CN209912962U - 一种燃料电池用的双极板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池用的双极板，包括反应流场区、位于反应流场区入口端的入口扩散区和位于反应流场区出口端的出口扩散区，所述入口扩散区具有输入口，所述出口扩散区具有输出口，所述入口扩散区包括至少两级扩散流道，其中每条上游扩散流道连接多条下游扩散流道，其中，下游扩散流道的长度从靠近所述输入口到远离所述输入口逐渐增长，连接的上游扩散流道则逐渐缩短；所述出口扩散区的扩散流道与入口扩散区的扩散流道呈中心对称。本实用新型双极板通过调整上游扩散流道与下游扩散流道的数量比例，以及各自的长度，能够使各条扩散流道的气体分配均匀。

Description

一种燃料电池用的双极板

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池用的双极板。

背景技术

氢能作为一种可再生能源，每克氢燃烧所放出的热量是甲烷的2.5倍，是每克碳的4倍多，热值高，且其燃烧的唯一产物是水。氢在宇宙中的丰度是所有元素中最大的，几乎占到宇宙总质量的70％，在地壳中的氢丰度占第三位。由于地球没有足够的引力吸引氢，所有地球上的氢以化合物形态存在，主要来源于天然气和水。目前已有氢作动力的汽车投入运营，氢作为未来的能源还需解决生产成本、贮存和输运问题。

氢能的利用除了简单的作为燃料来使用外，燃料电池是其高效利用的主要方式之一，PEM燃料电池是质子交换膜(Proton exchange membrane)燃料电池的简称，是燃料电池中最常见的类型，一般是以全氟磺酸型离子交换膜为电解质、Pt/C为催化剂、氢气为燃料、空气为氧化剂，可以通过氢气与氧气的氧化还原反应输出电能的装置。

目前的流场板设计主要以平行式，蛇形和多蛇形为主，平行式流场的气体分配和排水是该类型双极板面临的两大难题，通常的配气配气方式单一，均匀性有待验证，且大多不利于双极板的排水功能，因此在很大程度上限制了燃料电池的性能。

比如，公开号为CN107834086A的中国发明专利公开了一种燃料电池双极板，反应流场设计采用了漩涡式流道设计，每条反应流道从双极板一端的阳极反应物进口或阴极反应物进口处沿长度方向延伸，至双极板另一端后向宽度方向转向再延伸，再向长度方向转向再延伸，如此历经多次转向后，沿长度方向延伸至双极板的一端或另一端的阳极反应物出口或阴极反应物出口，多条反应流道构成漩涡式反应流场，当有流体燃料通过时，流体将会向相邻的反应流道进行扩散，同时温度向相邻的反应流道进行传导，从而使燃料电池双极板反应流场的流体浓度、温度保持均匀。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的不足，提供了一种配气更加均匀且防止水淹的燃料电池用的双极板。

一种燃料电池用的双极板，包括反应流场区、位于反应流场区入口端的入口扩散区和位于反应流场区出口端的出口扩散区，所述入口扩散区具有输入口，所述出口扩散区具有输出口，所述入口扩散区包括至少两级扩散流道，其中每条上游扩散流道连接多条下游扩散流道，其中，下游扩散流道的长度从靠近所述输入口到远离所述输入口逐渐增长，连接的上游扩散流道则逐渐缩短；所述出口扩散区的扩散流道与入口扩散区的扩散流道呈中心对称。

所述入口扩散区包括三级扩散流道，从上游到下游依次为一级扩散流道、二级扩散流道和三级扩散流道，其中，每条一级扩散流道连接至少一条二级扩散流道及多条三级扩散流道；三级扩散流道的长度从靠近所述输入口到远离所述输入口逐渐增长，连接的一级扩散流道则逐渐缩短。每条一级扩散流道最后对应的是多条三级扩散流道，所以一级扩散流道的阻力较大，而三级扩散流道的阻力较小。对于三级扩散流道远离所述输入口的，气体从输入口到达反应流场区途径的路径较长，但由于三级扩散流道的长度从靠近所述输入口到远离所述输入口逐渐增长，连接的一级扩散流道则逐渐缩短，所以在路径较长的情况下，增加三级扩散流道以及二级扩散流道的长度，减少一级扩散流道的长度，从而可以使气体能够分配均匀。

所述一级扩散流道和三级扩散流道沿所述双极板的轴向分布，所述二级扩散流道分别垂直所述一级扩散流道和二级扩散流道。在将本申请双极板装配到电池中时，双极板的轴向为竖向分布，所以所述一级扩散流道和三级扩散流道为竖向，而二级扩散流道为水平设置，特别是出口扩散区的扩散流道是与入口扩散区的扩散流道呈中心对称的，所以，反应过程中产生的水能够顺利排出，没有积水的位置，防止水淹。

优选的，每条一级扩散流道连接1～5条二级扩散流道。每条二级扩散流道连接3～10条三级扩散流道。

其中，连接于同一条一级扩散流道的多条二级扩散流道，分别连接三级扩散流道或共同连接三级扩散流道。如果连接同一条一级扩散流道的二级扩散流道有多条，此处多条指不少于2条，这些二级扩散流道又连接多条三级扩散流道，则这些二级扩散流道可以每条单独连接若干三级扩散流道，也可以这些二级扩散流道具有一个共同的出口，气体出来后再统一分配到各条三级扩散流道。

对应于同一条一级扩散流道的多条三级扩散流道之间具有连通相邻两条三级扩散流道的间隙。该间隙的设置可以使相邻三级扩散流道气体能够流通，使不同三级扩散流道之间气体分布更均匀。

本实用新型燃料电池用的双极板通过将入口扩散区和出口扩散区分别设计成包括至少两级扩散流道，其中每条上游扩散流道连接多条下游扩散流道，其中，下游扩散流道的长度从靠近所述输入口到远离所述输入口逐渐增长，连接的上游扩散流道则逐渐缩短，通过调整上游扩散流道与下游扩散流道的数量比例，以及各自的长度，能够使各条扩散流道的气体分配均匀。

附图说明

图1为实施例1双极板的结构示意图。

图2为实施例1双极板入口扩散区的结构示意图。

图3为实施例2双极板的结构示意图。

图4为实施例2双极板入口扩散区的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1和2所示，一种燃料电池用的双极板，包括反应流场区1、位于反应流场区1入口端的入口扩散区2和位于反应流场区1出口端的出口扩散区3，双极板的其余结构没有改进，所以在图中省略。

入口扩散区2具有输入口4，出口扩散区3具有输出口5，由于出口扩散区3的扩散流道与入口扩散区2的扩散流道呈中心对称，所以下面仅描述入口扩散区2的扩散流道结构。入口扩散区2包括至少两级扩散流道，其中每条上游扩散流道连接多条下游扩散流道，其中，下游扩散流道的长度从靠近输入口4到远离输入口4逐渐增长，连接的上游扩散流道则逐渐缩短。该处上游是指接近输入口4处，下游是指远离输入口4处，而对于出口扩散区3来说，上游是指远离输出口5处，下游是指靠近输出口5处。

在一种优选的实施方式中，入口扩散区2包括三级扩散流道，从上游到下游依次为一级扩散流道6、二级扩散流道7和三级扩散流道8，其中，每条一级扩散流道6连接至少一条二级扩散流道7及多条三级扩散流道8；三级扩散流道8的长度从靠近输入口4到远离输入口4逐渐增长，连接的一级扩散流道6则逐渐缩短。每条一级扩散流道6最后对应的是多条三级扩散流道8，所以一级扩散流道6的阻力较大，而三级扩散流道8的阻力较小。对于三级扩散流道8远离输入口4的，气体从输入口4到达反应流场区1途径的路径较长，但由于三级扩散流道8的长度从靠近输入口4到远离输入口4逐渐增长，连接的一级扩散流道6则逐渐缩短，所以在路径较长的情况下，增加三级扩散流道8以及二级扩散流道7的长度，减少一级扩散流道6的长度，从而可以使气体能够分配均匀。

一级扩散流道6和三级扩散流道8沿双极板的轴向分布，二级扩散流道7分别垂直一级扩散流道6和二级扩散流道7。在将本申请双极板装配到电池中时，双极板的轴向为竖向分布，所以一级扩散流道6和三级扩散流道8为竖向，而二级扩散流道7为水平设置，特别是出口扩散区3的扩散流道是与入口扩散区2的扩散流道呈中心对称的，所以，反应过程中产生的水能够顺利排出，没有积水的位置，防止水淹。

其中，连接于同一条一级扩散流道6的多条二级扩散流道7，分别连接三级扩散流道8或共同连接三级扩散流道8。如果连接同一条一级扩散流道6的二级扩散流道7有多条，此处多条指不少于2条，这些二级扩散流道7又连接多条三级扩散流道8，则这些二级扩散流道7可以每条单独连接若干三级扩散流道8，也可以这些二级扩散流道7具有一个共同的出口，气体出来后再统一分配到各条三级扩散流道8。每条一级扩散流道6连接1～5条二级扩散流道7。每条二级扩散流道7连接3～10条三级扩散流道8。如图1和2所示，每条一级扩散流道6连接2条二级扩散流道7，该2条二级扩散流道7共同连接7条三级扩散流道8。

对应于同一条一级扩散流道6的多条三级扩散流道8之间具有连通相邻两条三级扩散流道8的间隙10。该间隙10的设置可以使相邻三级扩散流道8气体能够流通，使不同三级扩散流道8之间气体分布更均匀。

本实用新型的各扩散流道均为在双极板表面雕刻获得，相邻扩散流道之间由分隔脊9分隔。

反应流场区1设有沿双极板轴向分布的若干反应流道12，相邻反应流道12之间由分隔脊11分隔。

双极板的正反两面结构相同，一面通入氢气，另一面通入氧气，组装成电池时，两块双极板中间用质子交换膜分隔，质子交换膜的一侧为一块双极板的通氢气一侧，质子交换膜的另一侧为另一块双极板的通氧气一侧。工作时，氢气或氧气从输入口4进入，经一级扩散流道6、二级扩散流道7和三级扩散流道8均匀分散进入到反应流场区1。

实施例2

如图3和4所示，该实施例中，双极板的结构整体与实施例1中相同，仅在入口扩散区2’与出口扩散区3’的扩散流道与实施例1中有所不同，本实施例中入口扩散区2’也包括三级扩散流道，从上游到下游依次为一级扩散流道6’、二级扩散流道7’和三级扩散流道8’，其中，每条一级扩散流道6’连接1条二级扩散流道7’及4条三级扩散流道8’，对应于同一条一级扩散流道6’的多条三级扩散流道8’之间没有设置间隙10。

Claims (7)

1.一种燃料电池用的双极板，包括反应流场区、位于反应流场区入口端的入口扩散区和位于反应流场区出口端的出口扩散区，所述入口扩散区具有输入口，所述出口扩散区具有输出口，其特征在于，所述入口扩散区包括至少两级扩散流道，其中每条上游扩散流道连接多条下游扩散流道，其中，下游扩散流道的长度从靠近所述输入口到远离所述输入口逐渐增长，连接的上游扩散流道则逐渐缩短；所述出口扩散区的扩散流道与入口扩散区的扩散流道呈中心对称。

2.如权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述入口扩散区包括三级扩散流道，从上游到下游依次为一级扩散流道、二级扩散流道和三级扩散流道，其中，每条一级扩散流道连接至少一条二级扩散流道及多条三级扩散流道；三级扩散流道的长度从靠近所述输入口到远离所述输入口逐渐增长，连接的一级扩散流道则逐渐缩短。

3.如权利要求2所述的双极板，其特征在于，所述一级扩散流道和三级扩散流道沿所述双极板的轴向分布，所述二级扩散流道分别垂直所述一级扩散流道和二级扩散流道。

4.如权利要求2所述的双极板，其特征在于，每条一级扩散流道连接1～5条二级扩散流道。

5.如权利要求2所述的双极板，其特征在于，每条二级扩散流道连接3～10条三级扩散流道。

6.如权利要求2所述的双极板，其特征在于，连接于同一条一级扩散流道的多条二级扩散流道，分别连接三级扩散流道或共同连接三级扩散流道。

7.如权利要求2所述的双极板，其特征在于，对应于同一条一级扩散流道的多条三级扩散流道之间具有连通相邻两条三级扩散流道的间隙。

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