CN115347209A - 用于燃料电池的双极板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于燃料电池的双极板。所述双极板包括：底板(1)，其呈平面状；多个脊(2)，其从底板(1)向上延伸，并且均具有与底板(1)平行的上表面，其中，任意两个相邻的脊(2)与底板(1)之间形成导流通道；以及泡沫(3)，其用于填充每个导流通道，其中，燃料电池中的气体和/或液体能够在每个导流通道中的泡沫(3)中流动。根据本发明的用于燃料电池的双极板，能够通过在脊与底板形成的导流通道中填充泡沫，而使得燃料电池中的气体和/或液体能够通过填充的泡沫的多孔结构中的任意相邻的孔所形成的通道而流动，从而使得气体和/或液体在导流通道中的分布更加均匀，不易发生堵塞和/或外溢的情况，从而能够提高燃料电池的工作稳定性和效率。

Description

用于燃料电池的双极板
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，特别地，涉及一种用于燃料电池的双极板。
背景技术
在燃料电池中，通常使用流道型的双极板或者金属泡沫型的双极板来输送燃料电池中的气体或液体、例如燃料、空气或作为燃料电池的产物的水等。
通常的流道型双极板包括很多细长的流道来输送气体或液体，然而，在这种流道型的双极板的流道中经常会出现气体或液体分布不均匀的现象。尤其在燃料电池在较大的电流下工作时，液体、例如作为燃料电池的产物的水很容易在一些流道中堵塞或外溢，从而导致燃料电池的工作电压突降，使得燃料电池的性能劣化、工作效率降低。此外，这种流道型的双极板由于仅流道侧壁的顶部表面用于接触导电，因此这种双极板的接触电阻较大。
通常的金属泡沫型的双极板通过金属泡沫的孔隙来输送燃料电池中的气体或液体。然而，在金属泡沫型的双极板中也很容易出现气体或液体分布不均匀的情况，通常气体或液体容易集中在金属泡沫型的双极板的中部部分，从而导致燃料电池的中部区域严重劣化。为了改善这种分布不均匀性，泡沫只能做成细长型的，但由此又带来气体进出口距离过长，压降过大，以及单片电池的有效反应面积下降等问题。
因此，现有的用于燃料电池的双极板不能满足使得燃料电池稳定且高效地工作的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于燃料电池的双极板。
根据本发明，提供了一种用于燃料电池的双极板，所述双极板包括：底板，其呈平面状；多个脊，其从底板向上延伸，并且均具有与底板平行的上表面，其中，任意两个相邻的脊与底板之间形成导流通道；以及泡沫，其用于填充每个导流通道，其中，燃料电池中的气体和/或液体能够在每个导流通道中的泡沫中流动。
可选地，泡沫填充满每个导流通道，并且泡沫的填充高度高于所述多个脊的上表面或与所述多个脊的上表面齐平。
可选地，在泡沫的填充高度高于所述多个脊的上表面的情况下，高于所述多个脊的上表面的泡沫覆盖所述多个脊的上表面而相互连接，其中，泡沫的填充高度比所述多个脊的高度高所述多个脊的高度的5％至20％。
可选地，所述多个脊由导电材料和/或非导电材料制成。
可选地，所述泡沫为导电泡沫。
可选地，所述泡沫为碳泡沫或金属泡沫。
可选地，导流通道的宽度大于或等于1厘米，每个导流通道的宽度是相应的脊的宽度的8倍以上。
可选地，导流通道的与底板平行的截面呈直线形、波浪形或螺旋形。
可选地，底板由导电材料制成。
可选地，所述双极板为用于质子交换膜燃料电池的双极板。
根据本发明的用于燃料电池的双极板，能够通过在脊与底板形成的导流通道中填充泡沫，而使得燃料电池中的气体和/或液体能够通过填充的泡沫的多孔结构中的任意相邻的孔所形成的通道而流动，从而使得气体和/或液体在导流通道中的分布更加均匀，不易发生堵塞和/或外溢的情况，从而能够提高燃料电池的工作稳定性和效率。
附图说明
通过以下结合附图所作的详细描述，将更全面地理解本发明的前述和其他方面，附图包括：
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于燃料电池的双极板的剖视图。
图2示出了根据本发明的另一个示例性实施例的用于燃料电池的双极板的剖视图。
图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的图2的用于燃料电池的双极板的俯视图。
具体实施方式
下面，将参照附图更为详细地描述本发明的一些示例性实施例，以便更好地理解本发明的基本思想和优点。
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于燃料电池的双极板的剖视图。
作为示例，根据本发明的双极板可以是用于质子交换膜燃料电池的双极板。
如图1所示，根据本发明的用于燃料电池的双极板包括底板1、多个脊2和泡沫3。
底板1呈平面状。在图1所示的剖视图中，最下方的水平实线为底板1。例如，底板1可垂直于纸面延伸而呈平面状。例如，底板1可具有矩形形状或其他形状。
此外，作为示例，底板1由导电材料制成。例如，底板可由石墨、石墨纤维复合物、金属(例如，铝)或金属合金(例如，铁合金、镍合金)等制成。
多个脊2从底板1向上延伸、例如垂直于底板1向上延伸，并且均具有与底板1平行的上表面，其中，任意两个相邻的脊2与底板1之间形成导流通道。
图1示出了脊2垂直于底板1向上延伸的示例，图1中与底板1垂直的实线为脊2。图1中示出的双极板具有5个脊2。每个脊2均可以垂直于底板1在垂直于纸面的方向上延伸，并具有与底板1相同的延伸长度。任意两个相邻的脊2与该两个相邻的脊2之间的底板部分可形成一个导流通道，图1中示出5个脊2与相应的底板部分形成了4个导流通道。
优选地，如图1所示，各个脊2可具有相同的高度和相同的宽度，并且形成的各个导流通道可具有相同的宽度。作为示例，导流通道的宽度可大于或等于1厘米。此外，例如，每个脊2的高度可在0.2毫米至0.5毫米的范围内，每个脊2的宽度可为1毫米或更小。
此外，作为示例，脊2与底板1形成的各个导流通道的与底板平行的截面可呈直线形、波浪形或螺旋形。
然而，应该理解，以上仅是脊和导流通道的示例，根据实际需要，各个脊的高度和宽度可分别相同或不同，并且形成的各个导流通道的宽度可分别相同或不同。此外，根据实际需要，脊的高度和宽度可与以上示例的脊的高度和宽度相同或不同，导流通道的宽度和与底板平行的截面的形状也可与以上示例的导流通道的宽度和形状相同或不同，并且脊的个数和形成的导流通道的个数也可以与图1所示的个数相同或不同。
泡沫3用于填充每个导流通道。燃料电池中的气体和/或液体能够在每个导流通道中的泡沫3中流动。在图1中，底板1之上、脊2之间的多孔结构为泡沫3。
这里，能够在导流通道中的泡沫3中流动的气体和/或液体可以是燃料电池的燃料(例如，氢气、氧气等)、空气和/或水(燃料电池的产物)等。
根据本发明的双极板，通过使气体和/或液体在导流通道中的泡沫中流动，可使得气体和/或液体能够通过泡沫的多孔结构中的任意相邻的孔所形成的通道而流动，从而能够使得气体和/或液体在导流通道中的分布更加均匀。此外，通过将泡沫3填充到每个导流通道中，可使得导流通道中的泡沫3的长宽比远远大于现有的金属泡沫型的双极板的长宽比，从而能够进一步增大气体和/或液体在导流通道中的泡沫3中分布的均匀性。
由于在根据本发明的双极板的导流通道中设置有具有较高长宽比的泡沫，而使得在导流通道中流动的气体和/或液体能够分布的更加均匀，因此，可将根据本发明的双极板的导流通道设置为具有比现有的流道型的双极板的流道更宽的宽度。
作为示例，每个导流通道的宽度可以是相应的脊2的宽度的8倍以上。
因此，根据本发明的双极板可比现有的流道宽度与脊的宽度相近的流道型的双极板的制造更加简便。
此外，作为示例，根据本发明的双极板的多个脊2可由导电材料和/或非导电材料制成。例如，所述多个脊2可由不同于泡沫3的材料制成，因而可以通过简单的工艺在底板1上设置多个脊2。
因此，与现有技术中仅将金属泡沫或其他导电泡沫作为气体和/或液体导流层并通过改变泡沫导流层的局部孔隙率来分隔不同的通道和/或通过改变的膜电极的结构来分隔不同的通道的双极板相比，根据本发明的双极板可以以更加简便的方式制造导流通道，从而能够通过简单地改变多个脊2的形状而将导流通道制作为任意形状、例如可使得导流通道的与底板平行的截面呈直线形、波浪形或螺旋形等，而无需由于制造工艺的限制而必须将导流通道设置为直线型。
此外，与现有技术中以上仅将金属泡沫或其他导电泡沫作为气体和/或液体导流层的双极板相比，根据本发明的双极板的导流通道中的泡沫也具有更大的长宽比，从而能够使得气体和/或液体在泡沫中的分布更加均匀；并且，根据本发明的双极板的多个脊2能够更加完全地将气体和/或液体限制在相应的导流通道内，而不会如现有技术中以上双极板的泡沫导流层那样导致气体和/或液体会经由泡沫孔隙而在不同通道之间相互渗透，因而根据本发明的双极板能够进一步提高气体和/或液体在双极板中分布的均匀性；并且无需改变燃料电池中现有膜电极的结构。
此外，为了使得根据本发明的双极板在能够使得导流通道中的液体和/或气体的分布更加均匀的同时，还能够降低双极板的接触电阻、例如与燃料电池的膜电极(MEA)的接触电阻，作为示例，可使泡沫3填充满每个导流通道，并且泡沫3的填充高度可高于所述多个脊2的上表面或可与所述多个脊2的上表面齐平。
在这种情况下，泡沫3可以为任意多孔结构的能够导电的导电泡沫。作为示例，所述泡沫3可以为碳泡沫或金属泡沫。
这里，为了增大根据本发明的双极板的耐腐蚀性，优选地，泡沫3为碳泡沫。因此，可以以简单的方式提高双极板的耐腐蚀性。例如，在质子交换膜燃料电池为氢氧燃料电池的情况下，双极板通常需要处于酸性较强的环境中、例如处于PH值为2-3的环境中，而通过使用碳泡沫作为本发明的双极板的填充泡沫，能够极大提高双极板的耐腐蚀性，从而能够提高燃料电池的寿命。
然而，应该理解，在使用金属泡沫的情况下，可通过对金属泡沫进行抗腐蚀处理来增大双极板的耐腐蚀性。
图1示出的是泡沫3的填充高度高于多个脊2的上表面的情况。在这种情况下，作为示例，高于所述多个脊2的上表面的泡沫3覆盖所述多个脊2的上表面而相互连接。如图1所示，高于图1中的5个脊2的上表面的泡沫3可相互连接形成一个整体。优选地，泡沫3可具有高于脊2的呈平面状的上表面。
在这种情况下，多个脊2之上的平面状的泡沫上表面可与燃料电池的膜电极电接触，从而与现有的仅脊的上表面与膜电极电接触的流道型的双极板相比，根据本发明的双极板极大地增大了与膜电极的接触面积，从而能够很大程度地降低双极板与膜电极的接触电阻。此外，与膜电极平面接触的泡沫还可以对膜电极进行良好地支撑保护。
优选地，泡沫3的填充高度可比所述多个脊2的高度高所述多个脊2的高度的5％至20％。
然而，应该理解，以上仅是泡沫的填充高度与脊的高度之间的关系的示例，根据实际需求，泡沫的填充高度与脊的高度之间的关系可与以上示例相同或不同。
由于在泡沫3的填充高度高于多个脊2的上表面的情况下，脊2无需与燃料电池的膜电极电接触、即无需用于导电，因此，多个脊2可由导电材料和/或非导电材料制成。例如，脊2可由金属材料、碳材料和/或塑料材料等制成。
此外，在泡沫3的填充高度与所述多个脊2的上表面齐平的情况下，泡沫3和脊2的上表面可均与燃料电池的膜电极接触，因此，为了降低双极板的接触电阻，优选地，多个脊2可由导电材料制成。
应该理解，以上仅是优选示例，在泡沫3的填充高度与多个脊2的上表面齐平的情况下，多个脊2中的至少一个仍可由非导电材料制成。
图2示出了根据本发明的另一个示例性实施例的用于燃料电池的双极板的剖视图。
参照图2，与图1示出的双极板不同的是，图2中的双极板的泡沫3的填充高度与多个脊2的上表面齐平。
在这种情况下，泡沫3和多个脊2均可与燃料电池的膜电极接触。在泡沫3为能够导电的碳泡沫或金属泡沫的情况下，无论多个脊2是否均由导电材料制成，与现有的仅脊的上表面与膜电极电接触的流道型的双极板相比，图2的双极板仍可极大地增大双极板与膜电极的接触面积，从而仍能够很大程度地减小接触电阻。
图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的图2的用于燃料电池的双极板的俯视图。
从图3的俯视图可以看出，在图2的示例中泡沫3的填充高度与脊2的上表面齐平的情况下，泡沫3的上表面与脊2的上表面共同形成呈平面状的表面，该表面可与燃料电池的膜电极接触。
因此，此时多个脊2可优选由导电材料制成，从而使得本根据本发明的双极板具有更小的接触电阻。
应该理解，除了图1至图3所示的泡沫的填充高度高于脊的上表面或与脊的上表面齐平的示例之外，根据实际需求，泡沫的填充高度还可低于脊的上表面。
根据本发明的用于燃料电池的双极板，能够通过在脊与底板形成的导流通道中填充泡沫，而使得燃料电池中的气体和/或液体能够通过填充的泡沫的多孔结构中的任意相邻的孔所形成的通道而流动，从而使得气体和/或液体在导流通道中的分布更加均匀，不易发生堵塞和/或外溢的情况，从而能够提高燃料电池的工作稳定性和效率。
此外，由于根据发明的用于燃料电池的双极板可以设置较宽的导流通道，因此根据本发明的双极板的制造比较简便。并且，在泡沫的填充高度等于或高于脊的高度的情况下，可使得双极板具有较小的接触电阻，并且通过多个脊能够将气体和/或液体良好地限制在相应的导流通道中。此外，在使用碳泡沫作为根据本发明的填充泡沫的情况下，可以简便地使得根据本发明的双极板具有良好的耐腐蚀性，从而能够进一步提高燃料电池的性能和寿命。
尽管这里参考特定实施例说明和描述了本发明，但是本发明并不限于所示的细节。而是，可以在本发明的范围内对这些细节进行各种修改。
附图标记列表
1底板
2脊
3泡沫

Claims (10)

1.一种用于燃料电池的双极板，所述双极板包括：
底板(1)，其呈平面状；
多个脊(2)，其从底板(1)向上延伸，并且均具有与底板(1)平行的上表面，其中，任意两个相邻的脊(2)与底板(1)之间形成导流通道；以及
泡沫(3)，其用于填充每个导流通道，
其中，燃料电池中的气体和/或液体能够在每个导流通道中的泡沫(3)中流动。
2.根据权利要求1所述的双极板，其中，泡沫(3)填充满每个导流通道，并且泡沫(3)的填充高度高于所述多个脊(2)的上表面或与所述多个脊(2)的上表面齐平。
3.根据权利要求2所述的双极板，其中，在泡沫(3)的填充高度高于所述多个脊(2)的上表面的情况下，高于所述多个脊(2)的上表面的泡沫(3)覆盖所述多个脊(2)的上表面而相互连接，
其中，泡沫(3)的填充高度比所述多个脊(2)的高度高所述多个脊(2)的高度的5％至20％。
4.根据权利要求2所述的双极板，其中，所述多个脊(2)由导电材料和/或非导电材料制成。
5.根据权利要求1所述的双极板，其中，所述泡沫(3)为导电泡沫。
6.根据权利要求5所述的双极板，其中，所述泡沫(3)为碳泡沫或金属泡沫。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的双极板，其中，导流通道的宽度大于或等于1厘米，导流通道的宽度是相应的脊(2)的宽度的8倍以上。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的双极板，其中，导流通道的与底板平行的截面呈直线形、波浪形或螺旋形。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的双极板，其中，底板(1)由导电材料制成。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的双极板，其中，所述双极板为用于质子交换膜燃料电池的双极板。
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