CN208000969U - 双极板流道及双极板及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双极板流道及双极板及燃料电池，涉及燃料电池的技术领域，双极板流道包括多个流场沟脊；每两个流场沟脊之间形成一个流道；流场沟脊的宽度和高度均为100‑1000微米；流道的宽度为100‑1000微米。在使用过程中，流体从流道的一端进入，沿流道从其另一端流出。该双极板流道的流场沟脊的宽度和高度均为100‑1000微米，流道的宽度为100‑1000微米，这种超细密化流道的设置能够令流体在流道流通的过程中分布更加均匀，在进出口气体压力一定的情况下，压力损失梯度增大，实现快速排水，避免电极水淹现象的发生，因此能够配备更小功率的空压机，避免开发大功率的空压机，也能够防止燃料电池系统有效功率的降低。

Description

双极板流道及双极板及燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种双极板流道及双极板及燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种将氢气和氧气通过电化学氧化反应而发电的装置，其中，质子交换膜燃料电池通常是由膜电极、气体扩散层、双极板等部件交替堆叠而成。双极板主要分为石墨双极板、复合材料双极板和金属双极板。金属薄板具有较高的强度以及良好的导电、导热性能，原材料价格便宜且适合大批量生产方式，是燃料电池产业化的第一选择。

燃料电池的排水技术在由传统的重力排水方式向压力排水方式转变，而这一转变对空压机性能提出了更高的技术要求。在采用压力排水替代传统重力排水策略中，需要大功率的空压机，通过增大流路压力损失梯度来实现燃料电池排水，防止水淹现象的产生。

因此，现有技术中的质子交换膜燃料电池金属薄板双极板的设计增加了实用化空压机的开发难度；另一方面空压机功率的提高会造成燃料电池系统有效功率的降低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种双极板流道及双极板及燃料电池，以改善现有技术中存在的质子交换膜燃料电池金属薄板双极板的设计增加了实用化空压机的开发难度；另一方面空压机功率的提高会造成燃料电池系统有效功率的降低的技术问题。

本实用新型提供的双极板流道，包括多个流场沟脊；每两个流场沟脊之间形成一个流道；流场沟脊的宽度和高度均为100-1000微米；流道的宽度为100-1000微米。

进一步的，相邻的两个流场沟脊之间形成一个流道。

进一步的，多个流场沟脊依次水平间隔设置。

进一步的，流道为多个；多个流道依次间隔设置；每个流道的一端均为流体入口，另一端均为流体出口。

进一步的，流场沟脊包括多个第一沟脊和第二沟脊；多个第一沟脊和多个第二沟脊交错设置以形成多个流道；多个第一沟脊的第一端依次连接，多个第二沟脊的第二端依次连接，以令多个流道相互连通且呈蛇形设置。

进一步的，流场沟脊通过丝网印刷工艺制成。

进一步的，流道沿垂直与延伸方向的截面的形状为矩形。

进一步的，本实用新型还提供了一种双极板，双极板包括双极板流道。

进一步的，双极板包括阴极板和阳极板；阴极板和阳极板间隔设置；阴极板相对的两面和阳极板相对的两面均设置有多个流道；位于阴极板远离阳极板的一面的流道用于流通空气，阴极板靠近阳极板的一面的流道用于流通冷却水，阳极板远离阴极板的一面的流道用于流通氢气，阳极板靠近阴极板的一面的流道用于流通冷却水。

进一步的，本实用新型还提供了一种燃料电池，燃料电池包括多个膜电极组件和多个双极板；每两个双极板之间设置有一个膜电极组件。

本实用新型提供的双极板流道，在使用过程中，流体从流道的一端进入，沿流道从其另一端流出。该双极板流道的流场沟脊的宽度和高度均为100-1000微米，流道的宽度为100-1000微米，这种超细密化流道的设置能够令流体在流道流通的过程中分布更加均匀，在进出口气体压力损失一定的情况下，压力损失梯度增大，能够实现快速排水，避免电极水淹现象的发生，因此能够配备更小功率的空压机，避免开发大功率的空压机，也能够防止燃料电池系统有效功率的降低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的双极板流道的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例提供的双极板流道的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的阴极板的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的阳极板的结构示意图。

图标：1-流场沟脊；2-流道；3-流体入口；4-流体出口；5-阴极板；6-阳极板；7-氧化剂入口；8-氧化剂出口；9-燃料气体入口；10-燃料气体出口；11-冷却水入口；12-冷却水出口；13-第一定位孔；14-第二定位孔；15-第一空气导流流道；16-第二空气导流流道；17-第一氢气导流流道；18-第二氢气导流流道。

具体实施方式

下面将结合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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1为本实用新型实施例提供的双极板流道的结构示意图；图2为本实用新型另一实施例提供的双极板流道的结构示意图；如图1和图2所示，本实施例提供的双极板流道，包括多个流场沟脊1；每两个流场沟脊1之间形成一个流道2；流场沟脊1的宽度和高度均为100-1000微米；流道2的宽度为100-1000微米。

其中，流道2沿垂直与延伸方向的截面的形状可以为多种，例如：三角形、梯形或者半圆形等等。

进一步的，较佳地，流场沟脊1的宽度和高度为100-300微米。

进一步的，较佳地，流道2的宽度为100-300微米。

进一步的，在能够保证双极板性能的前提下，缩短流道2的长度，即缩短流体的传输距离。这样能够在进出口气体压力损失一定的情况下，压力损失梯度增大，实现快速排水，避免电极水淹现象的发生，因此能够配备更小功率的空压机。

进一步的，在双极板的制备过程中可对流道2进行光滑处理，即疏水处理。当燃料电池在80℃运行条件下，生成的水通常以水蒸气的形式呈现，这样能够利用较大的压力损失梯度将生成的水蒸气快速排出燃料电池，有效防止阴极电极水淹。

进一步的，每个流道2之间间隔的距离可相同或者不同。

本实施例提供的双极板流道，在使用过程中，流体从流道2的一端进入，沿流道2从其另一端流出。该双极板流道的流场沟脊1的宽度和高度均为100-1000微米，流道2的宽度为100-1000微米，这种超细密化流道2的设置能够令流体在流道2流通的过程中分布更加均匀，并且在进出口压力损失一定的情况下，压力损失梯度增大，实现快速排水，避免电极水淹现象的发生，因此能够配备更小功率的空压机，避免开发大功率的空压机，也能够防止燃料电池系统有效功率的降低。

如图1和图2所示，在上述实施例的基础上，进一步的，相邻的两个流场沟脊1之间形成一个流道2。

其中，两个相邻的流道2之间间隔的距离相同，即间隔距离为一个流场沟脊1的宽度。

进一步的，流场沟脊1的形状可以为波浪形。

本实施例中，相邻的两个流场沟脊1之间形成一个流道2。超细密化流道2的设置能够令流体在流道2流通的过程中分布更加均匀，能够提高有效面积的利用率。

如图1和图2所示，在上述实施例的基础上，进一步的，多个流场沟脊1依次水平间隔设置。

本实施例中，水平的设置能够减少流体在流通的过程中遇到的阻力，减少压力的损失。

如图1所示，在上述实施例的基础上，进一步的，流道2为多个；多个流道2依次间隔设置；每个流道2的一端均为流体入口3，另一端均为流体出口4。

本实施例中，在使用过程中，流体从多个流道2的流体入口3进入，经过流道2从流体出口4流出。由于空气从多个空气流道24流通，氢气从多个氢气流道2流通，这样不仅能够加快流体流通的速度，减少流通过程中遇到的阻力，还能够令流体分布更加均匀。

如图2所示，在上述实施例的基础上，进一步的，流场沟脊1包括多个第一沟脊和第二沟脊；多个第一沟脊和多个第二沟脊交错设置以形成多个流道2；多个第一沟脊的第一端依次连接，多个第二沟脊的第二端依次连接，以令多个流道2相互连通且呈蛇形设置。

本实施例中，在使用过程中，流体从蛇形流道2的一端通入，经过蛇形流道2从其另一端流出，蛇形流道2的设置能够提高有效面积的利用率。

在上述实施例的基础上，进一步的，流场沟脊1通过丝网印刷工艺制成。

其中，在制作流场沟脊1的过程中，首先将导电剂、表面活性剂、去离子水按照一定的比例混合，将混合物用搅拌器充分搅拌，待导电剂成模糊状、表面活性剂分散均匀后，添加适量的聚四氟乙烯分散液，继续搅拌从而获得丝网印刷时所需要的浆料。

进一步的，准备好流道2的网版，以及合适粘度的浆料，对金属板严格按照印刷工艺进行丝网印刷，经过三段式烘干塔进行干燥处理。本实施例中，丝网印刷的工艺与现有技术相比，能够降低模具开模费用，并且不会受制于金属材料自身特性、精细加工技术及冲压成形过程存在的厚度极限的问题。

在上述实施例的基础上，进一步的，流道2沿垂直与延伸方向的截面的形状为矩形。

本实施例中，矩形截面的设置能够更加方便工作人员制作加工，且流体流通的面积较大。这样能够加快流体流通的速度，减少流通过程中遇到的阻力。

在上述实施例的基础上，进一步的，本实用新型还提供了一种双极板，双极板包括双极板流道。

本实施例中，双极板具有上述的双极板流道，其产生的效果与双极板流道的效果相同，不再赘述。

图3为本实用新型实施例提供的阴极板的结构示意图；图4为本实用新型实施例提供的阳极板的结构示意图；如图3和图4所示，在上述实施例的基础上，进一步的，双极板包括阴极板5和阳极板6；阴极板5和阳极板6间隔设置；阴极板5相对的两面和阳极板6相对的两面均设置有多个流道2；位于阴极板5远离阳极板6的一面的流道2用于流通空气，阴极板5靠近阳极板6的一面的流道2用于流通冷却水，阳极板6远离阴极板5的一面的流道2用于流通氢气，阳极板6靠近阴极板5的一面的流道2用于流通冷却水。

其中，沿阴极板5和阳极板6的延伸方向贯穿有氧化剂入口7、氧化剂出口8、燃料气体入口9、燃料气体出口10、冷却水入口11以及冷却水出口12。氧化剂入口7和氧化剂出口8通过位于阴极板5远离阳极板6的一面的流道2连通，燃料气体入口9和燃料气体出口10通过阳极板6远离阴极板5的一面的流道2连通，冷却水入口11和冷却水出口12通过阴极板5靠近阳极板6的一面的流道2以及阳极板6靠近阴极板5的一面的流道2连通。

进一步的，双极板还包括固定螺栓；阴极板5和阳极板6上分别设置有与固定螺栓相配合的第一定位孔13和第二定位孔14。在安装过程中，工作人员将固定螺栓依次穿设过第一定位孔13与第二定位孔14，从而令阴极板5和阳极板6固定连接。固定螺栓、第一定位孔13以及第二定位孔14能够起到限位的作用。

进一步的，第一定位孔13和第二定位孔14可以为多个，这样能够令阴极板5和阳极板6连接更加稳定，当多个双极板组成燃料电池时，可以令燃料电池更加稳固。

进一步的，阴极板5上设置有第一空气导流流道15和第二空气导流流道16；氧化剂入口7通过第一空气导流流道15与阴极板5远离阳极板6的一面的流道2连通，氧化剂出口8通过第二空气导流流道16与阴极板5远离阳极板6的一面的流道2连通。阳极板6上设置有第一氢气导流流道17和第二氢气导流流道18；燃料气体入口9通过第一氢气导流流道17与阳极板6远离阴极板5的一面的流道2连通，燃料气体出口10通过第二氢气导流流道18与阳极板6远离阴极板5的一面的流道2连通。在使用过程中，空气从氧化剂入口7通入，经过第一空气导流流道15进入阴极板5远离阳极板6的一面的流道2，然后沿第二空气导流流道16从氧化剂出口8流出。氢气从燃料气体入口9通入，经过第一氢气导流流道17进入阳极板6远离阴极板5的一面的流道2，然后沿第二氢气导流流道18从燃料气体出口10流出。第一空气导流流道15、第二空气导流流道16、第一氢气导流流道17以及第二氢气导流流道18的设置能够令空气和氢气流通畅通，使气体分配更加均匀。

进一步的，氧化剂入口7的大小和氧化剂出口8的大小大于燃料气体入口9的大小和燃料气体出口10的大小。由于从氧化剂入口7通入的气体为空气，并不是纯氧气，而从燃料气体入口9通入的是氢气，这种设置是为了有足够的氧气量与氢气反应。

进一步的，阴极板5和阳极板6的边角处设置为圆角。在安装燃料电池的过程中，圆角的设置能够防止划伤工作人员或者其他结构件。

本实施例中，阴极板5和阳极板6的两面均设置有多个流道2。超细密化流道2的设置能够令流体在流道2流通的过程中分布更加均匀，在进出口气体压力损失一定的情况下，压力损失梯度增大，能够实现快速排水，避免电极水淹现象的发生，因此能够配备更小功率的空压机，避免开发大功率的空压机，也能够防止燃料电池系统有效功率的降低，从而提高双极板的性能。

在上述实施例的基础上，进一步的，本实用新型还提供了一种燃料电池，燃料电池包括多个膜电极组件和多个双极板；每两个双极板之间设置有一个膜电极组件。

本实施例中，燃料电池具有多个膜电极组件和多个上述的双极板，其产生的效果与双极板的效果相同，不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种双极板流道，其特征在于，包括：多个流场沟脊；

每两个所述流场沟脊之间形成一个流道；所述流场沟脊的宽度和高度均为100-1000微米；所述流道的宽度为100-1000微米；相邻的两个所述流场沟脊之间形成一个所述流道；多个所述流场沟脊依次水平间隔设置；

所述流场沟脊包括多个第一沟脊和第二沟脊；多个所述第一沟脊和多个所述第二沟脊交错设置以形成多个所述流道；多个所述第一沟脊的第一端依次连接，多个所述第二沟脊的第二端依次连接，以令多个所述流道相互连通且呈蛇形设置。

2.根据权利要求1所述的双极板流道，其特征在于，所述流道为多个；

多个所述流道依次间隔设置；每个所述流道的一端均为流体入口，另一端均为流体出口。

3.根据权利要求1所述的双极板流道，其特征在于，所述流场沟脊通过丝网印刷工艺制成。

4.根据权利要求1所述的双极板流道，其特征在于，所述流道沿垂直于延伸方向的截面的形状为矩形。

5.一种双极板，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的双极板流道。

6.根据权利要求5所述的双极板，其特征在于，包括阴极板和阳极板；所述阴极板和所述阳极板间隔设置；

所述阴极板相对的两面和所述阳极板相对的两面均设置有多个所述流道；位于所述阴极板远离所述阳极板的一面的所述流道用于流通空气，所述阴极板靠近所述阳极板的一面的所述流道用于流通冷却水，所述阳极板远离所述阴极板的一面的所述流道用于流通氢气，所述阳极板靠近所述阴极板的一面的所述流道用于流通冷却水。

7.一种燃料电池，其特征在于，包括多个膜电极组件和多个如权利要求5或6任一项所述的双极板；

每两个所述双极板之间设置有一个所述膜电极组件。