CN210429963U - 一种燃料电池双极板和燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池双极板和燃料电池，其中，该燃料电池双极板包括板体和散热肋片；板体的一个板面为氢气面，另一相对板面为空气面；氢气面上设有供氢气流通的氢气流道，板体的两相对侧边边缘上分别设有氢气进气口以及氢气出气口，氢气流道的两端分别与氢气进气口以及氢气出气口连通，以形成非直线型的氢气流通路径；空气面上设有供空气流通的空气流道，板体的另外两相对侧边边缘上分别设有空气进气口以及空气出气口，空气流道的两端分别与空气进气口以及空气出气口连通，以形成直线型的空气流通路径；散热肋片自板体的至少一侧边缘向外延伸形成。本实用新型的技术方案可在提高电池反应效率的同时，增强散热效果。

Description

一种燃料电池双极板和燃料电池

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池双极板和燃料电池。

背景技术

如今，随着燃料电池技术的发展，燃料电池已逐步走向商业化阶段，主要适用于燃料电池动力汽车、飞行器、燃料电池电站、燃料电池移动电源等领域。燃料电池与锂离子电池相比，除了具有对环境友好、寿命长等优点之外，还由于可以直接将燃料所具有的化学能转化为电能，因此有着更高的能量密度。

双极板是燃料电池的重要组成部分，通常包括设有空气分布流道的空气面、设有氢气分布流道的氧气面、以及散热系统。氢气与空气分别由对应的流道通过，并在催化剂的作用下与空气中的氧气发生电化学反应，以产生电能并释放热量。而一个较大的燃料电池的电池堆往往需数十个双极板的单体叠加而成，当所有的双极板都发生反应时，就会产生较多的热量，此时，就需要对燃料电池堆进行有效散热才能使得燃料电池可以维持稳定的输出。

然而，目前常见的普通燃料电池大多采用水冷或风冷设计，尽管电池堆的比能量密度可以达到很高，但需要复杂的系统配置，使得燃料电池不但结构复杂，散热效率较低，而且由于散热性能的限制，导致燃料电池的双极板在设计时其反应效率也相应降低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种燃料电池双极板，其旨在解决现有的燃料电池的双极板的反应效率和散热效率较低的问题。

本实用新型是这样实现的：一种燃料电池双极板，包括板体和散热肋片；所述板体的一个板面为氢气面，另一相对板面为空气面；所述氢气面上设有供氢气流通的氢气流道，所述板体的两相对侧边边缘上分别设有氢气进气口以及氢气出气口，所述氢气流道的两端分别与所述氢气进气口以及所述氢气出气口连通，以形成非直线型的氢气流通路径；所述空气面上设有供空气流通的空气流道，所述板体的另外两相对侧边边缘上分别设有空气进气口以及空气出气口，所述空气流道的两端分别与所述空气进气口以及所述空气出气口连通，以形成直线型的空气流通路径；散热肋片自所述板体的至少一侧边缘向外延伸形成。

可选地，所述板体呈长条状设置，具有两相对设置的长侧边以及两相对设置的短侧边，所述空气进气口以及所述空气出气口分别设于两个所述短侧边上，所述氢气进气口以及所述氢气出气口分别设置在两个所述长侧边上，且所述氢气进气口邻近一短侧边设置，所述氢气出气口邻近另一短侧边设置。

可选地，在两所述长侧边上，分别向外延伸形成有凸出方向相反的第一凸部和第二凸部，所述氢气进气口设于所述第一凸部，所述氢气出气口设于所述第二凸部；

在两所述短侧边上，分别向外延伸形成有凸出方向相反的第三凸部和第四凸部，所述空气进气口设于所述第三凸部，所述空气出气口设于所述第四凸部。

可选地，以所述板体的板面中心为中心，以沿所述板体的宽度方向延伸并通过所述板体的板面中心的轴线为中轴线，所述氢气进气口和所述氢气出气口呈中心对称设置；所述空气进气口和所述空气出气口呈以所述中轴线为准的轴对称设置。

可选地，所述散热肋片设有两片，并分别与两所述长侧边连接。

可选地，所述散热肋片的宽度大于所述板体的宽度的1/2，所述散热肋片的厚度小于所述板体的厚度。

可选地，所述散热肋片与所述板体一体设置。

本实用新型还提出一种燃料电池，该燃料电池包括多个如前所述的燃料电池双极板，且多个燃料电池双极板间隔叠设形成电池堆。

可选地，在所述板体邻近边缘处设有环状的密封槽，所述密封槽中嵌置有密封圈；

所述密封圈凸出于所述板体的板面，且所述密封圈与邻近的另一所述燃料电池双极板密封抵接。

可选地，所述燃料电池还包括多个散热风扇，多个散热风扇沿所述散热肋片的长度方向间隔排布。

基于此结构设计，由于在燃料电池双极板的板体的氢气面上设有非直线型的氢气流通路径，而在板体的空气面上设有直线型的空气流通路径，故氢气从氢气进气口进入后，就会在非直线型的氢气流通路径中流动，从而使氢气能更充分地进入气体扩散层；而空气从直线型的空气流通路径通过时，则能够减少阻力，降低空气压缩机的功耗；这样，就可使得氢气和空气充分对流，从而反应更加充分稳定，有效提高了燃料电池的反应效率。同时，为解决燃料电池反应效率增加而带来的散热困难问题，本实用新型的技术方案还可通过在板体的边缘设置散热肋条的边缘冷却设计，使得板体上的热量可以通过散热肋条而有效散发出去，故相较于目前常见的空冷和水冷而言，此边缘冷却的设计不但结构简单，且散热效率更高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的燃料电池双极板的空气面的结构示意图；

图2是图1中A处的放大示意图；

图3是本实用新型实施例提供的燃料电池的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的燃料电池双极板的部分结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的燃料电池双极板的氢气面的结构示意图；

图6是图5中B处的放大示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	燃料电池双极板	200	散热风扇
110	板体	111	空气面
				120	散热肋片	112	氢气进气口
113	氢气出气口	114	空气进气口
				115	空气出气口	116	第一凸部
117	第二凸部	118	第三凸部
				119	第四凸部	130	密封槽
131	密封圈	140	氢气面

具体实施方式110

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

还需要说明的是，本实用新型实施例中的左、右、上和下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”和“外”等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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例提供一种燃料电池双极板。

请参阅图1至图5，该燃料电池双极板100包括板体110和散热肋片120；板体110的一个板面为氢气面140，另一相对板面为空气面111(未标示)；氢气面140上设有供氢气流通的氢气流道，板体110的两相对侧边边缘上分别设有氢气进气口112以及氢气出气口113，氢气流道的两端分别与氢气进气口112以及氢气出气口113连通，以形成非直线型的氢气流通路径；空气面111上设有供空气流通的空气流道，板体110的另外两相对侧边边缘上分别设有空气进气口114以及空气出气口115，空气流道的两端分别与空气进气口114以及空气出气口115连通，以形成直线型的空气流通路径；散热肋片120自板体110的至少一侧边缘向外延伸形成。具体地，如图1所示，图1中的箭头即表示空气的流动方向，在空气面111上，空气从板体110一端的空气进气口114进入，然后通过直线型的空气流通路径，最后从空气出气口115流出；同时，如图5所示，图5中的箭头即表示氢气的流动方向，在氢气面140上，氢气从设于一侧面的氢气进气口112进入，然后通过非直线的Z型氢气流通路径，再从另一侧面的氢气出气口113流出，从而可延长氢气在氢气面140中的流经路径和时间。当然，在实际的电池设计中，各个进气口和出气口均与相应的气体管道口连通。

在此需说明的是，燃料电池双极板100为燃料电池的一个单体，即一个燃料电池内包括多个燃料电池双极板100，且多个燃料电池双极板100间隔叠设形成电池堆。在目前常见的燃料电池的双极板中，除了前述的氢气面140即阳极板、空气面111即阴极板之外，还包括设于两者之间的气体扩散层和催化剂层，在实际反应时，氢气与空气分别由对应的流道通过并进入气体扩散层，然后在催化剂的作用下氢气与空气中的氧气发生电化学反应，以产生电能并释放热量，特别是当多个双极板层叠形成电池堆时，只有通过设置相应的散热结构实现有效散热才能维持燃料电池的稳定输出。然而，目前常见的普通燃料电池大多采用水冷或风冷设计，尽管电池堆的比能量密度可以达到很高，但需要复杂的系统配置，使得燃料电池不但结构复杂，散热效率较低，而且由于散热性能的限制，导致燃料电池的双极板在设计时其反应效率也相应降低。

基于此结构设计，由于在燃料电池双极板100的板体110的氢气面140上设有非直线型的氢气流通路径，而在板体110的空气面111上设有直线型的空气流通路径，故氢气从氢气进气口112进入后，就会在非直线型的氢气流通路径中流动，从而使氢气能更充分地进入气体扩散层；而空气从直线型的空气流通路径通过时，则能够减少阻力，降低空气压缩机的功耗；这样，就可使得氢气和空气充分对流，从而反应更加充分稳定，有效提高了燃料电池的反应效率。同时，为解决燃料电池反应效率增加而带来的散热困难问题，本实用新型的技术方案还可通过在板体110的边缘设置散热肋条的边缘冷却设计，使得板体110上的热量可以通过散热肋条而快速有效地散发出去，故相较于目前常见的空冷和水冷而言，此边缘冷却的设计不但结构简单，且散热效率更高。

在本实施例中，通过上述结构设计的燃料电池可以适用于燃料电池动力汽车、飞行器、燃料电池电站、燃料电池移动电源等多个产品领域。例如，通过本设计方案，单体的燃料电池双极板100可实现设计功率为54w，而由若干该燃料电池双极板100制成的燃料电池若用于无人机的动力源，则能够完全满足无人机动力系统的需要，其续航时间可超过4小时，达到较高的水平。

请参阅图1、图5和图6，在本实施例中，为方便散热，板体110优选呈长条状设置，具有两相对设置的长侧边以及两相对设置的短侧边，空气进气口114以及空气出气口115分别设于两个短侧边上，氢气进气口112以及氢气出气口113分别设置在两个长侧边上，且氢气进气口112邻近一短侧边设置，氢气出气口113邻近另一短侧边设置。当然，于其他实施例中，板体110还可以呈其他形状设置，但在本实施例中，可以理解，在板体110的反应活性面积一定的情况下，板体110的长度较长时，其宽度就会较小，这样，热量产生最多的板体110中间部位就会离散热肋片120越近，从而热量能够更快地通过散热肋片120散发出去，而板体110宽度较大时，则板体110中间部位可能会产生过热。此外，在板体110呈长条状的基础上，氢气进气口112以及氢气出气口113分别设置在两个长侧边上，且氢气进气口112邻近一短侧边设置，氢气出气口113邻近另一短侧边设置的设计方案，可使得氢气在非直线型的氢气流通路径中的行程尽可能长，氢气能更充分地进入气体扩散层，进而可进一步提高燃料电池的反应效率。

具体地，请参阅图1、图2和图4和图6，在本实施例中，在两长侧边上，分别向外延伸形成有凸出方向相反的第一凸部116和第二凸部117，氢气进气口112设于第一凸部116，氢气出气口113设于第二凸部117；在两短侧边上，分别向外延伸形成有凸出方向相反的第三凸部118和第四凸部119，空气进气口114设于第三凸部118，空气出气口115设于第四凸部119。如此，第一凸部116、第二凸部117以及设于板体110上沿其长度方向的中间通道，就可以很简单地构成一个非直线型的氢气流通路径，具体为Z形的氢气流通路径，从而实现燃料电池的反应效率的提高。

进一步地，请参阅图1和图5，若以板体110的板面中心为中心，以沿板体110的宽度方向延伸并通过板体110的板面中心的轴线为中轴线，则在本实施例中，氢气进气口112和氢气出气口113优选呈中心对称设置；空气进气口114和空气出气口115优选呈以中轴线为准的轴对称设置。此设置不但使得本燃料电池双极板100的整体更加简洁美观，便于开模铸造，而且也方便了与安装氢气与空气的气动接头的连接，这样，在氢气面140上，氢气进气口112以及氢气出气口113可任意切换，同样地，空气进气口114以及空气出气口115也可任意切换；而且，对于本燃料电池双极板100来说，由于空气有专门的直线型流道，故相对于目前常见的空气冷却方式而言，本实用新型的技术方案还可使得电池的反应效果更佳，输出更稳定。

请参阅图1，在本实施例中，优选地，散热肋片120设有两片，并分别与两长侧边连接。然本设计不限于此，散热肋片120可以只设于板体110的一侧，或者设于板体110的三侧或四侧边缘，但在本实施例中，在板体110的两长侧边均设有一个散热肋片120的设置，可使得本燃料电池双极板100在结构尽可能简单的情况下，尽可能获得更好的散热效果，且散热分布更加均匀。

进一步地，如图4所示，为便于制造以及加强散热肋片120与板体110之间的连接强度，在本实施例中，散热肋片120优选与板体110一体设置。当然，于其他实施例中，其中，散热肋片120与板体110也可以分体设置，然后可以但不限于通过焊接等方式将散热肋片120连接到板体110的边缘处。

此外，如图4所示，为进一步提高散热肋片120的散热性能，散热肋片120的宽度优选大于板体110的宽度的1/2，散热肋片120的厚度优选小于板体110的厚度，以增加上下层叠的两个燃料电池双极板100之间的散热间隙；同时，散热肋片120的长度与板体110的长度基本一致，且在散热肋片120上对应四个凸部设有相应的让位缺口，从而使得本燃料电池双极板100的整体呈长条板状。

请参阅图3，本燃料电池双极板100适用于燃料电池中，且为增强燃料电池的整体散热性能，在本实施例中，燃料电池还包括多个散热风扇200，这样，在燃料电池使用时，就可以利用散热风扇200对电池堆进行散热，使得更多热量能得以从散热肋片120上加快散出；且进一步地，多个散热风扇200沿散热肋片120的长度方向间隔排布，且两个散热肋片120处各设有一排，这样，就可使散热肋片120均能被散热风扇200吹到，整体的散热分布更加均匀，散热效率更高。换言之，在本实施例中，本燃料电池通过采用设置有散热肋片120的边缘冷却设计，以及采用特殊的非直线型的氢气流通路径和直线型的空气流通路径来实现因电化学氢气浓差而导致的氢气循环使用，故整个燃料电池可简化为一个高效的电池堆和普通的风扇，而这样设计的燃料电池的动力系统则具有很高的比功率密度。

进一步地，请参阅图1、图2和图4，在本实施例中，为实现多个燃料电池双极板100的密封式层叠，在板体110邻近边缘处设有环状的密封槽130，密封槽130中嵌置有密封圈131；其中，密封圈131凸出于板体110的板面，且密封圈131与邻近的燃料电池双极板100密封抵接。这样，就可以在两个相邻的燃料电池双极板100之间形成一定的间隔，进而有利于散热。在此，密封槽130可以只设于一个板面上，也可以在上下板面上均设有密封槽130，以方便密封圈131的定位安装以及加强两个燃料电池双极板100之间的密封性。

本实用新型还提出一种燃料电池，该燃料电池包括燃料电池双极板，该燃料电池双极板的具体结构参照上述实施例，由于本燃料电池采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此同样具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池双极板，其特征在于，包括：

板体，所述板体的一个板面为氢气面，另一相对板面为空气面；所述氢气面上设有供氢气流通的氢气流道，所述板体的两相对侧边边缘上分别设有氢气进气口以及氢气出气口，所述氢气流道的两端分别与所述氢气进气口以及所述氢气出气口连通，以形成非直线型的氢气流通路径；所述空气面上设有供空气流通的空气流道，所述板体的另外两相对侧边边缘上分别设有空气进气口以及空气出气口，所述空气流道的两端分别与所述空气进气口以及所述空气出气口连通，以形成直线型的空气流通路径；以及，

散热肋片，自所述板体的至少一侧边缘向外延伸形成。

2.如权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述板体呈长条状设置，具有两相对设置的长侧边以及两相对设置的短侧边，所述空气进气口以及所述空气出气口分别设于两个所述短侧边上，所述氢气进气口以及所述氢气出气口分别设置在两个所述长侧边上，且所述氢气进气口邻近一短侧边设置，所述氢气出气口邻近另一短侧边设置。

3.如权利要求2所述的燃料电池双极板，其特征在于，在两所述长侧边上，分别向外延伸形成有凸出方向相反的第一凸部和第二凸部，所述氢气进气口设于所述第一凸部，所述氢气出气口设于所述第二凸部；

在两所述短侧边上，分别向外延伸形成有凸出方向相反的第三凸部和第四凸部，所述空气进气口设于所述第三凸部，所述空气出气口设于所述第四凸部。

4.如权利要求2所述的燃料电池双极板，其特征在于，以所述板体的板面中心为中心，以沿所述板体的宽度方向延伸并通过所述板体的板面中心的轴线为中轴线，所述氢气进气口和所述氢气出气口呈中心对称设置；所述空气进气口和所述空气出气口呈以所述中轴线为准的轴对称设置。

5.如权利要求2至4任一项所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述散热肋片设有两片，并分别与两所述长侧边连接。

6.如权利要求5所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述散热肋片的宽度大于所述板体的宽度的1/2，所述散热肋片的厚度小于所述板体的厚度。

7.如权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述散热肋片与所述板体一体设置。

8.一种燃料电池，其特征在于，包括多个如权利要求1至7任意一项所述的燃料电池双极板，且多个燃料电池双极板间隔叠设形成电池堆。

9.如权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，在所述板体邻近边缘处设有环状的密封槽，所述密封槽中嵌置有密封圈；

所述密封圈凸出于所述板体的板面，且所述密封圈与邻近的另一所述燃料电池双极板密封抵接。

10.如权利要求9所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池还包括多个散热风扇，多个散热风扇沿所述散热肋片的长度方向间隔排布。

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