CN202712341U - 一种燃料电池及其导流板 - Google Patents

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张宝春
靳殷实
韩福江
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Beijing Institute of Space Launch Technology
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AEROSPACE NEW CHANGZHENG ELECTRIC VEHICLE TECHNOLOGY Co Ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池导流板，所述导流板的表面设有导流道，所述导流道的入口处设置有倒角，所述导流道的出口设置有缩喉。本实用新型还公开了一种燃料电池，所述燃料电池包括膜电极和上述导流板，所述膜电极被夹于所述导流板之间。本实用新型提供的燃料电池导流板可使燃料电池堆各单电池性能一致，从而可以提高燃料电池堆的使用寿命及运行稳定性。通过在导流道的入口增加具有导流作用的倒角，在导流道的出口设置缩喉，使其形成缩口，以增大电堆单电池导流板上流体入口与出口压力差，从而使电堆所有单电池导流板的流体分布平衡，减小单电池电压不均匀度，提高单电池的一致性。

Description

一种燃料电池及其导流板
技术领域
本实用新型涉及燃料电池领域，特别是指一种质子交换膜燃料电池及其导流板。
背景技术
燃料电池是一种能够将燃料氢及空气中的氧转化成电能及反应物的装置。燃料电池的核心部件是膜电极，该部件由一层质子交换膜、两层催化剂涂层以及两层扩散层组成，氢气经扩散层到达催化层，在阳极催化剂的作用下，氢气形成H+并与多个水分子结合穿越质子交换膜在阴极与氧离子结合生成水，对外释放电能并同时产生热。
典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极一般均放在两块导流板的中间，每块导流板与膜电极接触的表面通过模压或机械铣刻加工，形成至少一条以上的导流槽。这些导流板上的导流槽分别将燃料气和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区，导流板的材质可以是石墨材料也可以是金属材料。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只有一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料气的导流板与阴极氧化剂的导流板。这些导流板既作电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流板上的导流槽又作为燃料气与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成水的通道。
为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过叠合的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在叠合、串联式的电池组中，一块导流板的两个侧面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种导流板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体化电堆。
目前，质子交换膜燃料电池堆一般都由数个或数十个，甚至一百多个单电池通过叠合串联方式集合而成。因此，较难平衡电堆中所有单电池导流板的流体分布。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种燃料电池及其导流板，用于平衡电堆中所有单电池导流板的流体分布，提高单电池的一致性。
基于上述目的，本实用新型提供的燃料电池导流板的表面设有导流道，所述导流道的入口处设置有倒角，所述导流道的出口设置有缩喉。
可选地，所述倒角的角度为10～15°，所述倒角的长度为1～4mm。
可选地，所述导流道出口的宽度和/或深度减小5～40丝(1mm等于100丝)，形成缩喉。
优选地，所述导流道的入口和出口均设置于导流板的边缘。
优选地，所述导流板还包括配气总进口和配气总出口，所述配气总进口和配气总出口均从导流板的一个表面穿透至另一个表面；所述导流道的入口与配气总进口相连，所述导流道的出口与配气总出口连接。
可选地，所述导流道的数量大于1，且所述导流道的入口均连接于所述配气总进口，所述导流道的出口均连接于所述配气总出口。
可选地，所述导流道为梳状或者蛇状。
本实用新型还提供了一种燃料电池，所述燃料电池包括膜电极和上述导流板，所述膜电极被夹于所述导流板之间。
从上面所述可以看出，本实用新型提供的燃料电池导流板可使燃料电池堆各单电池性能一致，从而可以提高燃料电池堆的使用寿命及运行稳定性。通过在导流道的入口增加具有导流作用的倒角，在导流道的出口设置缩喉，使其形成缩口，以增大电堆单电池导流板上流体入口与出口压力差，从而使电堆所有单电池导流板的流体分布平衡，减小单电池电压不均匀度，提高单电池的一致性。
附图说明
图1为本实用新型实施方案1提供的导流板的结构示意图；
图2为本实用新型实施方案2提供的导流板的结构示意图；
图3为本实用新型实施方案3提供的导流板的结构示意图；
图4为本实用新型实施方案3提供的导流板的剖视图；
图5为本实用新型实施方案4提供的导流板的结构示意图；
图6为本实用新型实施方案4提供的导流板的剖视图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
本实用新型提供的一种燃料电池导流板的表面设有导流道，所述导流道的入口处设置有倒角，所述导流道的出口设置有缩喉。
可选地，所述倒角的角度为10～15°，所述倒角的长度为1～4mm。
可选地，所述导流道出口的宽度和/或深度减小5～40丝，形成缩喉。
实施方案1
参考图1，为本实用新型实施方案1提供的导流板的结构示意图。作为本实用新型的一个实施方案，所述导流板的表面设有梳状的导流道3，且导流道3的入口1和出口5均设置于导流板的边缘，所述入口1和出口5对称设置。所述入口1处设置有倒角2，所述出口5设置有缩喉4。
可选地，所述倒角的角度为10～15°，所述倒角的长度为1～4mm。
可选地，所述导流道出口的宽度和/或深度减小5～40丝。
本实施方案通过导流板外配气，向入口1处提供燃料气和氧化剂，流经倒角2进入导流道3，电化学反应后，生成水和多余的气体流经缩喉4，并通过出口5排出，以增大电堆单电池导流板上的流体入口压力与出口压力差。
需要指出的是，本实施方案中所述导流道3的数量为3条，在实际操作中，可以根据需要设置导流道3的数量。
实施方案2
参考图2，本实用新型实施方案2提供的导流板的结构示意图。作为本实用新型的另一个实施方案，本实施方案在实施方案1的基础上，仅将梳状的导流道改为蛇状的导流道，且所述入口1和出口5在导流板上对角设置。由于减少了出口5的数量，可以进一步增大电堆单电池导流板上流体入口与出口压力差。
实施方案3
参考图3和图4，为本实用新型实施方案3提供的导流板的结构示意图和剖视图。所述导流板的表面设有梳状的导流道3、配气总进口6和配气总出口7，所述配气总进口6和配气总出口7均从导流板的一个表面穿透至另一个表面。所述导流道3的入口1均与配气总进口6相连，所述导流道3的出口5均与配气总出口7连接。所述入口1和出口5对称地设置在导流板的表面，所述入口1处设置有倒角2，所述出口5设置有缩喉4。
可选地，所述倒角的角度为10～15°，所述倒角的长度为1～4mm。
可选地，所述导流道出口的宽度和/或深度减小5～40丝。
本实施方案通过配气总进口6向入口1处提供燃料气和氧化剂，流经倒角2进入导流道3，电化学反应后，生成水和多余的气体流经缩喉4和出口5，并通过配气总出口7排出。
需要指出的是，本实施方案中所述导流道3的数量为3条，在实际操作中，可以根据需要设置导流道3的数量。
实施方案4
参考图5和图6，为本实用新型实施方案4提供的导流板的结构示意图和剖视图。本实施方案在实施方案3的基础上，仅将梳状的导流道改为蛇状的导流道，且所述入口1和出口5在导流板上对角设置，所述配气总进口6和配气总出口7也相应地设置在导流板的对角。
本实用新型还提供了一种燃料电池，所述燃料电池包括膜电极和上述任意一个实施方案中的导流板，所述膜电极被夹于所述导流板之间。
在叠合、串联式的电池组中，一块导流板的两个侧面都可以有导流道，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面。一连串的单电池通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一个电池组。其中，所述导流板两面的上的导流道可以是相同的导流道，也可以是不同的导流道。
实施例1
F25-40型500W常压风冷型燃料电池电堆，该电堆由40个单电池组成，电堆运行温度42℃-55℃。单电池阴极或阳极导流板，流道的入口增加具有导流作用的倒角，倒角角度为15°，倒角长度2毫米；阴极或阳极导流板的出口宽度减小10丝或深度减小30丝，形成缩喉。电堆单电池平均电压提高5%；单电池电压不均匀度由35mV减小到15mV以内。
实施例2
F100-80型3000W低压水冷型燃料电池电堆，该电堆由80个单电池组成，电堆运行温度55℃-65℃。单电池阴极或阳极导流板，流道的入口增加具有导流作用的倒角，倒角角度为8°，倒角长度3毫米；阴极或阳极导流板的出口宽度减小5丝或深度减小10丝，形成缩口。电堆单电池平均电压提高3%；单电池电压不均匀度由30mV减小到15mV以内。
从上面所述可以看出，本实用新型提供的燃料电池导流板可使燃料电池堆各单电池性能一致，从而可以提高燃料电池堆的使用寿命及运行稳定性。通过在导流道的入口增加具有导流作用的倒角，在导流道的出口设置缩喉，使其形成缩口，以增大电堆单电池导流板上流体入口与出口压力差，从而使电堆所有单电池导流板的流体分布平衡，减小单电池电压不均匀度，提高单电池的一致性。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种燃料电池导流板，其特征在于，所述导流板的表面设有导流道，所述导流道的入口处设置有倒角，所述导流道的出口处设置有缩喉。
2.根据权利要求1所述的燃料电池导流板，其特征在于，所述倒角的角度为10～15°，所述倒角的长度为1～4mm。
3.根据权利要求1所述的燃料电池导流板，其特征在于，所述导流道出口的宽度和/或深度减小5～40丝，形成缩喉。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的燃料电池导流板，其特征在于，所述导流道的入口和出口均设置于导流板的边缘。
5.根据权利要求1～3任意一项所述的燃料电池导流板，其特征在于，所述导流板还包括配气总进口和配气总出口，所述配气总进口和配气总出口均从导流板的一个表面穿透至另一个表面；所述导流道的入口与配气总进口相连，所述导流道的出口与配气总出口连接。
6.根据权利要求5所述的燃料电池导流板，其特征在于，所述导流道的数量大于1，且所述导流道的入口均连接于所述配气总进口，所述导流道的出口均连接于所述配气总出口。
7.根据权利要求1所述的燃料电池导流板，其特征在于，所述导流道为梳状或者蛇状。
8.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括膜电极和根据权利要求1～7任意一项所述的导流板，所述膜电极被夹于所述导流板之间。
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