CN116314914A - 一种四通道燃料电池双极板及燃料电池 - Google Patents

一种四通道燃料电池双极板及燃料电池 Download PDF

Info

Publication number
CN116314914A
CN116314914A CN202310306936.6A CN202310306936A CN116314914A CN 116314914 A CN116314914 A CN 116314914A CN 202310306936 A CN202310306936 A CN 202310306936A CN 116314914 A CN116314914 A CN 116314914A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
ridge
channel
bipolar plate
hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310306936.6A
Other languages
English (en)
Inventor
高清振
张含真
高菲
王建平
潘道远
刘克峰
吴磊
戈润帅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anhui Polytechnic University
Original Assignee
Anhui Polytechnic University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anhui Polytechnic University filed Critical Anhui Polytechnic University
Priority to CN202310306936.6A priority Critical patent/CN116314914A/zh
Publication of CN116314914A publication Critical patent/CN116314914A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0265Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant the reactant or coolant channels having varying cross sections
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0276Sealing means characterised by their form
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126Humidifying
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明公开了一种四通道燃料电池双极板及燃料电池,涉及燃料电池领域,包括相对设置的阳极单板和阴极单板,所述阳极单板向着阴极单板形成平行且交错突起的第一背脊和第二背脊,且第一背脊和第二背脊紧贴阴极单板,并在第一背脊、第二背脊之间形成第一流道槽;所述第一背脊和第二背脊相对于阴极单板的另一侧分别形成第二流道槽和第三流道槽;所述阴极单板沿着第一背脊并向着第一背脊隆起的方向突起以形成第一喷嘴,沿着第二背脊并向着第二背脊隆起的方向突起以形成第二喷嘴,第一喷嘴与第二喷嘴呈交错布置。本发明的双极板设有专门用于排水的通道,并能二次利用电化学反应产生的水,对空气和氢气进行自增湿,以保障质子膜正常的运行温湿度。

Description

一种四通道燃料电池双极板及燃料电池
技术领域
本发明涉及燃料电池领域,尤其是一种四通道燃料电池双极板及燃料电池。
背景技术
质子交换膜燃料电池是燃料电池的一种,在原理上相当于水解电的“逆”装置,其单电池由阳极、阴极和膜电极组成。以氢为燃料的质子交换膜燃料电池为例,膜电池的阳极为氢燃料发生氧化的场所,膜电极的阴极为氧化剂还原的场所,两级都含有加速电极电化学反应的催化剂,质子交换膜作为传递质子的介质,只允许质子通过,而氢失去的电子则从外部负载和导线通过。
如图2所示,质子膜氢燃料电池由集流板、扩散层、催化层和质子膜构成。双极板又名集流板,由具有槽通道结构的石墨或合金构成,用于气体分配、冷却液集流和电池密封;扩散层由碳布组成,起传播气体、水汽以及导电、散热的作用;催化层是由Pt/C形成的薄层,用于加速电化学反应;质子交换膜用于传导质子并隔离电子及反应气体,一般由氟磺酸膜、nafion膜、非氟聚合膜等构成。
从结构上来看,双极板是燃料电池的一种核心零部件,主要作用为支撑MEA、提供氢气、氧气和冷却液流体通道并分隔氢气和氧气、收集电子、传导热量。形象的说,如果把燃料电池电堆看作人体,双极板就相当于人体的骨骼和血管。MEA主要由质子交换膜、催化层、扩散层等部件组成,常规厚度0.4~0.5mm,没有足够的自支撑刚度和强度。而与之相对双极板通常是由刚性材料制成,零件的抗压强度高于MEA,可以起到支撑MEA的作用。形象的说,双极板像电堆的“骨骼”,支撑着电堆的软组织“MEA”。
质子交换膜燃料电池在高功率密度下运行时会产生大量的余热和水,若不及时将余热和水排出,可能会造成局部超温和水淹现象,而质子膜功能受温度和湿度影响极大,当温湿度不符合标准时,质子膜功能会失效,从而影响质子交换膜燃料电池的性能及运行安全性;同时双极板的结构也直接决定了双极板部件面积利用率,从而直接影响燃料电池电堆的功率密度。
那么,如何提供一种优质的四通道燃料电池双极板及燃料电池,是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种四通道燃料电池双极板及燃料电池,利用双极板的独特结构,在具有氢气通道、空气通道和冷却通道结构的同时,形成专门用于排水的通道,防止燃料电池发生“水淹”问题,并通过附加设计的增湿结构,二次利用电化学反应产生的水,对空气和氢气进行自增湿,保证质子膜的运行温湿度,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述发明目的,本发明采用如下技术方案:
本发明所提供的一种四通道燃料电池双极板,包括相对设置的阳极单板和阴极单板;
所述阳极单板向着阴极单板形成平行且交错突起的第一背脊和第二背脊,且第一背脊和第二背脊紧贴阴极单板,并在第一背脊、第二背脊之间形成第一流道槽;所述第一背脊和第二背脊相对于阴极单板的另一侧分别形成第二流道槽和第三流道槽;
所述阴极单板沿着第一背脊并向着第一背脊隆起的方向突起以形成第一喷嘴,且所述第一喷嘴入口宽于第一背脊以连通所述第一流道槽;所述阴极单板沿着第二背脊并向着第二背脊隆起的方向突起以形成第二喷嘴,且所述第二喷嘴入口宽于第二背脊以连通所述第一流道槽;第一喷嘴与第二喷嘴呈交错布置,且阴极单板在相对于阳极单板的另一侧形成夹在第一喷嘴和第二喷嘴之间的第四流道槽。
优选地,所述第二流道槽和第三流道槽分别用于输送氢气和冷却液,所述第一流道槽用于流通空气,所述第四流道槽用于流通反应水。
优选地,所述四通道燃料电池双极板开设有用于汇通第二流道槽一侧端口的氢气导入腔以及氢气进口,还开设有用于汇通第二流道槽另一侧端口的氢气集流腔以及氢气出口;
所述四通道燃料电池双极板开设有用于汇通第三流道槽一侧端口的冷却液导入腔以及冷却液进口,还开设有用于汇通第三流道槽另一侧端口的冷却液集流腔以及冷却液出口。
优选地,所述氢气导入腔及氢气进口设置于所述四通道燃料电池双极板处于工作姿态时的下方,而冷却液导入腔以及冷却液进口设置于所述四通道燃料电池双极板处于工作姿态时的上方。
优选地,所述四通道燃料电池双极板沿着第一背脊或第二背脊延伸的方向开设有用于向第一流道槽导入空气的空气导入口,所述四通道燃料电池双极板沿着第一背脊或第二背脊延伸的方向开设空气导出口。
优选地,所述氢气进口、氢气出口、冷却液进口、冷却液出口、空气导入口以及空气导出口均贯穿所述四通道燃料电池双极板设置以接入公用管路。
优选地,所述第一喷嘴和第二喷嘴在迎向第三流道槽内冷却液导入方向的侧面开设导入自身内部的渗水孔,所述第一喷嘴和第二喷嘴的边缘具有能够固定扩散层的厚度。
优选地,所述四通道燃料电池双极板在第四流道槽的下方倾斜设置有集水流道,所述集水流道末端设置有U型分水管,并且U型分水管末端导入所述氢气导入腔以润湿氢气;
所述氢气导入腔具有倾斜设置的底面,所述四通道燃料电池双极板开设有在所述氢气导入腔底面的低处连通所述氢气导入腔的排水口,且排水口与氢气导入腔之间通过U型排水管连通,所述排水口贯穿所述四通道燃料电池双极板设置以接入公用管路,所述氢气导入腔底面的高处还设有挡水凸起。
优选地,所述第一背脊和第二背脊呈梯形,所述第一喷嘴和第二喷嘴为圆台状。
本发明还提供了一种燃料电池,其包括上述的四通道燃料电池双极板,其中,所述四通道燃料电池双极板边角处开设有螺栓孔,所述螺栓孔用于压紧多组所述四通道燃料电池双极板以装配成燃料电池,且多组所述四通道燃料电池双极板接触面设置有与所述四通道燃料电池双极板轮廓相符的密封圈。
与现有技术相比,以上一个或多个技术方案存在以下有益效果:
1、本发明双极板中的阳极单板设置的第一背脊和第二背脊分别用于流通氢气和冷却液,并且第一背脊和第二背脊紧贴支撑于阴极单板表面,保证了双极板部件的空间利用率的同时,又能够形成使空气流动的第一流道槽;而空气参与电化学反应产生的反应水能够沿着第一喷嘴和第二喷嘴之间的排水流道排出,从而巧妙地形成了集氢气流道、空气流道、冷却液流道以及排水流道于一体的四通道集流结构,该设计极大的优化了现有双极板结构,在保持现有双极板微小厚度的情况下,增设了专用的排水流道,可大幅提升双极板及燃料电池性能。
排水流道中的水能进入第一喷嘴和第二喷嘴中对空气进行增湿,同时空气参与电化学反应产生的水经过排水流道后,又可流向氢气流道并对氢气进行自增湿,从而实现了阳极和阴极方向同时对质子膜增湿的双向增湿效果,并有利于保持质子膜的运行温度,尤其符合大功率氢燃料电池的发展需要。
此外,由于多组双极板需要经过叠合压紧后装配成燃料电池,常常通过螺杆或者绑带保证双极板之间的压紧力,而本发明中的第一背脊和第二背脊紧贴支撑于阴极单板表面,而阴极单板形成的第一喷嘴和第二喷嘴前端边缘具有一定的厚度,以能够固定和压紧扩散层,第一背脊、第二背脊和第一喷嘴和第二喷嘴在完成介质流通的功能同时又能保障双极板具有足够的结构强度,以符合装配成燃料电池的需要。
附图说明
构成本发明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。
图1是本发明的一种四通道燃料电池双极板的结构示意图。
图2是现有技术中质子膜氢燃料电池的工作原理示意图。
图3是一种四通道燃料电池双极板的阳极单板方向的正视图。
图4是一种四通道燃料电池双极板的阴极单板方向的正视图。
图5是图4中A-A向的截面结构示意图。
图6是图4中B-B向的截面结构示意图。
图7是一种四通道燃料电池双极板的流道结构透视图。
图8是四通道燃料电池双极板的排水结构示意图。
图9是四通道燃料电池双极板的空气流动路径示意图。
图10是四通道燃料电池双极板的氢气及冷却液流动路径示意图。
图中:
100、阳极单板,101、第一背脊,102、第二背脊;
110、第一流道槽,120、第二流道槽,130、第三流道槽,240、第四流道槽;
111、空气导入口,112、空气导出口;
121、氢气导入腔,122、氢气进口,123、氢气集流腔,124、氢气出口;
131、冷却液导入腔,132、冷却液进口,133、冷却液集流腔,134、冷却液出口;
241、集水流道,242、U型分水管,243、排水口,244、挡水凸起,245、U型排水管,246、分水孔;
200、阴极单板,201、第一喷嘴,202、第二喷嘴,203、渗水孔;
300、密封圈;
400、螺栓孔。
实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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,都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施例。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例,并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位,或以特定方位进行构造和操作。
并且,上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外,还可能用于表示其他含义,例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言,可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外,术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如,可以是固定连接,可拆卸连接,或整体式构造;可以是机械连接,或电连接;可以是直接相连,或者是通过中间媒介间接相连,又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1、图3及图4所示的一种四通道燃料电池双极板,包括相对设置的阳极单板100和阴极单板200;
结合图4及图5所示,所述阳极单板100向着阴极单板200形成平行且交错突起的第一背脊101和第二背脊102,且第一背脊101和第二背脊102紧贴阴极单板200,并在第一背脊101、第二背脊102之间形成第一流道槽110;所述第一背脊101和第二背脊102相对于阴极单板200的另一侧分别形成第二流道槽120和第三流道槽130;
结合图1、图4及图6所示,所述阴极单板200沿着第一背脊101并向着第一背脊101隆起的方向突起以形成第一喷嘴201,且所述第一喷嘴201入口宽于第一背脊101以连通所述第一流道槽110;
所述阴极单板200沿着第二背脊102并向着第二背脊102隆起的方向突起以形成第二喷嘴202,且所述第二喷嘴202入口宽于第二背脊102以连通所述第一流道槽110;第一喷嘴201与第二喷嘴202呈交错布置,且阴极单板200在相对于阳极单板100的另一侧形成夹在第一喷嘴201和第二喷嘴202之间的第四流道槽240。
作为较佳的实施例,所述第一背脊101和第二背脊102呈梯形,所述第一喷嘴201和第二喷嘴202为圆台状,一方面,能够提供适当的支撑性,保障双极板的结构强度。
另一方面,结合图9所示,当空气从阴极单板200和阳极单板100之间进入时,面对第一背脊101的阻碍,由于第一喷嘴201进口处为圆端面,且直径大于第一背脊101的宽度,空气将从第一喷嘴201未被第一背脊101遮蔽的部分流入第一喷嘴201,一部分空气由第一喷嘴201喷出,另一部分将通过第一喷嘴201跃过第一背脊101进入第一流道槽110中,进入第一流道槽110的空气面对第二背脊102的阻碍,将以相同的方式越过第二背脊102再次进入第一流道槽110,从而空气能够在本发明中的阴极单板200和阳极单板100之间窜流并最终导出;不断流动的空气会不断经第一喷嘴201和第二喷嘴202喷出到扩散层进一步扩散并参与电化学反应过程。
结合图1及图5所示,由于第一喷嘴201和第二喷嘴202的底部直径较大、出口处直径较小,可使气流在出口处形成加速喷射,有利于气流更充分、更全面地进入扩散层进行化学反应,第一喷嘴201和第二喷嘴202的外部形成圆形斜面,在排水流道内,当水落在其外部时,可沿圆形斜面快速下滑,有利于水的排出。
基于图2所示的现有质子膜氢燃料电池的工作原理,阳极单板通入氢气在催化剂作用下,氢失去电子分解成正电的质子(H+)和带负电的电子(e-),质子穿过质子交换膜,分解过程中释放热量,电子则沿外电路通过负载流向阴极,因此本发明中还利用第一背脊101和第二背脊102形成的所述第二流道槽120和第三流道槽130分别用于输送氢气和冷却液。
结合图5所示,在阳极单板通入空气,主要是空气中的氧气通过扩散作用到达阴极催化剂表面,在阴极催化剂作用下,质子和氧气发生氧还原反应生成水,所述第一流道槽110用于流通空气,所述第四流道槽240则用于流通反应生成的水。
如图6、图7及图10所示,为了更好地向电化学反应区进分配氢气、冷却液以及空气,实现较高的面积利用率,所述四通道燃料电池双极板开设有用于汇通第二流道槽120一侧端口的氢气导入腔121以及氢气进口122,还开设有用于汇通第二流道槽120另一侧端口的氢气集流腔123以及氢气出口124;
所述四通道燃料电池双极板开设有用于汇通第三流道槽130一侧端口的冷却液导入腔131以及冷却液进口132,还开设有用于汇通第三流道槽130另一侧端口的冷却液集流腔133以及冷却液出口134。
在较佳的实施例中,所述氢气导入腔121及氢气进口122设置于所述四通道燃料电池双极板处于工作姿态时的下方,利用氢气低密度、易扩散特性,使氢气自然由下至上地流经电化学反应区,保证氢气充分反应,并使未反应完全的氢气汇流入氢气集流腔123,而冷却液导入腔131以及冷却液进口132设置于所述四通道燃料电池双极板处于工作姿态时的上方,从而冷却液可以自上而下地流经电化学反应区,完成循环冷却过程。并且,冷却液进口132面积大于冷却液出口134面积,有利于控制冷却液在冷却流道内的流量和流速,保证冷却液在流道内的充分换热时间,确保最佳的散热效果;基于同样的原理,设置所述氢气进口122面积大于氢气出口124的面积,以保证氢气的流动性。
由于电化学反应区的上下侧用于氢气及冷却液介质的流入和流出,为了实现较高的面积利用率,在电化学反应区的左右两侧设置空气导入口及空气导出口最佳,所述四通道燃料电池双极板沿着第一背脊101或第二背脊102延伸的方向开设有用于向第一流道槽110导入空气的空气导入口111,所述四通道燃料电池双极板沿着第一背脊101或第二背脊102延伸的方向开设空气导出口112。具体地,如图1所示,空气导入口111从集流板两侧设置,其面积显然远大于空气导出口112,这样设置能够增大空气进气量,以加快空气的窜流速度。
如图1所示,为了便于将双极板组装成燃料电池,所述氢气进口122、氢气出口124、冷却液进口132、冷却液出口134、空气导入口111、空气导出口112,均贯穿所述四通道燃料电池双极板设置以接入公用管路,以便于燃料电池的介质集中输入和输出。
由于质子交换膜对于温湿度有较高的要求,因此在一个较佳的实施例中,所述第一喷嘴201和第二喷嘴202在迎向第三流道槽240内冷却液导入方向的侧面开设导入自身内部的渗水孔203,从而空气在经过第一喷嘴201和第二喷嘴202喷出时,排水流道产生的反应水能够从渗水孔203进入第一喷嘴201和第二喷嘴202润湿空气,并且优选将渗水孔沿第一喷嘴201和第二喷嘴202的出口倾斜布置排列,在空气流作用下有利于水雾化,并被空气流带走,达到较好的空气增湿效果。渗水孔203以一定数目(本实施例中设置为5个),沿第一喷嘴201和第二喷嘴202外表面上部半周周向排列,水滴沿第一喷嘴201和第二喷嘴202外表面倾斜圆面流动,有利于进入渗水孔203。
值得注意的是,所述第一喷嘴201和第二喷嘴202的边缘具有能够固定扩散层的厚度,用于固定扩散层,同时进行电子导通。
如图8所示,为了将第四流道槽240(排水流道)内电化学反应产生的水收集起来,在所述四通道燃料电池双极板在第四流道槽240的下方倾斜设置有集水流道241,所述集水流道241具有挡水边,保证水沿集水流道241流动,所述集水流道末端设置有U型分水管242,并且U型分水管242末端导入所述氢气导入腔以润湿氢气,集水流道241底面具有斜度,有利于水流入U型分水管242。
同时,为了对氢气进行加湿,所述氢气导入腔121具有倾斜设置的底面,所述四通道燃料电池双极板开设有在所述氢气导入腔121底面的低处连通所述氢气导入腔121的排水口243,且排水口243与氢气导入腔121之间通过U型排水管245连通,所述排水口243贯穿所述四通道燃料电池双极板设置以接入公用管路,所述氢气导入腔121底面的高处还设有挡水凸起244。
在本发明的实施例中,设置所述U型分水管242,一方面能够将氢气导入腔121与集水流道241隔断,同时U型排水管245也能够将氢气导入腔与排水口243隔断,防止氢气外溢。另一方面,U型分水管242流下的水在氢气流作用下产生雾化效果,并被氢气流带走,达到较好的氢气增湿效果,更进一步地,将U型分水管242向氢气导入腔121的出口设置为多孔喷嘴状结构,如图8所示,U型分水管242的末端设置一定数量阵列分布的分水孔246(本实施例中设置为12个),更有利于氢气流将反应水雾化;而所述挡水凸起244则能够避免反应水流向氢气进口122及氢气公用管路,同时氢气导入腔121具有倾斜设置的底面,更有利于排水。
另外,所述第一背脊101和第二背脊102优选为梯形构造,并且第二背脊102梯形底边一面靠近电池膜电极,也就是说第三流道槽130底边的一面靠近电池膜电极,可以增大冷却液与膜电极的接触面积,增强冷却效果;第一背脊101底边的一面靠近膜电极,则能够增大第二流道槽120与膜电极的接触面积,从而增强氢气的扩散和渗入效果。
一种利用本发明所述的四通道燃料电池双极板组成的燃料电池,包括叠合装配的多组上述四通道燃料电池双极板,其中,所述四通道燃料电池双极板边角处开设有螺栓孔400,所述螺栓孔400用于压紧多组所述四通道燃料电池双极板以装配成燃料电池,且多组所述四通道燃料电池双极板接触面设置有与所述四通道燃料电池双极板轮廓相符的密封圈300,以便于多组双极板经过叠合压紧后装配成燃料电池,密封圈300在适当的压紧力作用下能够对介质起到较好的密封作用。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种四通道燃料电池双极板,包括相对设置的阳极单板和阴极单板,其特征在于:
所述阳极单板向着阴极单板形成平行且交错突起的第一背脊和第二背脊,且第一背脊和第二背脊紧贴阴极单板,并在第一背脊、第二背脊之间形成第一流道槽;所述第一背脊和第二背脊相对于阴极单板的另一侧分别形成第二流道槽和第三流道槽;
所述阴极单板沿着第一背脊并向着第一背脊隆起的方向突起以形成第一喷嘴,且所述第一喷嘴入口宽于第一背脊以连通所述第一流道槽;所述阴极单板沿着第二背脊并向着第二背脊隆起的方向突起以形成第二喷嘴,且所述第二喷嘴入口宽于第二背脊以连通所述第一流道槽;第一喷嘴与第二喷嘴呈交错布置,且阴极单板在相对于阳极单板的另一侧形成夹在第一喷嘴和第二喷嘴之间的第四流道槽。
2.根据权利要求1所述的四通道燃料电池双极板,其特征在于,所述第二流道槽和第三流道槽分别用于输送氢气和冷却液,所述第一流道槽用于流通空气,所述第四流道槽用于流通反应水。
3.根据权利要求2所述的四通道燃料电池双极板,其特征在于,所述四通道燃料电池双极板开设有用于汇通第二流道槽一侧端口的氢气导入腔以及氢气进口,还开设有用于汇通第二流道槽另一侧端口的氢气集流腔以及氢气出口;
所述四通道燃料电池双极板开设有用于汇通第三流道槽一侧端口的冷却液导入腔以及冷却液进口,还开设有用于汇通第三流道槽另一侧端口的冷却液集流腔以及冷却液出口。
4.根据权利要求3所述的四通道燃料电池双极板,其特征在于,所述氢气导入腔及氢气进口设置于所述四通道燃料电池双极板处于工作姿态时的下方,而冷却液导入腔以及冷却液进口设置于所述四通道燃料电池双极板处于工作姿态时的上方。
5.根据权利要求3所述的四通道燃料电池双极板,其特征在于,所述四通道燃料电池双极板沿着第一背脊或第二背脊延伸的方向开设有用于向第一流道槽导入空气的空气导入口,所述四通道燃料电池双极板沿着第一背脊或第二背脊延伸的方向开设空气导出口。
6.根据权利要求5所述的四通道燃料电池双极板,其特征在于,所述氢气进口、氢气出口、冷却液进口、冷却液出口、空气导入口以及空气导出口均贯穿所述四通道燃料电池双极板设置以接入公用管路。
7.根据权利要求4所述的四通道燃料电池双极板,其特征在于,所述第一喷嘴和第二喷嘴在迎向第三流道槽内冷却液导入方向的侧面开设导入自身内部的渗水孔,所述第一喷嘴和第二喷嘴的边缘具有能够固定扩散层的厚度。
8.根据权利要求4所述的四通道燃料电池双极板,其特征在于,所述四通道燃料电池双极板在第四流道槽的下方倾斜设置有集水流道,所述集水流道末端设置有U型分水管,并且U型分水管末端导入所述氢气导入腔以润湿氢气;
所述氢气导入腔具有倾斜设置的底面,所述四通道燃料电池双极板开设有在所述氢气导入腔底面的低处连通所述氢气导入腔的排水口,且排水口与氢气导入腔之间通过U型排水管连通,所述排水口贯穿所述四通道燃料电池双极板设置以接入公用管路,所述氢气导入腔底面的高处还设有挡水凸起。
9.根据权利要求1所述的四通道燃料电池双极板,其特征在于,所述第一背脊和第二背脊呈梯形,所述第一喷嘴和第二喷嘴为圆台状。
10.一种燃料电池,其特征在于,包括权利要求1-9任一项所述的四通道燃料电池双极板,其中,所述四通道燃料电池双极板边角处开设有螺栓孔,所述螺栓孔用于压紧多组所述四通道燃料电池双极板以装配成燃料电池,且多组所述四通道燃料电池双极板接触面设置有与所述四通道燃料电池双极板轮廓相符的密封圈。
CN202310306936.6A 2023-03-27 2023-03-27 一种四通道燃料电池双极板及燃料电池 Pending CN116314914A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310306936.6A CN116314914A (zh) 2023-03-27 2023-03-27 一种四通道燃料电池双极板及燃料电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310306936.6A CN116314914A (zh) 2023-03-27 2023-03-27 一种四通道燃料电池双极板及燃料电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116314914A true CN116314914A (zh) 2023-06-23

Family

ID=86813057

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310306936.6A Pending CN116314914A (zh) 2023-03-27 2023-03-27 一种四通道燃料电池双极板及燃料电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116314914A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114551922A (zh) * 2022-03-02 2022-05-27 重庆理工大学 燃料电池双极板结构及燃料电池

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114551922A (zh) * 2022-03-02 2022-05-27 重庆理工大学 燃料电池双极板结构及燃料电池
CN114551922B (zh) * 2022-03-02 2024-02-20 重庆理工大学 燃料电池双极板结构及燃料电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6303245B1 (en) Fuel cell channeled distribution of hydration water
US7285352B2 (en) Separator for fuel cell and fuel cell therewith
US6406807B1 (en) Distribution of hydration fluid in a fuel cell
CN111146471B (zh) 一种一体式可再生燃料电池流场板及其电池结构
CN107968211B (zh) 一种用于质子交换膜燃料电池的流场板结构
EP1952471B1 (en) Pem fuel cell with charging chamber
CN106935883B (zh) 燃料电池系统
CN111477908A (zh) 适用于燃料电池电堆的透气双极板、燃料电池电堆
CN112909283A (zh) 一种质子交换膜燃料电池双极板
US20150333340A1 (en) Flow fields for use with an electrochemical cell
CN116314914A (zh) 一种四通道燃料电池双极板及燃料电池
JPH10284096A (ja) 固体高分子電解質型燃料電池
US20120003562A1 (en) Fuel cell
CN111613809A (zh) 一种基于人体肋骨衍化的仿生学质子交换膜燃料电池结构
JP5395521B2 (ja) 燃料電池スタック
CN116314915A (zh) 一种具有快速排水功能的双极板及燃料电池
CN110010921A (zh) 一种变截面燃料电池流场板
CN112490464A (zh) 一种具有内增湿结构的燃料电池双极板及电堆
CN115425257A (zh) 一种自调节紧凑型质子交换膜燃料电池的自增湿装置
CN113013435B (zh) 一种质子交换膜燃料电池以生物血管为灵感的流道布局
CN116454310A (zh) 一种高散热性双极板及燃料电池
TW548871B (en) Fuel cell or electrolyser construction
CN101312247B (zh) 燃料电池极板及使用该极板的燃料电池
CN111477909A (zh) 适用于燃料电池电堆的透气双极板、燃料电池电堆
KR102604253B1 (ko) 바이폴라 플레이트를 갖는 연료 전지 스택, 및 연료 전지 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination