CN116259774A - 燃料电池极板、双极板及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃料电池极板、双极板及燃料电池，燃料电池双极板的一侧设置有多条间隔设置的极脊，相邻两条极脊之间形成流通通道，流通通道包括相互连通的膨胀区和收缩区，膨胀区和收缩区沿流通通道的延伸方向交替设置，膨胀区的流通面积大于收缩区的流通面积，燃料电池极板上还设置有凸起部，凸起部位于膨胀区内。通过本申请提供的技术方案，可以解决现有技术中的气体扩散层堵塞流道的问题。

Description

燃料电池极板、双极板及燃料电池

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种燃料电池极板、双极板及燃料电池。

背景技术

双极板是燃料电池的关键部件之一，其由两个极板相互焊接而成，在燃料电池中起着分配气体、导电、导热、排水等重要作用。通常情况下，双极板上设置有流道结构，以保证气体能够均匀地通过流道，达到理想的供气效果。对燃料电池进行装配时，需要将双极板和膜电极组件依次堆叠设置，此时，流道结构与膜电极组件相互接触。由于膜电极组件中的气体扩散层为多孔结构，因此，对燃料电池装配后，一部分气体扩散层会被压入到流道结构中的横截面积较大的位置处，此时，可能出现气体扩散层堵塞流道结构的情况，无法保证气体流动的顺畅性，降低燃料电池的性能。

发明内容

本发明提供一种燃料电池极板、双极板及燃料电池，以解决现有技术中的气体扩散层易堵塞流道的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种燃料电池极板，其一侧设置有多条间隔设置的极脊，相邻两条极脊之间形成流通通道，流通通道包括相互连通的膨胀区和收缩区，膨胀区和收缩区沿流通通道的延伸方向交替设置，膨胀区的流通面积大于收缩区的流通面积，燃料电池极板上还设置有凸起部，凸起部位于膨胀区内，凸起部与膨胀区的内壁之间具有间隔。

进一步地，膨胀区具有相对设置的第一内侧壁和第二内侧壁，凸起部具有相对设置的第一凸起侧壁和第二凸起侧壁，第一内侧壁与第一凸起侧壁相对设置，第二内侧壁与第二凸起侧壁相对设置，第一内侧壁与第一凸起侧壁等间距设置，和/或第二内侧壁与第二凸起侧壁等间距设置。

进一步地，第一内侧壁与第一凸起侧壁之间的距离与第二内侧壁与第二凸起侧壁之间的距离相等。

进一步地，收缩区具有相对设置的第三内侧壁和第四内侧壁，第三内侧壁与第四内侧壁之间的距离小于第一内侧壁与第一凸起侧壁之间的距离，和/或第三内侧壁与第四内侧壁之间的距离小于第二凸起侧壁与第二内侧壁之间的距离。

进一步地，流通通道具有中轴线，中轴线位于相邻两个极脊之间，中轴线的延伸方向与燃料电池极板的延伸方向相同，相邻两个极脊相对中轴线对称设置。

进一步地，极脊沿延伸方向为波纹结构。

进一步地，凸起部的表面为弧面。

进一步地，凸起部的高度在极脊的高度的0.9倍至1.1倍之间。

根据本发明的另一方面，提供了一种双极板，其包括两个相互焊接的上述中的燃料电池极板。

根据本发明的又一方面，提供了一种燃料电池，其包括上述中的燃料电池极板。

应用本发明的技术方案，对燃料电池进行装配时，凸起部占据一部分膨胀区的空间，并对膜电极起到支撑的作用，因此，凸起部能够减少膜电极嵌入到膨胀区内的深度，避免膜电极堵塞流通通道的现象，进而能够保证气体流通的顺畅性，保证燃料电池的工作性能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明提供的燃料电池极板的结构示意图；

图2示出了本发明提供的图1的A处的局部放大图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、极脊；21、膨胀区；22、收缩区；30、凸起部。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

如图1和图2所示，本发明实施例提供一种燃料电池极板，其一侧设置有多条间隔设置的极脊10，相邻两条极脊10之间形成流通通道，流通通道包括相互连通的膨胀区21和收缩区22，膨胀区21和收缩区22沿流通通道的延伸方向交替设置，膨胀区21的流通面积大于收缩区22的流通面积，燃料电池极板上还设置有凸起部30，凸起部30位于膨胀区21内。凸起部30与膨胀区21的内壁之间具有间隔，如此流体可以通过该间隔进行流动。其中，凸起部30可以位于膨胀区21的中心处，也可偏向某一侧设置。凸起部30可以将膨胀区21分隔成多个流道分支，也可只形成一个窄流道。

应用本发明的技术方案，对燃料电池进行装配时，凸起部30占据一部分膨胀区21的空间，并对膜电极起到支撑的作用，因此，凸起部30能够减少膜电极嵌入到膨胀区21内的深度，避免膜电极堵塞流通通道的现象，进而能够保证气体流通的顺畅性，保证燃料电池的工作性能。并且，凸起部30的设置，结构简单，便于对燃料电池极板的加工成型。

具体地，膨胀区21具有相对设置的第一内侧壁和第二内侧壁，凸起部30具有相对设置的第一凸起侧壁和第二凸起侧壁，第一内侧壁与第一凸起侧壁相对设置，第二内侧壁与第二凸起侧壁相对设置，第一内侧壁与第一凸起侧壁等间距设置，和/或第二内侧壁与第二凸起侧壁等间距设置。本实施例中，第一内侧壁与第一凸起侧壁等间距设置，且第二内侧壁与第二凸起侧壁等间距设置。上述设置，能够保证气体在膨胀区21内流通的顺畅性以及平稳性，进而能够保证燃料电池的工作性能。且凸起部30结构简单，便于设计和加工。

进一步地，第一内侧壁与第一凸起侧壁之间的距离与第二内侧壁与第二凸起侧壁之间的距离相等。上述设置，使得凸起部30将膨胀区21分割成对称设置的两个部分，在气体由收缩区22流通至膨胀区21时，收缩区22内的气体能够平均地分流到膨胀区21的上述两个部分中，以保证气体流通的平稳性以及顺畅性；同理，上述设置，也能够保证膨胀区21内的两个部分的气体汇入至收缩区22内时的顺畅性，保证燃料电池的工作性能。

具体地，收缩区22具有相对设置的第三内侧壁和第四内侧壁，第三内侧壁与第四内侧壁之间的距离小于第一内侧壁与第一凸起侧壁之间的距离，和/或第三内侧壁与第四内侧壁之间的距离小于第二凸起侧壁与第二内侧壁之间的距离。本实施例中，第三内侧壁与第四内侧壁之间的距离小于第一内侧壁与第一凸起侧壁之间的距离，且第三内侧壁与第四内侧壁之间的距离小于第二凸起侧壁与第二内侧壁之间的距离。上述设置，使得膨胀区21的两个部分的截面积与第三内侧壁和第四内侧壁之间的截面积之间具有差值，进而能够使得流经流通通道内气体的浓度和压力产生变化，增加气体的压力梯度，强化气体的传输作用，保证气体输送的顺畅性。另外，气体的传输作用被强化后，能够对流通通道内的水起到一定的疏导作用，促使气流吹动水滴的运动，提高排水能力。

本实施例中，流通通道具有中轴线，中轴线位于相邻两个极脊10之间，中轴线的延伸方向与燃料电池极板的延伸方向相同，相邻两个极脊10相对中轴线对称设置。上述设置，能够方便流通通道结构的形成，保证气体在流通通道内流动的一致性，进而能够提升燃料电池的性能。

中轴线将流通通道分割成两个对称设置的分支流道，可将分支流道设置成变径区和等径区交替设置的结构，且在流通通道中，两个变径区形成膨胀区21，两个等径区形成收缩区22。其中，可将变径区的横截面设置成圆弧形、三角形或梯形，将收缩区22的截面设置为矩形。

本实施例中，极脊10沿延伸方向为波纹结构。上述设置，能够保证沿气体流通的方向，流通通道内部各处均为圆弧结构，减少流通通道对气体的阻力，进而能够保证气体在流通通道内流通的顺畅性。并且，波纹结构的设置，能够提升水流通的顺畅性，避免燃料电池工作过程中产生的水聚集在流通通道内。

进一步地，凸起部30的表面为弧面。上述设置，能够减少凸起部30对气体的阻力，保证气体流通的顺畅性。并且，将凸起部30的表面设置为弧面，能够使得凸起部30与极脊10相适配，保证凸起部30的第一凸起侧壁与极脊10的第一内侧壁之间以及凸起部30的第二凸起侧壁与极脊10的第二内壁之间均等间距设置。本实施例中，凸起部30的截面为椭圆形，且凸起部30的长径方向与流通通道的延伸方向相同。

具体地，凸起部30的高度在极脊10的高度的0.9倍至1.1倍之间。当凸起部30的高度小于极脊10的高度的0.9倍时，凸起部30对膜电极的支撑效果差，无法有效地避免膜电极嵌入到膨胀区21内。一个燃料电池单元中的两个燃料电池极板相对设置，且膜电极位于两个燃料电池极板之间，对燃料电池进行装配时，两个燃料电池极板上的凸起部30相接触，当凸起部30的高度大于极脊10的高度的1.1倍时，可能存在燃料电池单元装配的密封性差的问题，降低燃料电池的性能；且两个燃料电池极板上的凸起部30之间的接触面积较小，压强较大，可能造成凸起部30的损坏甚至是造成燃料电池极板的损坏。因此，将凸起部30的高度设置在极脊10的高度的0.9倍至1.1倍之间，既能保证凸起部30对膜电极的支撑效果，减少膜电极嵌入到膨胀区21内的深度，保证气体以及水流通的顺畅性，也能够保证燃料电池极板的结构强度。其中，凸起部30的高度可为极脊10的高度的0.9倍、1.1倍，本实施例中，凸起部30的高度与极脊10的高度相等。

本发明的又一实施例提供了一种双极板，其包括两个相互焊接的上述中的燃料电池极板。

本发明的再一实施例提供了一种燃料电池，其包括上述中的燃料电池极板。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池极板，其特征在于，所述燃料电池极板的一侧设置有多条间隔设置的极脊(10)，相邻两条所述极脊(10)之间形成流通通道，所述流通通道包括相互连通的膨胀区(21)和收缩区(22)，所述膨胀区(21)和所述收缩区(22)沿所述流通通道的延伸方向交替设置，所述膨胀区(21)的流通面积大于所述收缩区(22)的流通面积，所述燃料电池极板上还设置有凸起部(30)，所述凸起部(30)位于所述膨胀区(21)内，所述凸起部(30)与所述膨胀区(21)的内壁之间具有间隔。

2.根据权利要求1所述的燃料电池极板，其特征在于，所述膨胀区(21)具有相对设置的第一内侧壁和第二内侧壁，所述凸起部(30)具有相对设置的第一凸起侧壁和第二凸起侧壁，所述第一内侧壁与所述第一凸起侧壁相对设置，所述第二内侧壁与所述第二凸起侧壁相对设置，所述第一内侧壁与所述第一凸起侧壁等间距设置，和/或所述第二内侧壁与所述第二凸起侧壁等间距设置。

3.根据权利要求2所述的燃料电池极板，其特征在于，所述第一内侧壁与所述第一凸起侧壁之间的距离与所述第二内侧壁与所述第二凸起侧壁之间的距离相等。

4.根据权利要求3所述的燃料电池极板，其特征在于，所述收缩区(22)具有相对设置的第三内侧壁和第四内侧壁，所述第三内侧壁与所述第四内侧壁之间的距离小于所述第一内侧壁与所述第一凸起侧壁之间的距离，和/或所述第三内侧壁与所述第四内侧壁之间的距离小于所述第二凸起侧壁与所述第二内侧壁之间的距离。

5.根据权利要求1所述的燃料电池极板，其特征在于，所述流通通道具有中轴线，所述中轴线位于相邻两个所述极脊(10)之间，所述中轴线的延伸方向与所述燃料电池极板的延伸方向相同，相邻两个所述极脊(10)相对所述中轴线对称设置。

6.根据权利要求1所述的燃料电池极板，其特征在于，所述极脊(10)沿延伸方向为波纹结构。

7.根据权利要求6所述的燃料电池极板，其特征在于，所述凸起部(30)的表面为弧面。

8.根据权利要求1所述的燃料电池极板，其特征在于，所述凸起部(30)的高度在所述极脊(10)的高度的0.9倍至1.1倍之间。

9.一种双极板，其特征在于，所述双极板包括两个相互焊接的如权利要求1至8中任意一项所述的燃料电池极板。

10.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括权利要求1至8中任意一项所述的燃料电池极板。

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