CN214588921U - 带有倾角六边形肋质子交换膜燃料电池双极板 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种带有倾角六边形肋质子交换膜燃料电池双极板，包括底板，所述底板上设有凹槽，所述凹槽内由上至下依次设有多个六边形肋组；所述六边形肋组包括多个等距排列的六边形肋，所述六边形肋在所述凹槽的槽底的正投影呈六边形，每个所述六边形肋的上部均具有朝向所述凹槽上部的斜面；相临两个六边形肋组中的六边形肋交错设置；多个所述六边形肋形成流场。本实用新型能够保障反应气体均匀分布在流场中，提高电池性能，且能够排除液态水。

Description

带有倾角六边形肋质子交换膜燃料电池双极板

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体而言是一种双极板，尤其涉及一种带有倾角六边形肋质子交换膜燃料电池双极板。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有可低温运行、快速启动、结构紧凑、比功率和比能量高、寿命长、性能稳定等特点，广泛应用于汽车、船舶、航空等各个领域。双极板是燃料电池的主要结构，具有收集电子，隔离反应气体的作用，占电堆重量的60％和成本的30％。双极板上刻有流场，流场结构决定反应气体以及生成物在燃料电池内部的分布。反应气体在电池内分布的均匀程度直接影响电流密度分布的均匀程度。反应气体分布不均匀会导致均布电化学反应速率不均匀，进而导致局部温度不同，不仅影响电池性能，也会降低电池的使用寿命。生成的液态水如果不能及时排除会导致电池发生水淹现象，从而使电池性能下降。目前的双极板主要分为带有平行流场、蛇形流场、交指流场和点状流场的双极板。但目前这些双极板在性能方面存在问题。如平行流场双极板，虽然压降小，但由于气体流速较低，产生的液态水无法及时排除，容易造成通道堵塞，进而导致电池性能下降；由于平行流场通道路径相对短，气体在流场中停留的时间短，气体利用率低。蛇形流场虽然可以有效排除液态水，但由于其只有一个路径导致其压降过大，在近出口处浓差损失大，电流密度分布不均匀。多蛇形流场虽然可以减小部分压降，但整体电流密度分布依然不均匀。交指流场利用封闭的通道可以加强肋下对流，增强传质，提高气体利用率，同时可以有效排除肋下气体扩散层中的水，但由于流道是封闭的，产生较大压降；此外，由于封闭的流场导致反应气体强行通过气体扩散层，如果气流量过大，会损坏膜电极，造成电池不可逆损伤。点状流场利用点状凸起组成流场，产生的压降小，但由于气体流速低，产生的水不易排除，容易发生电池水淹现象；同时容易产生涡流，造成电池性能下降。

实用新型内容

根据上述技术问题，而提供一种带有倾角六边形肋质子交换膜燃料电池双极板。本实用新型采用的技术手段如下：

带有倾角六边形肋质子交换膜燃料电池双极板，包括底板，所述底板上设有凹槽，所述凹槽内由上至下依次设有多个六边形肋组；

所述六边形肋组包括多个等距排列的六边形肋，所述六边形肋在所述凹槽的槽底的正投影呈六边形，每个所述六边形肋的上部均具有朝向所述凹槽上部的斜面；

相临两个六边形肋组中的六边形肋交错设置；

多个所述六边形肋形成流场；

所述凹槽的顶部具有渐缩通道，且所述渐缩通道的一端具有总进气口，所述渐缩通道的下部具有与位于顶部的所述六边形肋数量相匹配的分进气口，且位于顶部的所述六边形肋的斜面与所述分进气口相抵；

所述凹槽的底部具有渐扩通道，且所述渐扩通道的一端具有总出气口，所述渐扩通道的上部具有多个分出气口。

进一步地，所述渐缩通道的内径由其具有所述总进气口的一端至另一端依次减小；所述渐扩通道的内径由其具有所述总出气口的一端至另一端依次增加。

进一步地，所述六边形的每个内角均为120°。

进一步地，所述斜面与所述凹槽的槽底之间的夹角为10°～30°。

进一步地，所述六边形肋是由四棱柱结构和楔形结构组成的一体结构；

所述四棱柱结构是由设置在所述凹槽上的等腰梯形Ⅰ沿垂直于所述凹槽的槽底方向拉伸后所形成的结构；

所述楔形结构是由设置在所述凹槽上的等腰梯形Ⅱ的下底沿垂直于所述凹槽的槽底方向拉伸后所形成的结构，且拉伸后形成的倾斜面为所述斜面；

所述等腰梯形Ⅰ和所述等腰梯形Ⅱ为对称设置，且等腰梯形Ⅰ的下底与所述等腰梯形Ⅱ的下底重合；

所述等腰梯形Ⅰ的拉伸高度与所述等腰梯形Ⅱ的下底拉伸高度相同。

进一步地，所述凹槽在最后一排所述六边形肋组的下方设有多个均匀水平排列的所述楔形结构，相临两个所述楔形结构之间的间隙与所述分出气口连通。

进一步地，所述等腰梯形Ⅰ和所述等腰梯形Ⅱ的上底长为1～3mm；

所述六边形肋组中的相临两个所述六边形肋之间的最短距离为1～3mm；

相临两个所述六边形肋组中交错设置的两个所述六边形肋的所述等腰梯形Ⅱ与所述等腰梯形Ⅰ之间的距离为0.8～2mm。此尺寸设计能够满足流场性能的最大化利用。

进一步地，所述凹槽内由上至下第奇数个所述六边形肋组或第偶数个所述六边形肋组中，靠近所述凹槽的两侧侧壁处具有半个六边形肋，且所述半个六边形肋为所述六边形肋沿所述等腰梯形Ⅰ和等腰梯形Ⅱ的中点连线所切割形成；所述半个六边形肋不具有斜边的一侧与所述凹槽的槽壁固定连接。

本实用新型流场是由带斜面的六边形肋均匀分布而形成。六边形肋斜面部分增强反应气体的纵向(垂直双极板方向)流动，使更多的气体进入气体扩散层，增加了气体扩散层中反应物的浓度，提高了气体利用率；同时，由于斜面的倾角的角度为10-30°，可以有效排除气体扩散层中的液态水，防止液态水在气体扩散层中积累导致发生电池水淹现象。六边形的每个内角为120°，改变了气体横向(平行双极板方向)流动，使反应气体均匀分布在流场内，提高了电池中电化学反应的均匀性，防止引反应速率不同而造成的局部温度不同，保证电池稳定运行。侧边处同样采用相同尺寸带斜面的半个六边形肋结构，保障沿流场方向的通道长度和肋长度相等，进一步保障反应气体均匀分布在流场中，提高电池性能。

本实用新型近出口处采用带斜面的楔形结构，可以有效排除液态水，防止发生电池水淹现象；同时增加反应气体与气体扩散层之间的接触面积，减小浓差损失，提高电池输出。出口处采用渐扩通道设计，可以保障近出口处气体压力均匀分布，有利于出口处反应气体的均匀分布。

基于上述理由本实用新型可在燃料电池等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，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为本实用新型具体实施方式中带有倾角六边形肋质子交换膜燃料电池双极板结构示意图。

图2为图1中A部放大图。

图3为本实用新型具体实施方式中六边形肋尺寸信息图。

图4为本实用新型具体实施方式中六边形肋结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

如图1～4所示，带有倾角六边形肋质子交换膜燃料电池双极板，包括底板1，所述底板上设有凹槽，所述凹槽内由上至下依次设有多个六边形肋组；

所述六边形肋组包括多个等距排列的六边形肋2，所述六边形肋2在所述凹槽的槽底的正投影呈六边形，所述六边形的每个内角均为120°。

每个所述六边形肋2的上部均具有朝向所述凹槽上部的斜面21；所述斜面与所述凹槽的槽底之间的夹角为10°～30°。如图1中所示，本实施例中的斜面21位于六边形肋2的上部分，且斜面21朝向也是朝向上部分。

相临两个六边形肋组中的六边形肋2交错设置；如图1所示，第二排的六边形肋2均设置在第一排的六边形肋2之间的空隙处。

多个所述六边形肋2形成流场；

所述凹槽的顶部具有渐缩通道3，且所述渐缩通道3的一端具有总进气口31，所述渐缩通道3的下部具有与位于顶部的所述六边形肋2数量相匹配的分进气口32，且位于顶部的所述六边形肋2的斜面21与所述分进气口32相抵；

所述凹槽的底部具有渐扩通道4，且所述渐扩通道4的一端具有总出气口41，所述渐扩通道4的上部具有多个分出气口42。

进一步地，所述渐缩通道3的内径由其具有所述总进气口31的一端至另一端依次减小；所述渐扩通道4的内径由其具有所述总出气口42的一端至另一端依次增加。

进一步地，所述六边形肋2是由四棱柱结构22和楔形结构23组成的一体结构；

所述四棱柱结构22是由设置在所述凹槽上的等腰梯形Ⅰ24沿垂直于所述凹槽的槽底方向拉伸后所形成的结构；

所述楔形结构23是由设置在所述凹槽上的等腰梯形Ⅱ25的下底沿垂直于所述凹槽的槽底方向拉伸后所形成的结构，且拉伸后形成的倾斜面为所述斜面21；

所述等腰梯形Ⅰ24和所述等腰梯形Ⅱ25为对称设置，且等腰梯形Ⅰ24的下底与所述等腰梯形Ⅱ25的下底重合；

所述等腰梯形Ⅰ24的拉伸高度与所述等腰梯形Ⅱ25的下底拉伸高度相同。

进一步地，所述凹槽在最后一排所述六边形肋组的下方设有多个均匀水平排列的所述楔形结构23，相临两个所述楔形结构23之间的间隙与所述分出气口42连通，本实例中相临两个所述楔形结构23之间的间隙形成了所述分出气口42。

进一步地，所述等腰梯形Ⅰ24和所述等腰梯形Ⅱ25的上底a长为1～3mm；

所述六边形肋组中的相临两个所述六边形肋2之间的最短距离L为1～3mm；

相临两个所述六边形肋组中交错设置的两个所述六边形肋的所述等腰梯形Ⅱ25与所述等腰梯形Ⅰ24之间的距离b为0.8～2mm。此尺寸设计能够满足流场性能的最大化利用。

进一步地，所述凹槽内由上至下第奇数个所述六边形肋组或第偶数个所述六边形肋组中，靠近所述凹槽的两侧侧壁处具有半个六边形肋5，本实施例中为奇数个，即第一排、第三排、第五排等等，所述半个六边形肋5为所述六边形肋2沿所述等腰梯形Ⅰ24和等腰梯形Ⅱ25的中点连线所切割形成；所述半个六边形肋5不具有斜边的一侧与所述凹槽的槽壁固定连接。

反应气体由总进气口31进入渐缩通道3，再经过分进气口32进入电池内。楔形结构23的斜面21可以改变气体流动方向，使更多的气体进入气体扩散层，增加气体扩散层内反应气体的浓度，提高气体利用率；同时，带走气体扩散层中多余的液态水，防止发生电池水淹现象，提高电池性能。四棱柱结构负责支撑膜电极，收集点电子，同时与楔形结构共同作用，增加气体横向扰流，使反应气体均匀分布在流场中。流场侧边处的所述半个六边形肋5是为了保证通道长度和肋的长度相等，进而保证反应气体分布均匀。靠近出口处采用的是楔形结构23，增加了气体与气体扩散层接触面积，减少浓差损失；同时，斜面21部分促进液态水的排除，提高电池性能。反应后的气体和生成物通过流场进入渐扩通道4，保证近出口处流场压降相等。经过总出气口41排除电池。

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 (8)

1.带有倾角六边形肋质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于，包括底板，所述底板上设有凹槽，所述凹槽内由上至下依次设有多个六边形肋组；

所述六边形肋组包括多个等距排列的六边形肋，所述六边形肋在所述凹槽的槽底的正投影呈六边形，每个所述六边形肋的上部均具有朝向所述凹槽上部的斜面；

相临两个六边形肋组中的六边形肋交错设置；

多个所述六边形肋形成流场；

所述凹槽的顶部具有渐缩通道，且所述渐缩通道的一端具有总进气口，所述渐缩通道的下部具有与位于顶部的所述六边形肋数量相匹配的分进气口，且位于顶部的所述六边形肋的斜面与所述分进气口相抵；

所述凹槽的底部具有渐扩通道，且所述渐扩通道的一端具有总出气口，所述渐扩通道的上部具有多个分出气口。

2.根据权利要求1所述的带有倾角六边形肋质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于，所述渐缩通道的内径由其具有所述总进气口的一端至另一端依次减小；所述渐扩通道的内径由其具有所述总出气口的一端至另一端依次增加。

3.根据权利要求1所述的带有倾角六边形肋质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于，所述六边形的每个内角均为120°。

4.根据权利要求1所述的带有倾角六边形肋质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于，所述斜面与所述凹槽的槽底之间的夹角为10°～30°。

5.根据权利要求1所述的带有倾角六边形肋质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于，所述六边形肋是由四棱柱结构和楔形结构组成的一体结构；

所述四棱柱结构是由设置在所述凹槽上的等腰梯形Ⅰ沿垂直于所述凹槽的槽底方向拉伸后所形成的结构；

所述楔形结构是由设置在所述凹槽上的等腰梯形Ⅱ的下底沿垂直于所述凹槽的槽底方向拉伸后所形成的结构，且拉伸后形成的倾斜面为所述斜面；

所述等腰梯形Ⅰ和所述等腰梯形Ⅱ为对称设置，且等腰梯形Ⅰ的下底与所述等腰梯形Ⅱ的下底重合；

所述等腰梯形Ⅰ的拉伸高度与所述等腰梯形Ⅱ的下底拉伸高度相同。

6.根据权利要求5所述的带有倾角六边形肋质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于，所述凹槽在最后一排所述六边形肋组的下方设有多个均匀水平排列的所述楔形结构，相临两个所述楔形结构之间的间隙与所述分出气口连通。

7.根据权利要求5所述的带有倾角六边形肋质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于，所述等腰梯形Ⅰ和所述等腰梯形Ⅱ的上底长为1～3mm；

所述六边形肋组中的相临两个所述六边形肋之间的最短距离为1～3mm；

相临两个所述六边形肋组中交错设置的两个所述六边形肋的所述等腰梯形Ⅱ与所述等腰梯形Ⅰ之间的距离为0.8～2mm。

8.根据权利要求5所述的带有倾角六边形肋质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于，所述凹槽内由上至下第奇数个所述六边形肋组或第偶数个所述六边形肋组中，靠近所述凹槽的两侧侧壁处具有半个六边形肋，且所述半个六边形肋为所述六边形肋沿所述等腰梯形Ⅰ和等腰梯形Ⅱ的中点连线所切割形成；所述半个六边形肋不具有斜边的一侧与所述凹槽的槽壁固定连接。

Images