CN114864961A - 燃料电池的双极板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池的双极板,其包括第一金属板和第二金属板,第一金属板与第二金属板的两端均设有燃料通道的开口、氧化剂通道的开口和冷却剂通道的开口;第一金属板与第二金属板相对设置;围绕第一金属板与第二金属板两端的相对开口之间均设有密封凸台;在第一金属板与第二金属板两端的开口之间的、相对设置的密封凸台之间形成中空腔体,中空腔体中还设有密封夹层;沿第一金属板的端口截面,密封夹层呈波浪形;本发明通过在第一金属板和第二金属板的相对设置的密封凸台形成的中空腔体中设置波浪形密封夹层,增加了密封凸台的支撑性,提高密封凸台的刚度,防止密封凸台处将会发生塑性变形。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池的双极板。
背景技术
燃料电池是一种发电系统,用电化学方法将化学能直接转换成燃料电池组中的电能,而不是通过燃烧将燃料的化学能转换成热。燃料电池不但可以应用到工业、家用电器和车辆,还可以应用到诸如便携设备等小规模电力和电子设备的电力供应。
燃料电池的主要核心部件是膜电极和双极板,其中膜电极主要由催化剂层、扩散层、质子交换膜等组成,双极板由阴极板和阳极板组成。
密封部件是燃料电池的重要组成部分,其性能好坏直接影响到燃料电池的发电效率和寿命。
专利US20180226665A1、US20190097248A1和CN113285086A,都采用了密封凸台的方案,解决了气体密封以及反应气体进入极板反应区的问题。但是,没有涉及密封凸台承载能力的问题
在电堆装配力作用下,密封凸台受力变形,一旦超过金属材料的屈服强度,密封凸台处将会发生塑性变形,密封材料受到的预紧力将会松弛,进而增大了密封失效的风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中密封凸台可能发生塑性变形的问题,提供一种燃料电池的双极板,该双极板提高密封凸台的刚度,防止密封凸台处发生塑性变形,减小了密封失效的风险,结构简单,方便实施。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题:
本发明提供一种燃料电池的双极板,其包括第一金属板和第二金属板,所述第一金属板与所述第二金属板的两端均设有燃料通道的开口、氧化剂通道的开口和冷却剂通道的开口;所述第一金属板与所述第二金属板相对设置;围绕所述第一金属板与所述第二金属板两端的相对开口之间均设有密封凸台;
在所述第一金属板与所述第二金属板两端的开口之间的、相对设置的所述密封凸台之间形成中空腔体,所述中空腔体中还设有密封夹层;沿所述第一金属板的端口截面,所述密封夹层呈波浪形。
在本技术方案中,在所述中空腔体中设置波浪形的密封夹层用于增强所述密封凸台的刚性,防止密封凸台处将会发生塑性变形,减小了密封失效的风险。
较佳地,所述第一金属板未与所述第二金属板相接的面为外表面,所述第一金属板的所述外表面的中部设置有凹凸沟槽,所述凹凸沟槽为气体流道。
在本技术方案中,所述第一金属板的所述外表面为反应面,用于供燃料、氧化剂和气体进行化学反应。
较佳地,所述气体流道两端的开口分别与所述氧化剂通道、所述燃料通道连通。
较佳地,围绕所述第一金属板与所述第二金属板的侧边也设有所述密封凸台。
在本技术方案中,围绕所述第一金属板与所述第二金属板的侧边设置的所述密封凸台同时也将围绕所述第一金属板与所述第二金属板两端的相对开口之间设置的密封凸台和所述气体流道包围,通过设置多个密封凸台能进一步增强燃料电池的双极板间的密封性。
较佳地,所述第一金属板与所述第二金属板的所述氧化剂通道包括氧化剂进料通道。
较佳地,所述第一金属板的两端均并排设置有若干第一隆起,所述第一隆起设于近所述第一金属板的端面处、且与所述第一金属板的所述密封凸台相交;所述第二金属板并排设置有若干与所述第一隆起位置相对的第二隆起;所述第二隆起与所述第二金属板的所述密封凸台相交;所述第一隆起与所述第二隆起形成所述氧化剂进料通道;
和/或,所述第一隆起的高度不超过所述第一金属板的所述密封凸台的高度和所述第二隆起的高度不超过所述第二金属板的所述密封凸台的高度;
和/或,所述氧化剂进料通道的宽度为0.5mm-2mm;
和/或,所述氧化剂进料通道之间的间隔为1mm-2.5mm。
在本技术方案中,氧化剂从所述氧化剂通道的开口进入所述氧化剂进料通道。
较佳地,所述第一金属板与所述第二金属板贴合的面为内表面;所述第一隆起与所述第一金属板的所述密封凸台相交后终止;所述第二隆起与所述第二金属板的所述密封凸台相交后向所述第二金属板的另一端继续延伸形成延伸部;所述延伸部不超过所述第二金属板的两端面之间的中心轴线;所述延伸部与所述第一金属板的所述内表面形成第二空腔。
在本技术方案中,所述氧化剂进料通道、所述波浪形的所述密封夹层和所述第二空腔贯通,所述氧化剂流经所述氧化剂进料通道后,穿过所述波浪形的所述密封夹层进入所述第二空腔。
较佳地,所述第一金属板设置有至少一个通孔,所述通孔的边缘不超出所述第二隆起的所述延伸部的终止处在所述第一金属板的投影;
所述氧化剂进料通道、所述波浪形的所述密封夹层、所述第二空腔和所述通孔贯通形成所述氧化剂通道。
在本技术方案中,通孔的形状较佳地为圆形,圆形通孔的孔边与所述第二隆起的所述延伸部的终止处在所述第一金属板的投影相切。所述氧化剂从所述氧化剂进料通道进入、穿过波浪形的所述密封夹层后进入所述第二空腔,最后从所述通孔流出到所述第一金属板的外表面参与化学反应;所述通孔的孔边与所述第二隆起的所述延伸部的终止处在所述第一金属板的投影相切从而不会造成氧化剂在所述第二空腔内部聚积,并且所述圆形的通孔便于所述氧化剂的流出。
较佳地,所述第一金属板与所述第二金属板通过焊接连接;
所述焊接的焊线环绕所述第一金属板的所述密封凸台和所述第二金属板的所述密封凸台;所述第二隆起在距离所述焊线第一预设距离时停止。
在本技术方案中,较佳地所述通孔为圆形通孔,所述焊线与所述通孔圆心的距离为所述第一距离与所述通孔半径之和,此设置能保证第一金属板和第二金属板的密封性。
所述焊线用于将所述燃料通道、所述氧化剂通道和所述冷却剂通道分隔成内部互不贯通的区域。
在本技术方案中,通过所述焊线将所述燃料通道、所述氧化剂通道和所述冷却剂通道分隔成的区域其内部互不贯通,可以防止燃料、氧化剂和冷却剂在燃料和氧化剂进入反应面之前相互混合,影响燃料电池的性能。
较佳地,所述第一金属板为阴极金属板,所述第二金属板为阳极金属板。
在本技术方案中,所述阴极金属板与所述阳极金属板相接的面为内表面,所述阴极金属板的所述内表面为冷却面,用于通入冷却剂进行冷却;所述阴极金属板未与所述阳极金属板相接的面为外表面,所述阴极金属板的所述外表面为反应面,氧化剂、燃料和气体在所述阴极金属板的所述反应面进行化学反应。
本发明的积极进步效果在于:本发明通过在第一金属板和第二金属板两端的开口之间的、相对设置的密封凸台形成中空腔体,在中空腔体中设置波浪形的密封夹层,在不妨碍燃料、氧化剂、冷却剂流通的基础上,增加了密封凸台的支撑性,提高密封凸台的刚度,防止密封凸台处将会发生塑性变形,减小了密封失效的风险,结构简单,方便实施。
附图说明
图1为本发明实施例1的双极板的结构示意图。
图2为图1在A-A横截面处的结构示意图。
图3为图1中B处的局部示意图。
附图标记说明:气体流道1、燃料通道2、氧化剂通道3、冷却剂通道4、密封凸台5、焊线6、第一隆起7、第二隆起8、氧化剂进料通道9、密封夹层10、第二空腔11、通孔12、阴极金属板13、阳极金属板14
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供的双极板的结构示意图如图1所示;本实施例提供的双极板在A-A横截面处的结构示意图如图2所示;本实施例提供的双极板中B部的局部示意图如图3所示。
本实施例提供的燃料电池的双极板,其包括第一金属板和第二金属板,其中第一金属板为阴极金属板13,第二金属板为阳极金属板14;阴极金属板13与阳极金属板14的两端均设有燃料通道2的开口、氧化剂通道3的开口和冷却剂通道4的开口;阴极金属板13与阳极金属板14相对设置;围绕阴极金属板13与阳极金属板14两端的相对开口之间均设有密封凸台5;
在阴极金属板13与阳极金属板14两端的相对开口之间的、相对设置的密封凸台5之间形成中空腔体,中空腔体中还设有密封夹层10;其中密封夹层10沿阴极金属板13的端口截面呈波浪形。
波浪形的密封夹层10可以增强密封凸台5的刚性,防止密封凸台5发生塑性变形,减小了密封失效的风险。
阴极金属板13与阳极金属板14相接的面为内表面,阴极金属板13的内表面为冷却面,用于通入冷却剂进行冷却;阴极金属板13未与阳极金属板14相接的面为外表面,即为反应面,氧化剂、燃料和气体在阴极金属板13的反应面进行化学反应。
其中,阴极金属板13的外表面的中部设置有凹凸沟槽形成的气体流道1。
气体流道1两端的开口分别与氧化剂通道3、燃料通道2连通。
优选地,围绕阴极金属板13与阳极金属板14的侧边也设有密封凸台5。
在一可实施方案中,围绕阴极金属板13与阳极金属板14的侧边设置的密封凸台5同时也将围绕氧化剂通道3、燃料通道2、冷却剂通道4之间设置的密封凸台5和气体流道1包围,通过设置多个密封凸台5能进一步增强燃料电池的双极板间的密封性。
在一可实施方案中,氧化剂通道3包括氧化剂进料通道9。阴极金属板13的两端均并排设置若干第一隆起7,第一隆起7设于近阴极金属板13的端面处、且与阴极金属板13的密封凸台5相交;阳极金属板14并排设置有若干与第一隆起7位置相对的第二隆起8;第二隆起8与阳极金属板14的密封凸台5相交;第一隆起7与第二隆起8形成氧化剂进料通道9;氧化剂从氧化剂通道3的开口进入氧化剂进料通道9;
第一隆起7的高度不超阴极金属板13的密封凸台5的高度和第二隆起8的高度不超过阳极金属板14的密封凸台5的高度;
优选地,氧化剂进料通道9的宽度为0.5mm-2mm;
优选地,氧化剂进料通道9之间的间隔为1mm-2.5mm。
在一可实施的方案中,第一隆起7与阴极金属板13的密封凸台5相交后终止;第二隆起8与阳极金属板14的密封凸台5相交后向阳极金属板14的另一端继续延伸形成延伸部;延伸部不超过阳极金属板14的两端面之间的中心轴线;延伸部与阴极金属板13的内表面形成第二空腔11。
在一可实施方案中,阴极金属板13设置有至少一个通孔12,通孔12的边缘不超出第二隆起8的延伸部的终止处在阴极金属板13的投影;
氧化剂进料通道9、波浪形的密封夹层10、第二空腔11和通孔12贯通形成氧化剂通道3。
优选地,通孔12为圆形,圆形的通孔12的孔边与第二隆起8的延伸部的终止处在阴极金属板13的投影相切。氧化剂从氧化剂进料通道9进入、穿过波浪形的密封夹层10后进入第二空腔11,最后从通孔12流出到阴极金属板13的外表面参与化学反应;
如图2所示,通孔12的孔边与第二隆起8的延伸部的终止处在阴极金属板13的投影相切从而不会造成氧化剂在第二空腔11内部聚积,并且设置为圆形的通孔12便于氧化剂的流出。
在一可实施的方案中,阴极金属板13与阳极金属板14通过焊接连接;
焊接的焊线6环绕阴极金属板13的密封凸台5和阳极金属板14的密封凸台5;第二隆起8在距离焊线6第一预设距离时停止。需要说明的是,第一预设距离可根据双极板的实际尺寸进行选择。
通孔12优选为圆形,焊线6与通孔12的圆心的距离为第一预设距离与通孔12的半径之和,此设置能保证阴极金属板13和阳极金属板14的密封性。
其中,焊线6还用于将燃料通道2、氧化剂通道3和冷却剂通道4分隔成三个区域。
被焊线6分隔后,燃料通道2、氧化剂通道3和冷却剂通道4的内部互不贯通,可以防止燃料、氧化剂和冷却剂在燃料和氧化剂进入反应面之前相互混合,影响燃料电池的性能。
本实施例提供的燃料电池的双极板通过在阴极金属板13和阳极金属板14的两端的开口之间的、相对设置的密封凸台5形成中空腔体,在中空腔体中设置波浪形的密封夹层10,在不妨碍燃料、氧化剂、冷却剂流通的基础上,增加了密封凸台的支撑性,提高密封凸台的刚度,防止密封凸台处将会发生塑性变形,减小了密封失效的风险,结构简单,方便实施。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这仅是举例说明,本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式做出多种变更或修改,但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种燃料电池的双极板,其特征在于,其包括第一金属板和第二金属板,所述第一金属板与所述第二金属板的两端均设有燃料通道的开口、氧化剂通道的开口和冷却剂通道的开口;所述第一金属板与所述第二金属板相对设置;围绕所述第一金属板与所述第二金属板两端的相对开口之间均设有密封凸台;
在所述第一金属板与所述第二金属板两端的开口之间的、相对设置的所述密封凸台之间形成中空腔体,所述中空腔体中还设有密封夹层;沿所述第一金属板的端口截面,所述密封夹层呈波浪形。
2.如权利要求1所述的双极板,其特征在于,围绕所述第一金属板与所述第二金属板的侧边也设有所述密封凸台。
3.如权利要求1所述的双极板,其特征在于,所述第一金属板与所述第二金属板的所述氧化剂通道包括氧化剂进料通道。
4.如权利要求3所述的双极板,其特征在于,所述第一金属板的两端均并排设置有若干第一隆起,所述第一隆起设于近所述第一金属板的端面处、且与所述第一金属板的所述密封凸台相交;所述第二金属板并排设置有若干与所述第一隆起位置相对的第二隆起;所述第二隆起与所述第二金属板的所述密封凸台相交;所述第一隆起与所述第二隆起形成所述氧化剂进料通道;
和/或,所述第一隆起的高度不超过所述第一金属板的所述密封凸台的高度和所述第二隆起的高度不超过所述第二金属板的所述密封凸台的高度;
和/或,所述氧化剂进料通道的宽度为0.5mm-2mm;
和/或,所述氧化剂进料通道之间的间隔为1mm-2.5mm。
5.如权利要求4所述的双极板,其特征在于,所述第一金属板与所述第二金属板贴合的面为内表面;所述第一隆起与所述第一金属板的所述密封凸台相交后终止;所述第二隆起与所述第二金属板的所述密封凸台相交后向所述第二金属板的另一端继续延伸形成延伸部;所述延伸部不超过所述第二金属板的两端面之间的中心轴线;所述延伸部与所述第一金属板的所述内表面形成第二空腔。
6.如权利要求5所述的双极板,其特征在于,所述第一金属板设置有至少一个通孔,所述通孔的边缘不超出所述第二隆起的所述延伸部的终止处在所述第一金属板的投影;
所述氧化剂进料通道、所述波浪形的所述密封夹层、所述第二空腔和所述通孔贯通形成所述氧化剂通道。
7.如权利要求5所述的双极板,其特征在于,所述第一金属板与所述第二金属板通过焊接连接;
所述焊接的焊线环绕所述第一金属板的所述密封凸台和所述第二金属板的所述密封凸台;所述第二隆起在距离所述焊线第一预设距离时停止;
所述焊线用于将所述燃料通道、所述氧化剂通道和所述冷却剂通道分隔成内部互不贯通的区域。
8.如权利要求7所述的双极板,其特征在于,所述第一金属板未与所述第二金属板相接的面为外表面,所述第一金属板的所述外表面的中部设置有凹凸沟槽,所述凹凸沟槽为气体流道。
9.如权利要求8所述的双极板,其特征在于,所述气体流道两端的开口分别与所述氧化剂通道、所述燃料通道连通。
10.如权利要求1所述的双极板,其特征在于,所述第一金属板为阴极金属板,所述第二金属板为阳极金属板。
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