CN206774622U - 一种用于氢燃料电池的电极板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于氢燃料电池的电极板，该电极板包括具有相对的两个侧面的金属板，金属板的一个侧面内设置有流道，流道的两侧设置有流体入口组件和流体出口组件，金属板的一个侧面上设置有第一催化剂层以及金属板的相对侧面上设置有第二催化剂层。本实用新型还公开了一种包括这样的电极板的氢燃料电池。本实用新型的具有这样的流道和催化剂层的电极板提高了氢气的利用率，并进而提高了氢燃料电池的能量转换效率。

Description

一种用于氢燃料电池的电极板

技术领域

本实用新型涉及一种用于氢燃料电池的电极板及包含该电极板的氢燃料电池。

背景技术

氢燃料电池作为质子交换膜燃料电池的一种，通过持续发生在阳极和阴极的氧化还原反应能够将化学能转化为电能。

电极板是典型的氢燃料电池组的重要组成部分，其既作为电流集流板，也用于支撑膜电极。电极板上的导流流道既用于燃料氢气和氧化剂进入阳极和阴极表面的通道，又作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。

目前，一直在致力于改进电极板的材料、结构以及电极板的制备工艺等来增强氢气和氧气的反应，进而提高氢燃料电池的能量转换效率。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于氢燃料电池的改进的电极板以提高氢燃料电池的能量转换效率。

本实用新型的一个目的是提供一种用于氢燃料电池的电极板。

本实用新型的另一个目的是提供一种包含该电极板的氢燃料电池。

本实用新型的用于氢燃料电池的电极板包括具有相对的两个侧面的金属板，金属板的一个侧面内设置有流道，流道的两侧设置有流体入口组件和流体出口组件，金属板的一个侧面上设置有第一催化剂层以及金属板的相对侧面上设置有第二催化剂层。

可选地，第一催化剂层和第二催化剂层包含相同的或不同的催化剂。

可选地，金属板的一个侧面上和/或金属板的相对侧面上设置有高电导率的防腐涂层。

可选地，流道包括多个主流道和多个辅助流道，且辅助流道用于连通主流道。

可选地，多个主流道彼此间隔且彼此平行。

可选地，辅助流道的形状是半圆形、矩形或梯形。

可选地，流体入口组件由氢气流体入口、氧气流体入口和冷却流体入口组成。

可选地，流体出口组件由氢气流体出口、氧气流体出口和冷却流体出口组成。

可选地，电极板的内壁与距离电极板的内壁最近的流道的边缘之间的距离是6毫米。

本实用新型的氢燃料电池包括上述电极板。

本实用新型的电极板通过设置在金属板的两侧面上的催化剂层进行催化作用有效地提升了通入氢燃料电池内的氢气和氧气在流道进行混合的反应速率，从而进一步提高了氢燃料电池的能量转换效率。本实用新型的电极板由于具有上述特定结构的流道而延长了流道的整体长度，使得氢气和氧气在流道中能够充分反应，从而能够解决现有技术中的电极板使得氢气利用率较低的问题，进而解决提高氢燃料电池的能量转换效率的问题。

本实用新型提供的电极板能够用在多种类型的氢燃料电池中。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型的一个实施例的电极板的示意图；

图2是根据本实用新型的一个实施例的电极板的流道的示意性纵向截面图。

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，下面将结合本实用新型的具体实施例及相应的附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。

下面参考图1所提供的本实用新型的电极板的一种具体实施例的结构示意图和图2所提供的电极板的一种具体实施例的流道的示意性纵向截面图来阐释本实用新型的电极板。该电极板包括具有相对的两个侧面的金属板10。金属板的一个侧面上设置有第一催化剂层20以及金属板的相对侧面上设置有第二催化剂层30。

第一催化剂层20和第二催化剂层30包含的催化剂均选自由纳米尺寸的铂颗粒、钌颗粒或铂-钌合金颗粒组成的组。在铂-钌合金颗粒中，铂的重量百分比范围在20wt％－80wt％之间。在铂-钌合金颗粒中，铂与钌的重量比是1:1-1:2，优选1:1。铂颗粒、钌颗粒以及铂-钌合金颗粒的粒径尺寸在1-10nm。

参考图2可知，通过掩模技术或本领域已知的其他技术可以使第一催化剂层不涂覆在流道内。然而，第一催化剂层也可以均匀地涂覆遍及多个主流道和多个辅助流道内，或部分流道内。此外，第一催化剂层和第二催化剂层也可以以特定的图案分别涂覆在金属板的两个侧面上。

在实际应用中，进入流道内的氢气和氧气在金属板的两个侧面上的相同或不同的(优选不同的)催化剂(如第一催化剂层包含铂颗粒而第二催化剂层包含钌颗粒)的催化作用下，能够加快反应速率，从而解决了现有技术中的电极板的氢气利用率较低的问题。

另外，金属板的一个侧面上和/或金属板的相对侧面上设置有高电导率的防腐涂层(未显示)，以增强金属板的抗腐蚀性并增强导电性。

参考图1可知，金属板的一个侧面内设置有流道，流道的两侧设置有流体入口组件和流体出口组件。流体入口组件包括氧气入口11、冷却流体入口12以及氢气入口13。流体出口组件包括与氢气入口13呈中心对称布置的氢气出口14、与冷却流体入口12呈中心对称布置的冷却流体出口15以及与氧气入口11呈中心对称布置的氧气出口16。本领域技术人员将会已知氧气入口、冷却流体入口、氢气入口以及它们对应的出口的其他布置形式也可以适用于本实用新型，只要能够实现下述功能即可：通过氧气入口引入氧化剂氧气或空气，通过氢气入口引入燃料氢气以及通过冷却流体入口和出口用于将蒸汽形态的水冷却成液态的水排出流道。

流道包括主流道17和辅助流道18。多个主流道17以一定的间距平行隔开。图2示意性地显示了主流道17的纵向截面是矩形，然而半圆形、梯形、U形等其他纵向截面形状也可以适用于本实用新型。

多个辅助流道18的形状是半圆形或矩形或梯形。辅助流道18的纵向截面形状与主流道17的一致。辅助流道18用于连通主流道17以便各主流道通过辅助流道的连接能够形成至少一条连通路径，从而使得氢气从氢气入口进入流道后，能通过流道顺利到达氢气出口处，这样便能够延长流道的整体长度，使得氢气和氧气在流道中能够充分反应，从而进一步解决了现有技术中的电极板使得氢气利用率较低的问题。

在实际应用中，由主流道和辅助流道组成的流道可以呈曲线形排布，也可以呈折线形排布，本实用新型对此将不做限定。主流道17和辅助流道18相互连通的方式也可以有很多种，比如主流道17和辅助流道18可以采用对接的方式相互连通，也可以采用一体成型的方式进行相互连通，本实用新型对此也不做限定。

本实用新型实施例提供的电极板经过多次实验，最终发现电极板的内壁与距离该内壁最近的流道的边缘之间的距离是6mm时，所产生的应力最小，可以作为一种最优的方案。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种用于氢燃料电池的电极板，其特征在于，所述电极板包括具有相对的两个侧面的金属板，所述金属板的一个侧面内设置有流道，所述流道的两侧设置有流体入口组件和流体出口组件，所述金属板的一个侧面上设置有第一催化剂层以及所述金属板的相对侧面上设置有第二催化剂层。

2.如权利要求1所述的电极板，其特征在于，所述第一催化剂层和所述第二催化剂层包含相同的或不同的催化剂。

3.如权利要求1所述的电极板，其特征在于，所述金属板的一个侧面上和/或所述金属板的相对侧面上设置有高电导率的防腐涂层。

4.如权利要求1-3中任一项所述的电极板，其特征在于，所述流道包括多个主流道和多个辅助流道，且所述辅助流道用于连通所述主流道。

5.如权利要求4所述的电极板，其特征在于，多个所述主流道彼此间隔且彼此平行。

6.如权利要求4所述的电极板，其特征在于，所述辅助流道的形状是半圆形、矩形或梯形。

7.如权利要求1-3中任一项所述的电极板，其特征在于，所述流体入口组件由氢气流体入口、氧气流体入口和冷却流体入口组成。

8.如权利要求1-3中任一项所述的电极板，其特征在于，所述流体出口组件由氢气流体出口、氧气流体出口和冷却流体出口组成。

9.如权利要求1-3中任一项所述的电极板，其特征在于，所述电极板的内壁与距离所述电极板的内壁最近的所述流道的边缘之间的距离是6毫米。

10.一种氢燃料电池，包括如权利要求1-9中任一项所述的电极板。