿阴极定位孔26的周向均匀分布，四个阴极加强筋261均为半圆型结构，阴极加强筋261沿阴极定位孔26的径向延伸；沿阴极定位孔26的轴向，阴极加强筋261位于阴极定位孔26的中部；结构简单，易加工，结构紧凑，阴极加强筋261增强了阴极定位孔26的强度，阴极定位孔26不易变形，保证定位准确，避免后续加工和装配时受力变形影响定位精度；

在阴极板2的正面，阴极加强筋261为加强凹筋结构，在阴极板2的背面，阴极加强筋261为加强凸筋结构；安装阳极板1和阴极板2时，加强凸筋结构接触起到支撑作用，解决了反复组装造成定位孔变形导致定位失效问题。此外，靠近阴极定位孔26形成有阴极电压巡检孔210，用于阴极电压的巡检。

针对阴极板2与膜电极安装后密封效果差的问题，本实施提出，双极板还包括密封圈B；阴极板2的正面在氧化剂进口21和氧化剂出口25均形成有第一阴极限位结构271，在第一阴极限位结构271和第二阴极限位结构272之间形成有密封槽B，密封圈B设置在密封槽B中，密封圈B将氧化剂进口21、阴极反应区和氧化剂出口25包围在其中，密封严实和密封效果好，避免燃料阴极板2和膜电极之间的缝隙流出导致燃料损失；具体地，第一阴极限位结构271和第二阴极限位结构272均为限位凸台，可加强阴极板2的强度；第二阴极限位结构272凸向阴极板2边缘形成有半圆型筋，加强阳极板1的强度；密封圈B为成型脚垫。

<冷却流道>

如图3、图4a和图4b所示，相邻的两个阳极反应流道通过阳极凸筋171隔开，阳极凸筋171朝向阳极板1的背面形成有阳极冷却槽172；沿阳极板1的长度方向，阳极板1的背面的两端分别形成有阳极冷却剂液进口181和阳极冷却剂液出口182，阳极冷却槽172的两端分别与阳极冷却剂液进口181、阳极冷却剂液出口182连通；

相邻的两个第一分流流道221、相邻的两个第二分流流道222、相邻的两个阴极主反应流道231、相邻的两个第二汇流流道242、相邻的两个第一汇流流道241均通过阴极凸筋隔开，阴极凸筋朝向阴极板2的背面形成有阴极冷却槽28；沿阴极板2的长度方向，阴极板2的背面的两端分别形成有阴极冷却剂液进口291和阴极冷却剂液出口292，阴极冷却槽28的两端分别与阴极冷却剂液进口291、阴极冷却剂液出口292连通；

阳极板1和阴极板2叠合在一起时，阳极冷却剂液进口181和阴极冷却剂液进口291构成双极板冷却剂液进口，阳极冷却剂液出口182和阴极冷却剂液出口292构成双极板冷却剂液出口，阳极冷却槽172和阴极冷却槽28形成冷却流道3，冷却流道3的两端分别连通双极板冷却剂液进口和双极板冷却剂液出口；冷却液流经冷却流道3时，可与两极板充分接触，提高了热交换面积和热交换效率，及时带走反应产生的热量，使电堆4稳定在适合的电化学反应的温度范围内，不会出现局部热量过高。

阳极反应流道在阳极板1的背面形成有阳极安装台，第一分流流道221、第二分流流道222、阴极主反应流道231、第二汇流流道242、第一汇流流道241均形成有阴极安装台；阴极板2和阳极板1均采用0.1mm厚度不锈钢板，通过冲压或液压成型；安装阳极板1和阴极板2时，阳极安装台与阴极安装台对应贴合，阳极定位孔15与阴极定位孔26对应，通过激光焊接的方法将阳极板1和阴极板2焊接在一起，实现阳极板1与阴极板2之间的密封，在阳极板1和阴极板2之间形成冷却流道3；双极板结构简单，加工成型容易，焊接和装配那难度低，适用于备用电源或大中功率燃料电池系统。

当燃料电池工作时，阳极板1侧的氢气经过燃料进口11流入阳极反应流道，随后与膜电极接触发生电化学反应；反应后的反应尾气经燃料出口14流出阳极板1；阴极板2侧的空气经过氧化剂进口21进入阴极主反应流道231，随后与膜电极接触发生电化学反应。

<燃料电池电堆>

如图5所示，本实施例还提供一种燃料电池电堆，包括由上至下依次设置的上端板41、电极和下端板42，电极包括多个上述任一项所述的燃料电池双极板和多个膜电极组件，多个双极板与多个膜电极组件交错叠压设置，并通过锁紧螺栓43设置在上端板41和下端板42之间，连接可靠；膜电极组件包括扩散层、催化剂层和质子交换膜；上端板41的一端形成有电堆空气进口411、电堆氢气出口412和电堆冷却液进口413；上端板41的另一端形成有电堆空气出口414、电堆氢气进口415和电堆冷却液出口416；

燃料电池工作时，空气由电池供给系统经过电堆空气进口411送入电堆4，氢气由电池供给系统经过电堆氢气进口415送入电堆4；

反应物氢气首先经燃料进口11进入阳极反应流道中，再经过扩散层的多孔结构到达催化剂层，在催化剂层上的催化剂的作用下发生化学反应生成生成质子与电子；质子再通过质子交换膜传导到阴极反应区形成电流，电子通过外接导线被导出燃料电池，在外电路中驱动负载运行；其余的氢气经电堆氢气出口412排出电堆4；

反应物空气经氧化剂进口21进入阴极主反应流道231中，空气中的氧分子与阳极传递而来的质子结合，生成水；生成的水一部分通过反渗透作用通过质子交换膜，起到加湿作用，一部分和废气排出电堆空气出口414；

冷却液通过电堆冷却液进口413进入电堆4，流经双极板之间的冷却流道3，温度较低的冷却液由电堆冷却液出口416排出并带走反应产生的热量，从而使电堆4温度稳定在适合电化学反应的范围内，保证反应源源不断的进行。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (14)

1.一种燃料电池双极板，其特征在于，所述燃料电池双极板包括阳极板和阴极板，所述阳极板和阴极板叠置在一起；

所述阳极板设有燃料进口、燃料出口以及位于所述燃料进口、燃料出口之间的阳极反应区，所述阳极反应区形成有阳极反应流道，所述阳极反应流道的两端分别与燃料进口、燃料出口连通，且所述阳极反应流道为蛇形流道；

所述阴极板设有氧化剂进口、氧化剂出口以及位于所述氧化剂进口、氧化剂出口之间的阴极反应区，所述阴极反应区包括阴极主反应区、分流过渡区和汇流过渡区，所述阴极主反应区形成于所述阴极板的主体部分处，所述分流过渡区形成于所述氧化剂进口与阴极主反应区之间，所述汇流过渡区形成于所述阴极主反应区出口与氧化剂出口之间；

所述阴极主反应区形成有多个阴极主反应流道，多个所述阴极主反应流道为并行排列的平直流道；所述分流过渡区和汇流过渡区在所述平直流道两侧分别形成多个并行排列的蛇形流道，且所述分流过渡区的蛇形流道出口与所述阴极主反应区的阴极主反应流道入口连通，所述汇流过渡区的蛇形流道入口与所述阴极主反应区的阴极主反应流道出口连通。

2.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，沿所述阳极板的长度方向，所述燃料进口和燃料出口分别设置在所述阳极板的正面的两端，每个所述阳极反应流道包括依次连通的第一阳极反应流道、第二阳极反应流道、第三阳反应极流道、第四阳极反应流道和第五阳极反应流道；

所述第一阳极反应流道、第三阳极反应流道和第五阳极反应流道均沿所述阳极板的长度方向延伸，所述第二阳极反应流道和第四阳极反应流道均沿所述阳极板的宽度方向延伸。

3.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述分流过渡区的蛇形流道数量大于所述阴极主反应流道的数量，所述阴极主反应流道的数量大于所述汇流过渡区的蛇形流道数量。

4.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述分流过渡区的蛇形流道包括多个第一分流流道和多个第二分流流道，所述氧化剂进口、第一分流流道、第二分流流道和阴极主反应流道依次连通，且所述第一分流流道、第二分流流道和阴极主反应流道呈Z字型；和/或，

所述汇流过渡区的蛇形流道包括多个第一汇流流道和多个第二汇流流道，所述阴极主反应流道、第二汇流流道、第一汇流流道和氧化剂出口依次连通，所述阴极主反应流道、第二汇流流道、第一汇流流道呈Z字型。

5.根据权利要求4所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述第一分流流道的数量、第二分流流道的数量和阴极主反应区流道的数量分别为a、b、c，其中a＜b＜c。

6.根据权利要求5所述的燃料电池双极板，其特征在于，4a＝2b＝c。

7.根据权利要求4所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述第一分流流道与第二分流流道相互垂直，所述第二分流流道与阴极主反应流道相互垂直；

多个所述第一分流流道相互平行，多个所述第二分流流道相互平行，多个所述阴极主反应流道相互平行。

8.根据权利要求4所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述阴极主反应流道的数量为c、第二汇流流道的数量为d和第一汇流流道的数量分别为e，其中c＞d＞e。

9.根据权利要求8所述的燃料电池双极板，其特征在于，c＝2d＝4e。

10.根据权利要求4所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述阴极主反应流道与第二汇流流道相互垂直，所述第二汇流流道与第一汇流流道相互垂直；

多个所述第一汇流流道相互平行，多个所述第二汇流流道相互平行，多个所述反应流道相互平行。

11.根据权利要求4所述的燃料电池双极板，其特征在于，相邻的两个所述阳极反应流道通过阳极凸筋隔开，所述阳极凸筋朝向所述阳极板的背面形成有阳极冷却槽；

相邻的两个所述第一分流流道、相邻的两个所述第二分流流道、相邻的两个所述阴极主反应流道、相邻的两个所述第二汇流流道、相邻的两个所述第一分流流道均通过阴极凸筋隔开，所述阴极凸筋朝向所述阴极板的背面形成有阴极冷却槽；

所述阳极板和阴极板叠置在一起时，所述阳极冷却槽和阴极冷却槽形成冷却流道。

12.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述阳极板形成有阳极定位孔，对应地，所述阴极板形成有阴极定位孔，所述阳极定位孔的内壁和阴极定位孔的内壁均设置有加强筋。

13.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述双极板还包括密封圈；所述阳极板和阴极板叠置在一起时，所述阳极板的背面和阴极板的背面相对，所述阳极反应区形成在所述阳极板的正面，所述阴极反应区形成在所述阴极板的正面；所述阳极板的正面在所述燃料进口和燃料出口均形成有第一阳极限位结构，所述阳极板的正面在所述阳极板的边缘的内侧形成有第二阳极限位结构，所述密封圈设置在所述第一阳极限位结构和第二阳极限位结构之间；和/或，

所述阴极板的正面在所述氧化剂进口和氧化剂出口均形成有第一阴极限位结构，所述阴极板的正面在所述阴极板的边缘的内侧形成有第二阴极限位结构，所述密封圈设置在所述第一阴极限位结构和第二阴极限位结构之间。

14.一种燃料电池电堆，其特征在于，包括由上至下依次设置的上端板、电极和下端板，所述电极包括多个权利要求1-13任一项所述的燃料电池双极板和多个膜电极组件，多个所述双极板与多个所述膜电极组件交错叠压设置。