CN210015916U - 一种质子交换膜燃料电池金属双极板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种质子交换膜燃料电池金属双极板，包括背面相互贴合的阳极板和阴极板，阳极板和阴极板结构相同，且均为中心对称结构；所述阳极板设有第一凸条组、第二凸条组、第一纵向凸条、第二纵向凸条、燃料入口、冷却液入口、空气\氧气出口、空气\氧气入口、冷却液出口、燃料出口、第一闭合凸条、第二闭合凸条、第三闭合凸条、第四闭合凸条、第一开放凸条、第二开放凸条、第三纵向凸条和第四纵向凸条；所述第一凸条组高于第二凸条组，所有闭合凸条、开放凸条及第一到第四纵向凸条相连通形成整体的凸条框架；所述第一凸条组上端面高于第二闭合凸条下端横凸条的底面，所述第二凸条组的下端面低于第四闭合凸条上端横凸条的顶面。

Description

一种质子交换膜燃料电池金属双极板

技术领域

本实用新型属于新能源的燃料电池领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池金属双极板。

背景技术

质子交换膜燃料电池具有清洁、高效、低温运行(80℃)、能源可再生等特点，在交通运输、电子产品以及国防工业等领域都具有广阔的应用前景。质子交换膜燃料电池主要由多个金属双极板与膜电极组件共同构成的基本重复单元层叠构成，两端由端板、螺栓固定。金属双极板作为其核心部件之一，起到两个重要功能。首先金属双极板内部的封闭流道，为冷却水提供了流动通道；其次两块双极板外部的凹槽相对，与膜电极组件共同构成了反应空间，氢氧燃料在此空间发生反应，产生电能。

燃料电池堆是电池系统的心脏，成本占到电池系统的一半以上。双极板是电堆的核心结构零部件，主要的功能是分割氧化剂与还原剂、集流作用、支撑膜电极和保持电池堆结构稳定，双极板占整个燃料电池60％的重量和25％的成本。

目前双极板的材料主要是石墨、金属以及复合材料三类。由于车辆空间限制(尤其是轿车)，乘用车燃料电池具有高能量密度需求，金属双极板相较于石墨及复合双极板具有明显优势。金属双极板使PEMFC模块的功率密度大幅提升，金属双极板已成为乘用车燃料电池的主流双极板。而现有的双极板普遍存在重量较重和成本较高的问题。

实用新型内容

为解决背景技术中双极板所存在的技术问题：本实用新型提供一种结构简单、外形美观的质子交换膜燃料电池金属双极板，降低了双极板的整体重量和生产成本，同时提升了双极板的产品性能。

为了达到上述技术效果，本实用新型采用的技术方案是：

一种质子交换膜燃料电池金属双极板，包括背面相互贴合的阳极板和阴极板，所述阳极板和阴极板为矩形金属或金属合金薄板压制而成，在其正面形成凸条结构，背面形成凹槽结构，阳极板和阴极板结构相同，且均为中心对称结构；所述阳极板中部左侧设有第一凸条组，中部右侧设有第二凸条组，所述第一凸条组和第二凸条组均由平行且两端对齐的若干条纵凸条组成，第一凸条组与第二凸条组大小相同，且第一凸条组高于第二凸条组；所述阳极板在第一凸条组左侧设有第一纵向凸条，在第二凸条组右侧设有第二纵向凸条；所述阳极板上端的左中右位置上分别设有燃料入口、冷却液入口和空气\氧气出口，阳极板下端左中右位置上分别设有空气\氧气入口、冷却液出口和燃料出口；所述阳极板在冷却液入口、空气\氧气出口、冷却液出口和空气\氧气入口的外侧分别对应设有一圈首尾闭合的第一闭合凸条、第二闭合凸条、第三闭合凸条和第四闭合凸条，在燃料入口和燃料出口外侧分别对应设有一开放式的第一开放凸条和第二开放凸条；所述第一开放凸条和第二开放凸条的开口端朝向阳极板的横向中心线，所述第一纵向凸条的两端分别连通第一开放凸条和第四闭合凸条左端的纵凸条，第二纵向凸条的两端分别连通第二闭合凸条和第二开放凸条右端的纵凸条；所述第一闭合凸条的下端横凸条高于第二闭合凸条的下端横凸条，且该横凸条向左延伸后连通第一开放凸条右端纵凸条底部；所述第三闭合凸条的上端横凸条低于第四闭合凸条的上端横凸条，且该横凸条向右延伸后连通第二开放凸条左端纵凸条顶部；所述冷却液入口的下端面右端向下设有第三纵向凸条，第二闭合凸条的下端横凸条向左延伸后与第三纵向凸条底部连通；所述冷却液出口的上端面左端向上设有第四纵向凸条，第四闭合凸条的上端横凸条向右延伸后与第四纵向凸条顶部连通；连通后的所有闭合凸条、开放凸条及第一到第四纵向凸条形成整体的凸条框架；所述第一凸条组上端面高于第二闭合凸条下端横凸条的底面且低于空气\氧气出口的下端面，所述第二凸条组的下端面高于空气\氧气入口的上端面且低于第四闭合凸条上端横凸条的顶面。

进一步地，形成所述凸条框架的凸条及组成第一凸条组和第二凸条组的所有纵凸条的横截面为弧形、半圆形或半框形。

进一步地，所述阳极板和所述阴极板均的基材厚度为0.05～0.5mm。

进一步地，所述双极板整体厚度为0.5～2mm。

进一步地，所述燃料入口、冷却液入口、空气\氧气出口、空气\氧气入口、冷却液出口和燃料出口均为矩形或方形口。

进一步地，所述第一闭合凸条、第二闭合凸条、第三闭合凸条、第四闭合凸条及第一开放凸条和第二开放凸条对应为矩形或方形结构。

进一步地，所述冷却液入口和冷却液出口的另外三个端面中部均设有与第一闭合凸条或第二闭合凸条对应端的横凸条或纵凸条相连通的连通凸条。

进一步地，所述凸条框架的外侧还设有围框凸条。

进一步地，组成所述第一凸条组及第二凸条组的若干纵凸条均为等间距排列。

进一步地，所述第一凸条组上端面与第二闭合凸条下端横凸条的顶面持平，所述第二凸条组的下端面与第四闭合凸条上端横凸条的底面持平。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过采用中心对称且结构相同的阳极板和阴极板，利用凸条框架、第一凸条组及第二凸条组的结构设计，使得阳极流场和阴极流场整体为Z形流道结构，分支流道为平行流道结构，中间夹层中间夹层的冷却流场为平行流道结构，同时，阳极和阴极的分支流道可变更为并行N形或蛇形流道，对应的冷却通道流场会变为多蛇形并联结构，从而使得气体在整个流场内部分布均匀，保证了燃料电池整体性能的均匀和稳定性；也保证了燃料电池双极板整体温度的均匀性，进而保证燃料电池整体性能的稳定。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明，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。

附图说明

图1为本实用新型立体图。

图2为本实用新型阳极侧的结构示意图。

图3为图1的A部位放大视图。

图4为图1的B部位放大视图。

图中各标号和对应的名称为：

100.阳极板, 1.燃料入口， 2.冷却液入口，

3.空气\氧气出口， 4.空气\氧气入口， 5.冷却液出口，

6.燃料出口， 11.第一凸条组， 12.第二凸条组，

21.第一纵向凸条， 22.第二纵向凸条， 23.第三纵向凸条，

24.第四纵向凸条， 25.连通凸条， 31.第一闭合凸条，

32.第二闭合凸条， 33.第三闭合凸条， 34.第四闭合凸条,

35.第一开放凸条， 36.第二开放凸条， 37.围框凸条，

200.阴极板。

具体实施方式

如图1-4所示，一种质子交换膜燃料电池金属双极板，包括背面相互贴合的阳极板100和阴极板200，阳极板100和阴极板200采用相同结构，且均为中心对称结构。所述阳极板100和阴极板200为矩形金属或金属合金薄板压制而成，在阳极板和阴极板的正面形成凸条结构，阳极板和阴极板背面在凸条对应部位形成凹槽结构，凸条的横截面可采用弧形、半圆形或半框形，本实施例中采用的是半框形结构。其中阳极板100和阴极板200的基材厚度均为0.05～0.5mm，成形后的双极板整体厚度为0.5～2mm。所述阳极板100中部左侧设有第一凸条组11，中部右侧设有第二凸条组12，所述第一凸条组11和第二凸条组12均由平行且两端对齐的若干条纵凸条组成，组成所述第一凸条组11及第二凸条组12的若干纵凸条均为等间距排列，第一凸条组11与第二凸条组12的间距与任一凸条组中相邻两纵凸条间距可相同也可不同，第一凸条组11与第二凸条组12大小相同，且第一凸条组11高于第二凸条组12。所述阳极板100在第一凸条组11左侧设有第一纵向凸条21，在第二凸条组12右侧设有第二纵向凸条22。所述阳极板100上端的左中右位置上分别设有燃料入口1、冷却液入口2和空气\氧气出口3，阳极板100下端左中右位置上分别设有空气\氧气入口4、冷却液出口5和燃料出口6；燃料入口1、冷却液入口2、空气\氧气出口3、空气\氧气入口4、冷却液出口5和燃料出口6均为矩形或方形口。所述阳极板100在冷却液入口2、空气\氧气出口3、冷却液出口5和空气\氧气入口4的外侧分别对应设有一圈首尾闭合的第一闭合凸条31、第二闭合凸条32、第三闭合凸条33和第四闭合凸条34，在燃料入口1和燃料出口6外侧分别对应设有一开放式的第一开放凸条35和第二开放凸条36；第一闭合凸条31、第二闭合凸条32、第三闭合凸条33、第四闭合凸条34及第一开放凸条35和第二开放凸条36对应为矩形或方形结构。所述第一开放凸条35和第二开放凸条36的开口端朝向阳极板100的横向中心线，所述第一纵向凸条21的两端分别连通第一开放凸条35和第四闭合凸条34左端的纵凸条，第二纵向凸条22的两端分别连通第二闭合凸条32和第二开放凸条36右端的纵凸条。所述第一闭合凸条31的下端横凸条高于第二闭合凸条32的下端横凸条，且该横凸条向左延伸后连通第一开放凸条35右端纵凸条的底部。所述第三闭合凸条33的上端横凸条低于第四闭合凸条34的上端横凸条，且该横凸条向右延伸后连通第二开放凸条36左端纵凸条的顶部。所述冷却液入口2的下端面右端向下设有第三纵向凸条23，第二闭合凸条32的下端横凸条向左延伸后与第三纵向凸条23底部连通；所述冷却液出口5的上端面左端向上设有第四纵向凸条24，第四闭合凸条34的上端横凸条向右延伸后与第四纵向凸条24顶部连通；所述冷却液入口2和冷却液出口5的另外三个端面中部均设有与第一闭合凸条31或第二闭合凸条32对应端的横凸条或纵凸条相连通的连通凸条25。连通后的所有闭合凸条、开放凸条及第一至第四纵向凸条形成整体的凸条框架；为了增加双极板的强度，凸条框架的外侧还设有一圈围框凸条43。所述第一凸条组11上端面高于第二闭合凸条32下端横凸条的底面且低于空气\氧气出口3的下端面，所述第二凸条组12的下端面高于空气\氧气入口4的上端面且低于第四闭合凸条34上端横凸条的顶面。作为优选，所述第一凸条组11上端面与第二闭合凸条32下端横凸条的顶面持平，所述第二凸条组12的下端面与第四闭合凸条34上端横凸条的底面持平。

本实用新型通过采用中心对称且结构相同的阳极板和阴极板，利用凸条框架、第一凸条组及第二凸条组的结构设计，使得凸条框架内形成的阳极流场和阴极流场整体为Z形流道结构，分支流道为平行流道结构；而由于阳极板和阴极板结构相同，且其背面形成凹槽结构，通过第一凸条组、第二凸条组、第二闭合凸条下端横凸条和第四闭合凸条上端横凸条的位置关系设置，使得双极板中间夹层的冷却流场为平行流道结构；同时，阳极和阴极流场的分支流道可变更为并行N形或蛇形流道，对应的冷却通道流场会变为多蛇形并联结构，从而使得气体在整个流场内部分布均匀，保证了燃料电池整体性能的均匀和稳定性；也保证了燃料电池双极板整体温度的均匀性，进而保证燃料电池整体性能的稳定。

本实用新型不局限于上述具体的实施方式，对于本领域的普通技术人员来说从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种质子交换膜燃料电池金属双极板，包括背面相互贴合的阳极板和阴极板，其特征在于，所述阳极板和阴极板为矩形金属或金属合金薄板压制而成，在其正面形成凸条结构，背面形成凹槽结构，阳极板和阴极板结构相同，且均为中心对称结构；所述阳极板中部左侧设有第一凸条组，中部右侧设有第二凸条组，所述第一凸条组和第二凸条组均由平行且两端对齐的若干条纵凸条组成，第一凸条组与第二凸条组大小相同，且第一凸条组高于第二凸条组；所述阳极板在第一凸条组左侧设有第一纵向凸条，在第二凸条组右侧设有第二纵向凸条；所述阳极板上端的左中右位置上分别设有燃料入口、冷却液入口和空气\氧气出口，阳极板下端左中右位置上分别设有空气\氧气入口、冷却液出口和燃料出口；所述阳极板在冷却液入口、空气\氧气出口、冷却液出口和空气\氧气入口的外侧分别对应设有一圈首尾闭合的第一闭合凸条、第二闭合凸条、第三闭合凸条和第四闭合凸条，在燃料入口和燃料出口外侧分别对应设有一开放式的第一开放凸条和第二开放凸条；所述第一开放凸条和第二开放凸条的开口端朝向阳极板的横向中心线，所述第一纵向凸条的两端分别连通第一开放凸条和第四闭合凸条左端的纵凸条，第二纵向凸条的两端分别连通第二闭合凸条和第二开放凸条右端的纵凸条；所述第一闭合凸条的下端横凸条高于第二闭合凸条的下端横凸条，且该横凸条向左延伸后连通第一开放凸条右端纵凸条底部；所述第三闭合凸条的上端横凸条低于第四闭合凸条的上端横凸条，且该横凸条向右延伸后连通第二开放凸条左端纵凸条顶部；所述冷却液入口的下端面右端向下设有第三纵向凸条，第二闭合凸条的下端横凸条向左延伸后与第三纵向凸条底部连通；所述冷却液出口的上端面左端向上设有第四纵向凸条，第四闭合凸条的上端横凸条向右延伸后与第四纵向凸条顶部连通；连通后的所有闭合凸条、开放凸条及第一到第四纵向凸条形成整体的凸条框架；所述第一凸条组上端面高于第二闭合凸条下端横凸条的底面且低于空气\氧气出口的下端面，所述第二凸条组的下端面高于空气\氧气入口的上端面且低于第四闭合凸条上端横凸条的顶面。

2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板，其特征在于，形成所述凸条框架的凸条及组成第一凸条组和第二凸条组的所有纵凸条的横截面为弧形、半圆形或半框形。

3.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板，其特征在于，所述阳极板和所述阴极板均的基材厚度为0.05～0.5mm。

4.根据权利要求3所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板，其特征在于，所述双极板整体厚度为0.5～2mm。

5.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板，其特征在于，所述燃料入口、冷却液入口、空气\氧气出口、空气\氧气入口、冷却液出口和燃料出口均为矩形或方形口。

6.根据权利要求5所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板，其特征在于，所述第一闭合凸条、第二闭合凸条、第三闭合凸条、第四闭合凸条及第一开放凸条和第二开放凸条对应为矩形或方形结构。

7.根据权利要求6所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板，其特征在于，所述冷却液入口和冷却液出口的另外三个端面中部均设有与第一闭合凸条或第二闭合凸条对应端的横凸条或纵凸条相连通的连通凸条。

8.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板，其特征在于，所述凸条框架的外侧还设有围框凸条。

9.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板，其特征在于，组成所述第一凸条组及第二凸条组的若干纵凸条均为等间距排列。

10.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板，其特征在于，所述第一凸条组上端面与第二闭合凸条下端横凸条的顶面持平，所述第二凸条组的下端面与第四闭合凸条上端横凸条的底面持平。

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