CN210692683U - 质子交换膜燃料电池双极板、电池及电池堆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种质子交换膜燃料电池双极板、电池及电池堆；包括紧压于一体的阳极板和阴极板；阳极板和阴极板的板面上均开设有凹槽；阳极板和阴极板上均开设有燃料气体入口、燃料气体出口、氧化剂气体入口、氧化剂气体出口及排水口；其中，阳极板上的燃料气体入口和燃料气体出口均与阳极板上的凹槽连通；阴极板上的氧化剂气体入口和氧化剂气体出口均与阴极板上的凹槽连通，各凹槽内填充有多孔三维基底填充块；通过质子交换膜燃料电池双极板的结构设计以解决现有双极板较薄，在双极板上开设凹槽，并在凹槽内设置气体流道，加工工艺复杂，同时不利于气体的扩散，同时流道的设计，不利于水的及时排出技术问题。

Description

质子交换膜燃料电池双极板、电池及电池堆

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种质子交换膜燃料电池双极板、电池及电池堆。

背景技术

燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转化为电能的装置。燃料电池通常由多个电池单元构成，每个电池单元包括两个电极(阳极和阴极)，两个电极被电解质元件隔开，并且彼此串联地组装，形成燃料电池堆。通过给每个电极供给适当的反应物，即给一个电极供给燃料而另一个供给氧化剂，实现电化学反应，从而在电极之间形成电位差，并且因此产生电能。

双极板上一般设有三进三出孔，六个孔均通过进、出流体通道与中间反应区域的气体流道连通，气体进入电池堆后由进、出流体流道阴导进入流体在MEA表面发生反应。现有的双极板均开设有气体流道，然而，为了减少对电流和热的传导阻力，双极板的较薄，在双极板上开设凹槽，并在凹槽内设置气体流道，加工工艺复杂，同时不利于气体的扩散，降低反应速率，同时流道的设计，不利于水的及时排出。

因此，针对上述问题本实用新型急需提供一种质子交换膜燃料电池双极板、电池及电池堆。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种质子交换膜燃料电池双极板、电池及电池堆，通过质子交换膜燃料电池双极板的结构设计以解决现有技术中存在的双极板较薄，在双极板上开设凹槽，并在凹槽内设置气体流道，加工工艺复杂，同时不利于气体的扩散，降低反应速率，同时流道的设计，不利于水的及时排出的技术问题。

本实用新型提供的一种质子交换膜燃料电池双极板，包括紧压于一体的阳极板和阴极板；阳极板和阴极板的板面上均开设有凹槽；阳极板和阴极板上均开设有燃料气体入口、燃料气体出口、氧化剂气体入口、氧化剂气体出口及排水口；其中，阳极板上的燃料气体入口和燃料气体出口均与阳极板上的凹槽连通；阴极板上的氧化剂气体入口和氧化剂气体出口均与阴极板上的凹槽连通，各凹槽内填充有多孔三维基底填充块。

优选地，凹槽的内底部呈平面设置。

优选地，凹槽的深度为0.05mm-1mm。

优选地，多孔三维基底填充块为多孔镍网。

优选地，多孔三维基底填充块的孔隙率为85％-98％。

优选地，多孔三维基底填充块的厚度为0.05mm-1mm。

优选地，阳极板的外板面和内板面上均设有凹槽，阴极板的外板面设有凹槽。

本实用新型还包括一种质子交换膜燃料电池，包括多个并排设置的如上述中任一项所述的质子交换膜燃料电池双极板相邻两质子交换膜燃料电池双极板间设有质子交换膜。

本实用新型还包括一种电池堆，包括两相对设置的左端板和右端板，左端板和右端板间设有多个叠放的如上述所述的质子交换膜燃料电池。

优选地，左端板从上到下依次设有与左端板贯通的氧化剂气体输入口、水输入口和燃料气体输入口，右端板上设有与右端板贯通的燃料气体输出口，水输出口和氧化剂气体输出口。

本实用新型提供的一种质子交换膜燃料电池双极板、电池及电池堆与现有技术相比具有以下进步：

1、本实用新型通过紧压于一体的阳极板和阴极板；阳极板和阴极板的板面上均开设有凹槽；阳极板和阴极板上均开设有燃料气体入口、燃料气体出口、氧化剂气体入口、氧化剂气体出口及排水口；其中，阳极板上的燃料气体入口和燃料气体出口均与阳极板上的凹槽连通；阴极板上的氧化剂气体入口和氧化剂气体出口均与阴极板上的凹槽连通，各凹槽内填充有多孔三维基底填充块；多孔三维基底填充块为多孔镍网；凹槽的内底部呈平面设置的设计，采用高孔隙率的多孔三维基底填充块填充凹槽，凹槽内不再设置气体流道，只填充有多孔三维基底填充块，同时保证凹槽的内底部呈平面设置，使得多孔三维基底填充块与凹槽地面紧密贴合，当燃料气体和氧化剂气体分别从阳极板和阴极板进入对应的凹槽内，燃料气体和氧化剂气体分别在对应多孔三维基底填充块内扩散，保证燃料气体和氧化剂气体的扩散的均匀性，从而保证燃料气体和氧化剂气体发生反应的稳定性；排水口的设计有利于反应过程中生产水的排出；由多孔镍网填充的凹槽即可以实现三维流道的架构，可以免去在阳极板和阴极板开设流道，降低了加工的难度和成本。

2、本实用新型中的凹槽的深度为0.05mm-1mm；本实施例优选的凹槽的深度为1mm；多孔三维基底填充块的厚度为0.05mm-1mm；本实施例优选的多孔三维基底填充块的厚度为1mm，方便加工，安装方便，同时保证对气体的有效扩散。

3、本实用新型中多孔三维基底填充块的孔隙率为85％-98％；保证孔的密实度，保证对气体的有效扩散。

4、本实用新型通过阳极板的外板面和内板面上均设有凹槽，阴极板的外板面设有凹槽的设计，进一步保证燃料气体扩散的均匀性，保证燃料气体与氧化剂气体反应的均匀性，从而保证电量的稳定供应，保证汽车行驶的安全性。

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为本实用新型中所述质子交换膜燃料电池双极板的结构示意图(主视剖视图)；

图2为本实用新型所述阳极板的结构示意图(立体图)；

图3为本实用新型中所述电池的结构示意图(主视剖视图)；

图4为本实用新型中所述电池堆的结构示意图(主视剖视图)。

附图标记说明：

1、阳极板；2、阴极板；3、凹槽；4、燃料气体入口；5、燃料气体出口；6、氧化剂气体入口；7、氧化剂气体出口；9、多孔三维基底填充块；8、排水口；10、质子交换膜；11、氧化剂气体输入口；12、水输入口；13、燃料气体输入口；14、左端板；15、右端板；16、燃料气体输出口；17、水输出口；18、氧化剂气体输出口；

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，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“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”、“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。

如图1所示，本实施例中提供的一种质子交换膜燃料电池双极板，包括紧压于一体的阳极板1和阴极板2；阳极板1和阴极板2的板面上均开设有凹槽3；阳极板1和阴极板2上均开设有燃料气体入口4、燃料气体出口5、氧化剂气体入口6、氧化剂气体出口7及排水口8；其中，阳极板1上的燃料气体入口4和燃料气体出口5均与阳极板1上的凹槽3连通；阴极板2上的氧化剂气体入口6和氧化剂气体出口7均与阴极板2上的凹槽3连通，各凹槽3内填充有多孔三维基底填充块9；多孔三维基底填充块为多孔镍网；凹槽2的内底部呈平面设置。

本实用新型通过紧压于一体的阳极板1和阴极板2；阳极板1和阴极板2的板面上均开设有凹槽3；阳极板1和阴极板2上均开设有燃料气体入口4、燃料气体出口5、氧化剂气体入口6、氧化剂气体出口7及排水口8；其中，阳极板1上的燃料气体入口4和燃料气体出口5均与阳极板1上的凹槽3连通；阴极板2上的氧化剂气体入口6和氧化剂气体出口7均与阴极板2上的凹槽3连通，各凹槽3内填充有多孔三维基底填充块9；多孔三维基底填充块为多孔镍网；凹槽3的内底部呈平面设置的设计，采用高孔隙率的多孔三维基底填充块9填充凹槽3，凹槽3内不再设置气体流道，只填充有多孔三维基底填充块，同时保证凹槽2的内底部呈平面设置，使得多孔三维基底填充块与凹槽3地面紧密贴合，当燃料气体和氧化剂气体分别从阳极板1和阴极板2进入对应的凹槽3内，燃料气体和氧化剂气体分别在对应多孔三维基底填充块9内扩散，保证燃料气体和氧化剂气体的扩散的均匀性，从而保证燃料气体和氧化剂气体发生反应的稳定性；排水口8的设计有利于反应过程中生产水的排出；由多孔镍网填充的凹槽3即可以实现三维流道的架构，可以免去在阳极板和阴极板开设流道，降低了加工的难度和成本。

本实用新型重点在于在凹槽3内填充多孔三维基底填充块9，使得凹槽3内构成三维流场结构，保证气体的稳定扩散，扩散的更加均匀，保证进入反应区的流畅性，无需在凹槽3内部开设流道，流道加工复杂，影响阴极板或者阳极板的刚性，由此本实用新型在凹槽3内填充多孔三维基底填充块9设计，大大降低了阳极板和阴极板的生产难度，同时保证反应的稳定进行，保证为汽车提供稳定的动力；多孔三维基底填充块9周壁与凹槽3内壁紧密贴合，保证三维流场结构的设计的精准性。

本实用新型中的凹槽3的深度为0.05mm-1mm；本实施例优选的凹槽3的深度为1mm；多孔三维基底填充块9的厚度为0.05mm-1mm；本实施例优选的多孔三维基底填充块9的厚度为1mm，方便加工，安装方便，同时保证对气体的有效扩散。

本实用新型中多孔三维基底填充块9的孔隙率为85％-98％；保证孔的密实度，保证对气体的有效扩散。

如图1所示，本实施例中的阳极板1的外板面和内板面上均设有凹槽3，阴极板2的外板面设有凹槽3。

本实用新型通过阳极板1的外板面和内板面上均设有凹槽3，阴极板2的外板面设有凹槽3的设计，进一步保证燃料气体扩散的均匀性，保证燃料气体与氧化剂气体反应的均匀性，从而保证电量的稳定供应，保证汽车行驶的安全性。

本实用新型还包括一种质子交换膜燃料电池，包括多个并排设置的如上述中任一项所述的质子交换膜燃料电池双极板相邻两质子交换膜燃料电池双极板间设有质子交换膜10。

如图4所示，本实用新型还包括一种电池堆，包括两相对设置的左端板14和右端板15，左端板14和右端板15间设有多个叠放的如上述所述的质子交换膜燃料电池；左端板14从上到下依次设有与左端板14贯通的氧化剂气体输入口11、水输入口12和燃料气体输入口13，右端板15上设有与右端板15贯通的燃料气体输出口16，水输出口17和氧化剂气体输出口18。

质子交换膜燃料电池双极板的制备过程为：

在阳极板1的外板面和内侧板面上均开设凹槽3，在阴极板2的外板面上开设凹槽3，将阳极板1的外板面上的凹槽、阳极板1的内板面上的凹槽和阴极板2的外板面上的凹槽内均填充多孔三维基底填充块9，将填充有多孔三维基底填充块9的阳极板1的内板面和阴极板2内板面紧贴组成双极板。

质子交换膜燃料电池的制备过程为：将两个质子交换膜燃料电池双极板平行放置，在两质子交换膜燃料电池双极板放置质子交换膜10，夹紧组成质子交换膜燃料电池。

电池堆的制备过程为：将多个质子交换膜燃料电池叠放于一体，在两侧放置端板，夹紧组成电池堆。

电池堆的工作过程：将氢气从左端板14的燃料气体输入口13输入，将氧气从左端板14上的氧化剂气体输出口11输入，氢气从阳极板1上的燃料气体入口4进入凹槽3，在多孔三维基底填充块9流动扩散，目的是实现氢气进入反应区后扩散的更加均匀，扩散后，氢气从燃料气体出口5进入到质子交换膜10；氧气从阴极板2上的氧化剂气体入口6进入凹槽，进入阴极板2凹槽3内的多孔三维基底填充块9，在多孔三维基底填充块9流动扩散，目的是实现氧气进入反应区后扩散的更加均匀，扩散后氧气从氧化剂气体出口7进入质子交换膜10与氢气反应，反应生产的水依次从排水口8和水输出口17排出。

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 (10)

1.一种质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于：包括紧压于一体的阳极板(1)和阴极板(2)；阳极板(1)和阴极板(2)的板面上均开设有凹槽(3)；阳极板(1)和阴极板(2)上均开设有燃料气体入口(4)、燃料气体出口(5)、氧化剂气体入口(6)、氧化剂气体出口(7)及排水口(8)；其中，阳极板(1)上的燃料气体入口(4)和燃料气体出口(5)均与阳极板(1)上的凹槽(3)连通；阴极板(2)上的氧化剂气体入口(6)和氧化剂气体出口(7)均与阴极板(2)上的凹槽(3)连通，各凹槽(3)内填充有多孔三维基底填充块(9)。

2.根据权利要求1所述质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于：凹槽(3)的内底部呈平面设置。

3.根据权利要求2所述质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于：凹槽(3)的深度为0.05mm-1mm。

4.根据权利要求1-3中任一项所述质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于：多孔三维基底填充块(9)为多孔镍网。

5.根据权利要求4所述质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于：多孔三维基底填充块(9)的孔隙率为85％-98％。

6.根据权利要求5所述质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于：多孔三维基底填充块(9)的厚度为0.05mm-1mm。

7.根据权利要求6所述质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于：阳极板(1)的外板面和内板面上均设有凹槽(3)，阴极板(2)的外板面设有凹槽(3)。

8.一种质子交换膜燃料电池，其特征在于：包括多个并排设置的如权利要求1-7中任一项所述的质子交换膜燃料电池双极板相邻两质子交换膜燃料电池双极板间设有质子交换膜(10)。

9.一种电池堆，其特征在于：包括两相对设置的左端板(14)和右端板(15)，左端板(14)和右端板(15)间设有多个叠放的如权利要求8所述的质子交换膜燃料电池。

10.根据权利要求9所述的电池堆，其特征在于：左端板(14)从上到下依次设有与左端板(14)贯通的氧化剂气体输入口(11)、水输入口(12)和燃料气体输入口(13)，右端板(15)上设有与右端板(15)贯通的燃料气体输出口(16)，水输出口(17)和氧化剂气体输出口(18)。

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