CN115149024B - 燃料电池双极板结构及燃料电池电堆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃料电池双极板结构及燃料电池电堆，涉及燃料电池技术领域。燃料电池双极板结构包括阳极板和阴极板；阳极板的一侧开设有供空气流动的空气流道，另一侧开设有供冷却液流动的冷却液流道，阳极板沿其长度方向的两侧分别设置有空气进口和空气出口；阴极板的一侧开设有供氢气流动的氢气流道，另一侧开设有供冷却液流动的冷却液流道，阴极板沿其长度方向的两侧分别设置有氢气进口和氢气出口；阳极板和阴极板两者开设冷却液流道的一侧相互连接，且阳极板和阴极板两者上的冷却液流道相互连通，空气进口和氢气进口相对设置，空气出口和氢气出口相对设置。燃料电池电堆包括燃料电池双极板结构。达到了提高有效面积的利用率的技术效果。

Description

燃料电池双极板结构及燃料电池电堆

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及燃料电池双极板结构及燃料电池电堆。

背景技术

现有燃料电池金属双极板普遍采用分配区式结构进行流场均匀性分配，这势必会增大整体板的面积，从而板上活性反应面积的占比不会很高。

现有燃料电池金属双极板普遍采用分配区式结构进行流场均匀性分配，这势必会增大整体板的面积，有效面积的利用率较低。

因此，提供一种提高有效面积的利用率的燃料电池双极板结构及燃料电池电堆成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池双极板结构及燃料电池电堆，以缓解现有技术中有效面积的利用率较低的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种燃料电池双极板结构，包括阳极板和阴极板；

所述阳极板的一侧开设有供空气流动的空气流道，另一侧开设有供冷却液流动的冷却液流道，所述阳极板沿其长度方向的两侧分别设置有空气进口和空气出口，所述阳极板沿其长度方向的两端分别设置有冷却液进口和冷却液出口；

所述阴极板的一侧开设有供氢气流动的氢气流道，另一侧开设有供冷却液流动的冷却液流道，所述阴极板沿其长度方向的两侧分别设置有氢气进口和氢气出口，所述阴极板沿其长度方向的两端分别设置有冷却液进口和冷却液出口；

所述阳极板和所述阴极板两者开设冷却液流道的一侧相互连接，且所述阳极板和所述阴极板两者上的冷却液流道相互连通，所述空气进口和所述氢气进口相对设置，所述空气出口和所述氢气出口相对设置。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述空气流道包括第一空气水平流道、第一空气竖直流道和第二空气水平流道；

所述第一空气水平流道、所述第一空气竖直流道和所述第二空气水平流道三者依次连通，所述第一空气水平流道与所述空气进口连接，所述第二空气水平流道与所述空气出口连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述第一空气水平流道和所述第二空气水平流道两者均采用第一波浪形流道；

与越靠近所述阳极板中间的所述空气进口连接的所述第一波浪形流道的长度越小。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述氢气流道包括第一氢气水平流道、第一氢气竖直流道和第二氢气水平流道；

所述第一氢气水平流道、所述第一氢气竖直流道和所述第二氢气水平流道三者依次连通，所述第一氢气水平流道与所述氢气进口连接，所述第二氢气水平流道与所述氢气出口连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述第一氢气水平流道和所述第二氢气水平流道两者均采用第二波浪形流道；

与越靠近所述阴极板中间的所述氢气进口连接的所述第二波浪形流道的长度越小。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述第一波浪形流道和所述第二波浪形流道两者均采用V形波浪流道。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述第一波浪形流道和所述第二波浪形流道两者均采用W形波浪流道。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述第一空气竖直流道和所述第一氢气竖直流道两者均采用直流道。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述阳极板和所述阴极板两者开设有所述冷却液流道的一侧均开设有用于分散液体的泄流道，所述冷却液进口和所述冷却液出口两者分别通过所述泄流道与所述冷却液流道连通；

所述阳极板上的所述泄流道位于所述空气进口和所述空气出口的背侧；

所述阴极板上的所述泄流道位于所述氢气进口和所述氢气出口的背侧。

第二方面，本发明实施例提供了一种燃料电池电堆，包括所述燃料电池双极板结构。

有益效果：

本发明提供了一种燃料电池双极板结构，包括阳极板和阴极板；阳极板的一侧开设有供空气流动的空气流道，另一侧开设有供冷却液流动的冷却液流道，阳极板沿其长度方向的两侧分别设置有空气进口和空气出口，阳极板沿其长度方向的两端分别设置有冷却液进口和冷却液出口；阴极板的一侧开设有供氢气流动的氢气流道，另一侧开设有供冷却液流动的冷却液流道，阴极板沿其长度方向的两侧分别设置有氢气进口和氢气出口，阴极板沿其长度方向的两端分别设置有冷却液进口和冷却液出口；阳极板和阴极板两者开设冷却液流道的一侧相互连接，且阳极板和阴极板两者上的冷却液流道相互连通，空气进口和氢气进口相对设置，空气出口和氢气出口相对设置；空气流道与氢气流道两者中心对称，以使两块双极板叠放时空气流道与氢气流道两者能够相互覆盖。

具体的，阳极板和阴极板两者相互连接形成双极板，双极板的一侧设置有空气流道，另一侧设置有氢气流道，其中间夹有冷却液流道，并且冷却液流道的冷却液进口和冷却液出口设置在双极板的延期长度方向的两端，空气流道的空气进口和空气出口以及氢气流道的氢气进口和氢气出口分别设置在双极板的沿其长度方向的两侧，并且空气进口和氢气进口相对设置，空气出口和氢气出口相对设置，通过这样的设置，无需在双极板上设置分配区域，提高利用率，而且空气流道和氢气流道相互覆盖，在组合成电堆开始工作时，相互覆盖的空气流道和氢气流道中的氢气和氧气能够同膜电极开始反应，无需进行气体分配，从而能够提高生产效率。

本发明提供了一种燃料电池电堆，包括燃料电池双极板结构。燃料电池电堆与现有技术相比具有上述的优势，此处不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的燃料电池双极板结构的示意图；

图2为本发明实施例提供的燃料电池双极板结构中阳极板的开设空气流道的一侧的示意图；

图3为本发明实施例提供的燃料电池双极板结构中阴极板的开设氢气流道的一侧的示意图；

图4为本发明实施例提供的燃料电池双极板结构中阳极板的开设冷却液流道的一侧的示意图；

图5为图1中A处的从空气出口向氢气进口方向的端面的示意图；

图6为图1中B处的从冷却液进口向冷却液出口方向的端面的示意图。

图标：

100-阳极板；110-空气流道；

200-阴极板；210-氢气流道；

310-冷却液进口；320-冷却液出口；330-泄流道；340-冷却液流道；

410-空气进口；420-空气出口；430-第一空气水平流道；440-第一空气竖直流道；450-第二空气水平流道；

510-氢气进口；520-氢气出口；530-第一氢气水平流道；540-第一氢气竖直流道；550-第二氢气水平流道。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

参见图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例提供了一种燃料电池双极板结构，包括阳极板100和阴极板200；阳极板100的一侧开设有供空气流动的空气流道110，另一侧开设有供冷却液流动的冷却液流道340，阳极板100沿其长度方向的两侧分别设置有空气进口410和空气出口420，阳极板100沿其长度方向的两端分别设置有冷却液进口310和冷却液出口320；阴极板200的一侧开设有供氢气流动的氢气流道210，另一侧开设有供冷却液流动的冷却液流道340，阴极板200沿其长度方向的两侧分别设置有氢气进口510和氢气出口520，阴极板200沿其长度方向的两端分别设置有冷却液进口310和冷却液出口320；阳极板100和阴极板200两者开设冷却液流道340的一侧相互连接，且阳极板100和阴极板200两者上的冷却液流道340相互连通，空气进口410和氢气进口510相对设置，空气出口420和氢气出口520相对设置；空气流道110与氢气流道210两者中心对称，以使两块双极板叠放时空气流道110与氢气流道210两者能够相互覆盖。

具体的，阳极板100和阴极板200两者相互连接形成双极板，双极板的一侧设置有空气流道110，另一侧设置有氢气流道210，其中间夹有冷却液流道340，并且冷却液流道340的冷却液进口310和冷却液出口320设置在双极板的延期长度方向的两端，空气流道110的空气进口410和空气出口420以及氢气流道210的氢气进口510和氢气出口520分别设置在双极板的沿其长度方向的两侧，并且空气进口410和氢气进口510相对设置，空气出口420和氢气出口520相对设置，通过这样的设置，无需在双极板上设置分配区域，提高利用率，而且空气和氢气的流道路径为相互覆盖，在组合成电堆开始工作时，相互覆盖的空气流道110和氢气流道210中的氢气、氧气能够和膜电极开始反应，无需进行气体分配，从而能够提高生产效率能够提高生产效率。

其中，空气流道110和氢气流道210的面积一样，且位于阳极板100和阴极板200两者上的位置一致，从而当双极板叠放时，两块双极板上的空气流道110和氢气流道210能够相互覆盖在一起。

具体的，通过将空气流道110的空气进口410和空气出口420以及氢气流道210的氢气进口510和氢气出口520分别设置在双极板的沿其长度方向的两侧，从而无需设置气体分配区域，从而使得有效面积利用率可达70%以上。

另外，将空气进口410和空气出口420的流道数目相等且中心对称，气体均匀性可以得到保证；氢气进口510和氢气出口520的流道数目相等且中心对称，气体均匀性可以得到保证；而且，空气进口410和氢气进口510的流道数目相等且中心对称，气体均匀性可以得到保证。

另外，阳极板100上也可以开设氢气流道210，相对的阴极板200上开设空气流道110。

需要指出的是，阳极板100采用冲压的方式在一侧压出空气流道110，另一侧则为冷却液流道340；阴极板200采用冲压的方式在一侧压出氢气流道210，另一侧则为冷却液流道340。

参见图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例的可选方案中，空气流道110包括第一空气水平流道430、第一空气竖直流道440和第二空气水平流道450；第一空气水平流道430、第一空气竖直流道440和第二空气水平流道450三者依次连通，第一空气水平流道430与空气进口410连接，第二空气水平流道450与空气出口420连接。

参见图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例的可选方案中，第一空气水平流道430和第二空气水平流道450两者均采用第一波浪形流道；与越靠近阳极板100中间的空气进口410连接的第一波浪形流道的长度越小。

具体的，空气流道110包括第一空气水平流道430、第一空气竖直流道440和第二空气水平流道450，使得空气能够依次流经第一空气水平流道430、第一空气竖直流道440和第二空气水平流道450三者；其中第一空气水平流道430和第二空气水平流道450两者均采用第一波浪形流道，能够为位于阳极板100另一侧的冷却液提供水平方向的流动空间，从而提高冷却液的冷却效果，而且能够提高空气的流动路径，提高空气利用率。

其中，通过设置第一空气水平流道430和第二空气水平流道450能够提高空气的流动路径，并且通过第一空气竖直流道440的设置，能够提高空气的流动速率，使得空气能够更充分的参与反应。

参见图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例的可选方案中，氢气流道210包括第一氢气水平流道530、第一氢气竖直流道540和第二氢气水平流道550；第一氢气水平流道530、第一氢气竖直流道540和第二氢气水平流道550三者依次连通，第一氢气水平流道530与氢气进口510连接，第二氢气水平流道550与氢气出口520连接。

参见图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例的可选方案中，第一氢气水平流道530和第二氢气水平流道550两者均采用第二波浪形流道；与越靠近阴极板200中间的氢气进口510连接的第二波浪形流道的长度越小。

具体的，氢气流道210包括第一氢气水平流道530、第一氢气竖直流道540和第二氢气水平流道550，使得氢气能够依次流经第一氢气水平流道530、第一氢气竖直流道540和第二氢气水平流道550三者；其中第一氢气水平流道530和第二氢气水平流道550两者均采用第二波浪形流道，能够为位于阴极板200另一侧的冷却液提供水平方向的流动空间，从而提高冷却液的冷却效果，而且能够提高氢气的流动路径，提高氢气利用率，从而提高燃料电池的功率。

其中，通过设置第一氢气水平流道530和第二氢气水平流道550能够提高氢气的流动路径，并且通过第一氢气竖直流道540的设置，能够提高氢气的流动速率，使得氢气能够更充分的参与反应。

参见图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例的可选方案中，第一波浪形流道和第二波浪形流道两者均采用V形波浪流道。

具体的，第一波浪形流道和第二波浪形流道两者均可以采用V形波浪流道，从而在提高流道路径的同时降低冷却液场的流阻。

参见图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例的可选方案中，第一波浪形流道和第二波浪形流道两者均采用W形波浪流道。

具体的，第一波浪形流道和第二波浪形流道两者均可以采用W形波浪流道，从而在提高流道路径的同时降低冷却液场的流阻。

参见图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例的可选方案中，第一空气竖直流道440和第一氢气竖直流道540两者均采用直流道。

具体的，第一空气竖直流道440和第一氢气竖直流道540两者均可以采用直流道，降低空气、氢气和冷却液的流阻。

参见图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例的可选方案中，阳极板100和阴极板200两者开设有冷却液流道340的一侧均开设有用于分散液体的泄流道330，冷却液进口310和冷却液出口320两者分别通过泄流道330与冷却液流道340连通；阳极板100上的泄流道330位于空气进口410和空气出口420的背侧；阴极板200上的泄流道330位于氢气进口510和氢气出口520的背侧。

具体的，阳极板100上的空气流道110和阴极板200上的氢气流道210两者为中心对称结构，并且空气进口410和氢气进口510相对设置，因此第一空气水平流道430和第一氢气水平流道530呈交叉状，因此从冷却液进口310进入的冷却液在流动时，其流道截面的一半会受到第一空气水平流道430或第一氢气水平流道530的侧壁阻挡，从而使得冷却液需要越过第一空气水平流道430或第一氢气水平流道530，此路径的冷却液并不都是顺着冷却液流道340流动，会存在一部分翻越冷却液流道340流动，因此提高了流阻。并且，通过泄流道330的设置，使得冷却液能够通过泄流道330流到空气进口410和氢气进口510的背侧，然后使得一部分冷却液能够顺着冷却液流道340流动，然后，然后顺着冷却液流道340流动到空气出口420和氢气出口520背侧的泄流道330内，然后顺着泄流道330流到冷却液出口320处进行排出，通过泄流道330的设置能够提高冷却效率，而且能够降低冷却场的压降。

其中，冷却液进口310和冷却液出口320两者可以直接与冷却液流道340连通，另外也可以通过泄流道330与冷却液流道340间接连通。

本实施例提供了一种燃料电池电堆，包括燃料电池双极板结构。

具体的，本实施例提供的燃料电池电堆与现有技术相比具有上述燃料电池双极板结构的优势，在此不再进行赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种燃料电池双极板结构，其特征在于，包括：阳极板（100）和阴极板（200）；

所述阳极板（100）的一侧开设有供空气流动的空气流道（110），另一侧开设有供冷却液流动的冷却液流道（340），所述阳极板（100）沿其长度方向的两侧分别设置有空气进口（410）和空气出口（420），所述阳极板（100）沿其长度方向的两端分别设置有冷却液进口（310）和冷却液出口（320）；

所述阴极板（200）的一侧开设有供氢气流动的氢气流道（210），另一侧开设有供冷却液流动的冷却液流道（340），所述阴极板（200）沿其长度方向的两侧分别设置有氢气进口（510）和氢气出口（520），所述阴极板（200）沿其长度方向的两端分别设置有冷却液进口（310）和冷却液出口（320）；

所述阳极板（100）和所述阴极板（200）两者开设冷却液流道（340）的一侧相互连接，且所述阳极板（100）和所述阴极板（200）两者上的冷却液流道（340）相互连通，所述空气进口（410）和所述氢气进口（510）相对设置，所述空气出口（420）和所述氢气出口（520）相对设置；

所述空气流道（110）与所述氢气流道（210）两者中心对称，以使两块双极板叠放时所述空气流道（110）与所述氢气流道（210）两者能够相互覆盖；

所述阳极板（100）和所述阴极板（200）两者开设有所述冷却液流道（340）的一侧均开设有用于分散液体的泄流道（330），所述冷却液进口（310）和所述冷却液出口（320）两者分别通过所述泄流道（330）与所述冷却液流道（340）连通；

所述阳极板（100）上的所述泄流道（330）位于所述空气进口（410）和所述空气出口（420）的背侧；

所述阴极板（200）上的所述泄流道（330）位于所述氢气进口（510）和所述氢气出口（520）的背侧；

所述空气流道（110）包括第一空气水平流道（430）、第一空气竖直流道（440）和第二空气水平流道（450）；

所述氢气流道（210）包括第一氢气水平流道（530）、第一氢气竖直流道（540）和第二氢气水平流道（550）；

所述第一空气水平流道（430）和所述第一氢气水平流道（530）呈交叉状；

所述阳极板（100）采用冲压的方式在一侧压出所述空气流道（110），另一侧则为所述冷却液流道（340）；所述阴极板（200）采用冲压的方式在一侧压出所述氢气流道（210），另一侧则为所述冷却液流道（340）。

2.根据权利要求1所述的燃料电池双极板结构，其特征在于，

所述第一空气水平流道（430）、所述第一空气竖直流道（440）和所述第二空气水平流道（450）三者依次连通，所述第一空气水平流道（430）与所述空气进口（410）连接，所述第二空气水平流道（450）与所述空气出口（420）连接。

3.根据权利要求2所述的燃料电池双极板结构，其特征在于，所述第一空气水平流道（430）和所述第二空气水平流道（450）两者均采用第一波浪形流道；

与越靠近所述阳极板（100）中间的所述空气进口（410）连接的所述第一波浪形流道的长度越小。

4.根据权利要求3所述的燃料电池双极板结构，其特征在于，

所述第一氢气水平流道（530）、所述第一氢气竖直流道（540）和所述第二氢气水平流道（550）三者依次连通，所述第一氢气水平流道（530）与所述氢气进口（510）连接，所述第二氢气水平流道（550）与所述氢气出口（520）连接。

5.根据权利要求4所述的燃料电池双极板结构，其特征在于，所述第一氢气水平流道（530）和所述第二氢气水平流道（550）两者均采用第二波浪形流道；

与越靠近所述阴极板（200）中间的所述氢气进口（510）连接的所述第二波浪形流道的长度越小。

6.根据权利要求5所述的燃料电池双极板结构，其特征在于，所述第一波浪形流道和所述第二波浪形流道两者均采用V形波浪流道。

7.根据权利要求5所述的燃料电池双极板结构，其特征在于，所述第一波浪形流道和所述第二波浪形流道两者均采用W形波浪流道。

8.根据权利要求5所述的燃料电池双极板结构，其特征在于，所述第一空气竖直流道（440）和所述第一氢气竖直流道（540）两者均采用直流道。

9.一种燃料电池电堆，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的燃料电池双极板结构。

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