CN208208882U - 一种带加强结构的氢燃料电池金属双极板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带加强结构的氢燃料电池金属双极板，包括阳极板和阴极板；所述阳极板包括：公共通道、流体分配区、流场区、密封槽、及加强结构及定位销；所述阴极板包括：公共通道、流体分配区、流场区、密封槽、及加强结构及定位销。采用上述结构，在双极板中增加了加强结构，提高了双极板的强度，有利于消除冲压和焊接的残余应力，提高了电堆性能和寿命。

Description

一种带加强结构的氢燃料电池金属双极板

技术领域

本实用新型涉及氢燃料电池领域，尤其涉及一种带加强结构的氢燃料电池金属双极板。

背景技术

金属双极板由两块厚度为0.1-0.5mm的冲压成型的阴阳极单板经焊接而成。阴极单板有氢气、空气、冷却液出入口，凹槽型氧气流道；阳极单板有氢气、空气、冷却液出入口，凹槽型氢气流道；由于单板很薄，很容易受到冲压成型和焊接的残余应力的影响，造成翘曲变行，降低双极板的平整度，而双极板的平整度会影响：1)膜电极与双极板的接触电阻，2)表面镀膜的机械稳定，进而影响电堆的性能与寿命。尤其是大面积双极板，在后续的工艺中，例如表面处理，组装，若双极板的强度不够，同样容易扭曲变形。

目前公开的金属双极板相关的专利中，绝大部分是关于反应物进出口及流道、冷却剂进出口及流道的结构设计与制造，很少对双极板进行加强结构的设计与制造。专利号CN 107507993 A公开了一种质子交换膜燃料电池金属双极板，基于常规的3进3出结构，增加了1个氢气出口和1个空气出口，便于反应气体分配均匀与生成液态水的排出；专利号CN102969513 A公开了车用燃料电池的大面积金属双极板，结构紧凑，流场区域面积大；专利号CN205319237 U公开了一种燃料电池双极板，采用波纹型流道结构。上述的双极板结构能实现导流、隔离气腔、水腔的功能，但是在增加双极板自身强度的结构设计有所欠缺。

在阴极单板和阳极单板上增加加强结构有利于增加极板的结构强度，消除残余应力，从而提高双极板的平整度，有利于降低接触电阻以及提高双极板表面镀膜的稳定性。因此，改善金属双极板的结构强度很有必要。

实用新型内容

为克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种带加强结构的氢燃料电池金属双极板。

本实用新型为达到上述技术目的所采用的技术方案是：一种带加强结构的氢燃料电池金属双极板，其特征在于，所述双极板包括：阳极板和阴极板；所述阳极板包括：公共通道、流体分配区、流场区、密封槽、及加强结构及定位销；所述阴极板包括：公共通道、流体分配区、流场区、密封槽、及加强结构及定位销。

在一些实施例中，所述阳极板呈长方形，密封槽与边缘之间有弧形加强结构、弧形加强结构、弧形加强结构、弧形加强结构和直型加强结构，弧形加强结构位于长方形的四个角，直形加强结构按一定的间隔排列一圈。

在一些实施例中，所述密封圈内区域左侧从上至下依次设有还原剂公共入口通道、冷却剂公共出口通道和氧化剂公共出口通道，密封圈内区域右侧从上至下设有氧化剂入口公共通道、冷却剂入口公共通道、还原剂出口公共通道。

在一些实施例中，所述还原剂公共入口通道呈呈方形，右侧设有加强结构及还原剂入口导流肋，上方与密封槽之间设有加强结构；冷却剂出口公共通道呈方形，紧邻周边设有加强结构，右侧设有冷却剂出口导流肋；与还原剂公共入口通道、冷却剂公共出口通道及密封槽相邻区域设有三角形或圆形加强结构；氧化剂公共出口通道右侧设有氧化剂出口导流肋；与冷却剂公共入口通道呈、氧化剂公共出口通道及密封槽相邻区域设有三角形或圆形加强结构；氧化剂公共入口通道左侧设有氧化剂入口导流肋；冷却剂公共入口通道紧邻周边设有加强结构，左侧设有冷却剂入口导流肋；与氧化剂公共入口通道、冷却剂公共入口通道及密封槽相邻区域设有三角形或圆形加强结构；还原剂公共出口通道呈方形，左侧设有加强结构、还原剂出口导流肋，下方与密封槽之间设有加强结构。

在一些实施例中，所述冷却剂公共入口通道、还原剂公共入口通道及密封槽相邻区域设有三角形或圆形加强结构；中间区域为流场区域，上表面是阳极流场，下表面是冷却剂流场，如图所示，流道为凹凸型结构。流场的一侧为阳极入口分配区，另一侧为阳极出口分配区。还原剂气体经过还原剂公共入口通道、加强结构、还原剂入口导流肋、入口分配区、流场区、出口分配区、还原剂出口导流肋、加强结构进入还原剂公共出口通道。

在一些实施例中，所述阴极板呈长方形，密封槽与边缘之间有弧形加强结构、弧形加强结构、弧形加强结构、弧形加强结构和直形加强结构，弧形加强结构位于长方形的四个角，直形加强结构按一定的间隔排列一圈。

在一些实施例中，所述密封圈内区域左侧从下至上依次设有还原剂入口公共通道、冷却剂出口公共通道和氧化剂出口公共通道，密封圈内区域右侧从下至上设有氧化剂入口公共通道、冷却剂入口公共通道、还原剂出口公共通道。

在一些实施例中，所述还原剂公共入口通道呈呈方形，右侧设有加还原剂入口导流肋，下方与密封槽之间设有加强结构；冷却剂出口公共通道呈方形，紧邻周边设有加强结构，右侧设有冷却剂出口导流肋；与还原剂公共入口通道、冷却剂公共通道出口及密封槽相邻区域设有三角形或圆形加强结构；氧化剂公共出口通道右侧设有氧化剂出口导流肋、加强结构；与冷却剂公共出口通道、氧化剂公共出口通道及密封槽相邻区域设有三角形或圆形加强结构；氧化剂入口公道通道左侧设有氧化剂出口氧化剂入口导流肋、加强结构；冷却剂入口公共通道呈方形，紧邻周边设有加强结构，左侧设有冷却剂入口导流肋；与氧化剂公共入口通道、冷却剂公共入口通道及密封槽相邻区域设有三角形或圆形加强结构；还原剂公共出口通道呈方形，左侧设有还原剂出口还原剂出口导流肋，上方与密封槽之间设有加强结构。

在一些实施例中，所述与冷却剂公共入口通道、还原剂公共出口通道及密封槽相邻区域设有三角形或圆形加强结构；中间区域为流场区域，流道结构为凹凸型结构，流场的一侧为阳极入口分配区，另一侧为阳极出口分配区。阳极板下表面与还原剂流道对应的是冷却剂流道。中间区域为流场区域，上表面是阴极流场，下表面是冷却剂流场，如图所示，流道为凹凸型结构。流场的一侧为阴极入口分配区，另一侧为阴极出口分配区。

在一些实施例中，所述氧化剂气体经过氧化剂公共入口通道、加强结构、氧化剂入口导流肋、氧化剂入口分配区、流场区、氧化剂出口分配区、氧化剂出口导流肋、加强结构进入氧化剂公共出口通道。

本实用新型的有益效果是：采用上述结构，在双极板中增加了加强结构，提高了双极板的强度，有利于消除冲压和焊接的残余应力，提高了电堆性能和寿命。

附图说明

图1阳极单板结构示意图；

图2阴极单板结构示意图；

图3双极板流道结构截面示意图；

图4直型加强结构示意图；

图5弧形加强结构示意图；

图6三角形加强结构示意图；

图7圆形加强结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1-图7所示，本实用新型提供一种带加强结构的氢燃料电池金属双极板，其特征在于，所述双极板包括：阳极板和阴极板；所述阳极板包括：公共通道、流体分配区、流场区、密封槽、及加强结构及定位销；所述阴极板包括：公共通道、流体分配区、流场区、密封槽、及加强结构及定位销。

在一些实施例中，所述阳极板呈长方形，密封槽8与边缘之间有弧形加强结构1、弧形加强结构11、弧形加强结构23、弧形加强结构26和直型加强结构2，弧形加强结构位于长方形的四个角，直形加强结构2按一定的间隔排列一圈。

在一些实施例中，所述密封圈8内区域左侧从上至下依次设有还原剂公共入口通道34、冷却剂公共出口通道30和氧化剂公共出口通道34，密封圈8内区域右侧从上至下设有氧化剂入口公共通道12、冷却剂入口公共通道15、还原剂出口公共通道19。

在一些实施例中，所述还原剂公共入口通道呈34呈方形，右侧设有加强结构35及还原剂入口导流肋36，上方与密封槽8之间设有加强结构37；冷却剂出口公共通道30呈方形，紧邻周边设有加强结构31，右侧设有冷却剂出口导流肋32；与还原剂公共入口通道34、冷却剂公共出口通道30及密封槽8相邻区域设有三角形或圆形加强结构33；氧化剂公共出口通道27右侧设有氧化剂出口导流肋28；与冷却剂公共入口通道呈30、氧化剂公共出口通道27及密封槽8相邻区域设有三角形或圆形加强结构29；氧化剂公共入口通道12左侧设有氧化剂入口导流肋13；冷却剂公共入口通道15紧邻周边设有加强结构16，左侧设有冷却剂入口导流肋17；与氧化剂公共入口通道12、冷却剂公共入口通道15及密封槽8相邻区域设有三角形或圆形加强结构14；还原剂公共出口通道19呈方形，左侧设有加强结构20、还原剂出口导流肋21，下方与密封槽8之间设有加强结构22。

在一些实施例中，所述冷却剂公共入口通道15、还原剂公共入口通道19及密封槽8相邻区域设有三角形或圆形加强结构18；中间区域为流场区域，上表面5是阳极流场，下表面75是冷却剂流场，如图3所示，流道为凹凸型结构。流场的一侧为阳极入口分配区4，另一侧为阳极出口分配区9。还原剂气体经过还原剂公共入口通道34、加强结构35、还原剂入口导流肋36、入口分配区4、流场区5、出口分配区9、还原剂出口导流肋21、加强结构20进入还原剂公共出口通道19。

在一些实施例中，所述阴极板呈长方形，密封槽57与边缘之间有弧形加强结构54、弧形加强结构64、弧形加强结构38、弧形加强结构43和直形加强结构39，弧形加强结构位于长方形的四个角，直形加强结构39按一定的间隔排列一圈。

在一些实施例中，所述密封圈57内区域左侧从下至上依次设有还原剂入口公共通道65、冷却剂出口公共通道68和氧化剂出口公共通道72，密封圈57内区域右侧从下至上设有氧化剂入口公共通道51、冷却剂入口公共通道47、还原剂出口公共通道44。

在一些实施例中，所述还原剂公共入口通道呈65呈方形，右侧设有加还原剂入口导流肋66，下方与密封槽57之间设有加强结构63；冷却剂出口公共通道68呈方形，紧邻周边设有加强结构70，右侧设有冷却剂出口导流肋69；与还原剂公共入口通道65、冷却剂公共通道出口68及密封槽57相邻区域设有三角形或圆形加强结构67；氧化剂公共出口通道72右侧设有氧化剂出口导流肋73、加强结构74；与冷却剂公共出口通道68、氧化剂公共出口通道72及密封槽8相邻区域设有三角形或圆形加强结构71；氧化剂入口公道通道51左侧设有氧化剂出口氧化剂入口导流肋52、加强结构53；冷却剂入口公共通道47呈方形，紧邻周边设有加强结构49，左侧设有冷却剂入口导流肋48；与氧化剂公共入口通道51、冷却剂公共入口通道47及密封槽57相邻区域设有三角形或圆形加强结构50；还原剂公共出口通道44呈方形，左侧设有还原剂出口还原剂出口导流肋45，上方与密封槽57之间设有加强结构42。

在一些实施例中，所述与冷却剂公共入口通道47、还原剂公共出口通道44及密封槽57相邻区域设有三角形或圆形加强结构46；中间区域为流场区域60，流道结构为凹凸型结构，流场的一侧为阳极入口分配区61，另一侧为阳极出口分配区56。阳极板下表面与还原剂流道对应的是冷却剂流道。中间区域为流场区域，上表面60是阴极流场，下表面76是冷却剂流场，如图3所示，流道为凹凸型结构。流场的一侧为阴极入口分配区56，另一侧为阴极出口分配区61。

在一些实施例中，所述氧化剂气体经过氧化剂公共入口通道51、加强结构53、氧化剂入口导流肋52、氧化剂入口分配区56、流场区60、氧化剂出口分配区61、氧化剂出口导流肋73、加强结构74进入氧化剂公共出口通道72。

双极板的加强结构由阳极板的加强结构和阴极板上的镜像关系的加强结构组成，如图4所示。

实施方式：根据图1至图7结构示意图，设计并加工冲压模具。采用精密冲压形成工艺制备如图1和图2所示的单极板。极板的材质采用316不锈钢，厚度为0.06-0.2mm，优选0.1mm。阳极板下表面与阴极板下表面重合，定位孔3与定位孔62对齐，定位孔25与定位孔40对齐，采用激光焊接技术焊接得到双极板。阳极单板正面和MEA构成阳极腔，阴极单板正面与MEA构成阴极腔。如图3所示，阳极板阳极流场的下表面75与阴极板阴极流场的下表面76形成冷却剂腔。

功效：在双极板中增加了加强结构，提高了双极板的强度，有利于消除冲压和焊接的残余应力，提高了电堆性能和寿命。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种带加强结构的氢燃料电池金属双极板，其特征在于，所述双极板包括：阳极板和阴极板；所述阳极板包括：公共通道、流体分配区、流场区、密封槽、及加强结构及定位销；所述阴极板包括：公共通道、流体分配区、流场区、密封槽、及加强结构及定位销。

2.根据权利要求1所述的带加强结构的氢燃料电池金属双极板，其特征在于，所述阳极板呈长方形，密封槽与边缘之间有多个弧形加强结构和直型加强结构，弧形加强结构位于长方形的四个角，直形加强结构按一定的间隔排列一圈。

3.根据权利要求2所述的带加强结构的氢燃料电池金属双极板，其特征在于，密封圈内区域左侧从上至下依次设有还原剂公共入口通道、冷却剂公共出口通道和氧化剂公共出口通道，密封圈内区域右侧从上至下设有氧化剂入口公共通道、冷却剂入口公共通道、还原剂出口公共通道。

4.根据权利要求3所述的带加强结构的氢燃料电池金属双极板，其特征在于，所述还原剂公共入口通道呈方形，右侧设有加强结构及还原剂入口导流肋，上方与密封槽之间设有加强结构；冷却剂出口公共通道呈方形，紧邻周边设有加强结构，右侧设有冷却剂出口导流肋；与还原剂公共入口通道、冷却剂公共出口通道及密封槽相邻区域设有三角形或圆形加强结构；氧化剂公共出口通道右侧设有氧化剂出口导流肋；与冷却剂公共入口通道呈、氧化剂公共出口通道及密封槽相邻区域设有三角形或圆形加强结构；氧化剂公共入口通道左侧设有氧化剂入口导流肋；冷却剂公共入口通道紧邻周边设有加强结构，左侧设有冷却剂入口导流肋；与氧化剂公共入口通道、冷却剂公共入口通道及密封槽相邻区域设有三角形或圆形加强结构；还原剂公共出口通道呈方形，左侧设有加强结构、还原剂出口导流肋，下方与密封槽之间设有加强结构。

5.根据权利要求4所述的带加强结构的氢燃料电池金属双极板，其特征在于，所述冷却剂公共入口通道、还原剂公共入口通道及密封槽相邻区域设有三角形或圆形加强结构；中间区域为流场区域，上表面是阳极流场，下表面是冷却剂流场，流道为凹凸型结构，流场的一侧为阳极入口分配区，另一侧为阳极出口分配区，还原剂气体经过还原剂公共入口通道、加强结构、还原剂入口导流肋、入口分配区、流场区、出口分配区、还原剂出口导流肋、加强结构进入还原剂公共出口通道。

6.根据权利要求5所述的带加强结构的氢燃料电池金属双极板，其特征在于，所述密封圈内区域左侧从下至上依次设有还原剂入口公共通道、冷却剂出口公共通道和氧化剂出口公共通道，密封圈内区域右侧从下至上设有氧化剂入口公共通道、冷却剂入口公共通道、还原剂出口公共通道。

7.根据权利要求6所述的带加强结构的氢燃料电池金属双极板，其特征在于，所述还原剂公共入口通道呈方形，右侧设有加还原剂入口导流肋，下方与密封槽之间设有加强结构；冷却剂出口公共通道呈方形，紧邻周边设有加强结构，右侧设有冷却剂出口导流肋；与还原剂公共入口通道、冷却剂公共通道出口及密封槽相邻区域设有三角形或圆形加强结构；氧化剂公共出口通道右侧设有氧化剂出口导流肋、加强结构；与冷却剂公共出口通道、氧化剂公共出口通道及密封槽相邻区域设有三角形或圆形加强结构；氧化剂入口公道通道左侧设有氧化剂出口氧化剂入口导流肋、加强结构；冷却剂入口公共通道呈方形，紧邻周边设有加强结构，左侧设有冷却剂入口导流肋；与氧化剂公共入口通道、冷却剂公共入口通道及密封槽相邻区域设有三角形或圆形加强结构；还原剂公共出口通道呈方形，左侧设有还原剂出口还原剂出口导流肋，上方与密封槽之间设有加强结构。

8.根据权利要求7所述的带加强结构的氢燃料电池金属双极板，其特征在于，所述与冷却剂公共入口通道、还原剂公共出口通道及密封槽相邻区域设有三角形或圆形加强结构；中间区域为流场区域，流道结构为凹凸型结构，流场的一侧为阳极入口分配区，另一侧为阳极出口分配区，阳极板下表面与还原剂流道对应的是冷却剂流道，中间区域为流场区域，上表面是阴极流场，下表面是冷却剂流场，流道为凹凸型结构，流场的一侧为阴极入口分配区，另一侧为阴极出口分配区。

9.根据权利要求8所述的带加强结构的氢燃料电池金属双极板，其特征在于，所述氧化剂的气体经过氧化剂公共入口通道、加强结构、氧化剂入口导流肋、氧化剂入口分配区、流场区、氧化剂出口分配区、氧化剂出口导流肋、加强结构进入氧化剂公共出口通道。