CN215578635U - 一种燃料电池双极板和燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池双极板和燃料电池，属于燃料电池技术领域。空气流场靠近所述空气入口的一侧设置有所述第一导流区，所述第一导流区上间隔凸设有多个第一导流凸点，多个所述第一导流凸点呈梯形点阵排列。空气依次通过空气入口、第一导流区、空气流场后从空气出口排出，空气通过梯形点阵排列的第一导流区时被均匀分流，使空气与其他物质充分反应，提高了空气的利用率。

Description

一种燃料电池双极板和燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池双极板和燃料电池。

背景技术

燃料电池双极板的材质包括石墨双极板、金属双极板以及复合材料双极板。在流道验证阶段，目前多采用雕刻石墨双极板的加工方式，其中阴极单极板的第一端面设置有空气流场，阴极单极板的第二端面设置有冷却液流场。

由于石墨双极板采用胶槽与密封胶配合密封的方式，阴极单极板的第一端面设置有第一胶槽，阴极单极板的第二端面设置有第二胶槽，因为第一胶槽与第二胶槽的位置非对应设置，空气流场靠近空气入口的一侧存在空白的平整区域，不利于空气在气体流场的均匀分布，影响空气在气体流场内与其他物质的化学反应效率，降低了空气的利用率。

为此，亟需提供一种燃料电池双极板和燃料电池以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池双极板和燃料电池，使空气在气体流场区域内均匀分布，使空气与其他物质充分反应，提高空气的利用率。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一种燃料电池双极板，包括阳极单极板和阴极单极板，所述阴极单极板包括阴极基板本体和贯通开设于所述阴极基板本体四周的空气入口、空气出口、氢气入口、氢气出口、冷却液入口和冷却液出口，所述阴极单极板还包括：

冷却液流场，设于所述阴极基板本体的一端面，所述冷却液流场的一端与所述冷却液入口连通，所述冷却液流场的另一端与所述冷却液出口连通；

空气流场，设于所述阴极基板本体的另一端面，所述空气流场的一端与所述空气入口连通，所述空气流场的另一端与所述空气出口连通；

第一导流区，所述空气流场靠近所述空气入口的一侧设置有所述第一导流区，所述第一导流区上间隔凸设有多个第一导流凸点，多个所述第一导流凸点呈梯形点阵排列。

作为燃料电池双极板的可选方案，所述空气流场包括第一流场脊和第一流道，每两个所述第一流场脊之间形成一个所述第一流道，所述第一流道内沿自身延伸方向间隔设置有多个扰流凸点。

作为燃料电池双极板的可选方案，所述第一流道的宽度为500μm-800μm。

作为燃料电池双极板的可选方案，所述空气流场的外围凹设有第一胶槽，所述第一胶槽的截面为阶梯形结构。

作为燃料电池双极板的可选方案，所述冷却液流场包括第二流场脊和第二流道，每两个所述第二流场脊之间形成一个所述第二流道，所述第二流场脊上沿自身延伸方向间隔设置有多个半开槽，所述半开槽槽底的高度大于所述第二流道底部的高度。

作为燃料电池双极板的可选方案，所述第一流场脊与所述第二流道一一对应设置；所述第一流道与所述第二流场脊一一对应设置。

作为燃料电池双极板的可选方案，所述半开槽与所述扰流凸点一一对应设置。

作为燃料电池双极板的可选方案，所述冷却液流场的外围凹设有第二胶槽，所述第二胶槽的截面为阶梯形结构。

作为燃料电池双极板的可选方案，所述阳极单极板和所述阴极单极板均采用石墨材质制成。

一种燃料电池，包括质子交换膜和如上所述的任一燃料电池双极板的技术方案，所述质子交换膜设于所述阳极单极板和阴极单极板之间。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型所提供的燃料电池双极板，在空气流场靠近空气入口的一侧设置有第一导流区，在第一导流区上间隔设置有多个第一导流凸点，多个第一导流凸点呈梯形点阵排列，空气依次通过空气入口、第一导流区、空气流场后从空气出口排出，空气通过梯形点阵排列的第一导流区时被均匀分流，使空气与其他物质充分反应，提高了空气的利用率。

本实用新型所提供的燃料电池，通过在第一导流区上设置呈梯形点阵排列的第一导流凸点，使空气与其他物质充分反应，提高了空气的利用率。

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，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中的燃料电池双极板的爆炸示意图；

图2为本实用新型实施例中阴极单极板设有空气流场的一侧的结构示意图；

图3为图2中A处的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中阴极单极板设有冷却液流场的一侧的结构示意图；

图5为图4中B处的结构示意图；

图6为本实用新型实施例中第一胶槽处的结构示意图。

附图标记：

1、阳极单极板；2、阴极单极板；3、阴极基板本体；4、冷却液流场；5、空气流场；

31、空气入口；32、空气出口；33、氢气入口；34、氢气出口；35、冷却液入口；36、冷却液出口；

41、第二流场脊；42、第二流道；43、半开槽；44、第二胶槽；

51、第一导流区；511、第一导流凸点；52、第一流场脊；53、第一流道；54、扰流凸点；55、第一胶槽。

具体实施方式

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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

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定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”等仅用于区分描述，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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。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。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

燃料电池双极板(Bipolar Plate,BP)又叫流场板，与膜电极层叠装配成电堆，在燃料电池中起到支撑、收集电流、为冷却液提供通道、分隔氧化剂和还原剂等作用。从功能上要求双极板材料是电与热的良导体、具有一定的强度以及气体致密性等；稳定性方面要求双极板在燃料电池酸性和湿热环境下具有耐腐蚀性且对燃料电池其他部件与材料的相容无污染性；产品化方面要求双极板材料要易于加工、成本低。

石墨双极板在燃料电池的环境中具有良好的化学稳定性，同时具有很高的导电率，是目前质子交换膜燃料电池研究和应用中最为广泛的材料，石墨双极板耐久性长。

为了使空气在气体流场区域内均匀分布，使空气与其他物质充分反应，提高空气的利用率，本实施例提供一种燃料电池双极板，以下结合图1至图6对本实施例的具体内容进行详细描述。

如图1至图3所示，燃料电池双极板包括阳极单极板1和阴极单极板2，阴极单极板2包括阴极基板本体3和贯通开设于阴极基板本体3四周的空气入口31、空气出口32、氢气入口33、氢气出口34、冷却液入口35和冷却液出口36，阴极基板本体3呈矩形结构，空气入口31和空气出口32位于阴极基板本体3一对角线的两端，氢气入口33和氢气出口34位于阴极基板本体3另一对角线的两端。

其中，阴极单极板2还包括冷却液流场4、空气流场5和第一导流区51，冷却液流场4设于阴极基板本体3的一端面，冷却液流场4的一端与冷却液入口35连通，冷却液流场4的另一端与冷却液出口36连通。空气流场5设于阴极基板本体3的另一端面，空气流场5的一端与空气入口31连通，空气流场5的另一端与空气出口32连通。

具体地，如图3所示，空气流场5靠近空气入口31的一侧设置有第一导流区51，第一导流区51上间隔凸设有多个第一导流凸点511，多个第一导流凸点511呈梯形点阵排列。

简而言之，本实用新型所提供的燃料电池双极板，在空气流场5靠近空气入口31的一侧设置有第一导流区51，在第一导流区51上间隔设置有多个第一导流凸点511，多个第一导流凸点511呈梯形点阵排列，空气依次通过空气入口31、第一导流区51、空气流场5后从空气出口32排出，空气通过梯形点阵排列的第一导流区51时被均匀分流，使空气与其他物质充分反应，提高了空气的利用率。

具体地，在空气流场5靠近空气出口32的一侧设置有第二导流区，第二导流区上间隔凸设有多个第二导流凸点，多个第二导流凸点呈梯形点阵。阴极单极板2远离阳极单极板1的一面的流道用于流通空气，阴极单极板2靠近阳极单极板1的流道用于流通冷却水，阳极单极板1远离阴极单极板2的一面的流道用于流通氢气，阳极单极板1靠近阴极单极板2的一面的流道用于流通冷却水。

进一步地，如图2和图3所示，空气流场5包括第一流场脊52和第一流道53，每两个第一流场脊52之间形成一个第一流道53，第一流道53内沿自身延伸方向间隔设置有多个扰流凸点54，能够使空气在第一流道53内流动时形成扰流，促进空气进行GDL(Gas DiffusionLayer with Catalyst)反应增加空气利用率。

具体地，第一流道53的宽度为500μm-800μm。

进一步地，如图6所示，空气流场5的外围凹设有第一胶槽55，第一胶槽55的截面为阶梯形结构。第一胶槽55靠近阴极基板本体3外边缘的阶梯深度小于远离外边缘的阶梯深度。双极板组装采用在第一胶槽55内点胶的工艺，点胶后凝固的形状为阶梯状，实现气体流畅的二次密封，改善密封效果。

可选地，如图4所示，冷却液流场4的外围凹设有第二胶槽44，第二胶槽44的截面为阶梯形结构。采用在第二胶槽44内点胶的工艺，点胶后凝固的形状为阶梯状，实现气体流畅的二次密封，改善密封效果。

进一步地，如图4所示，冷却液流场4包括第二流场脊41和第二流道42，每两个第二流场脊41之间形成一个第二流道42，第二流场脊41上沿自身延伸方向间隔设置有多个半开槽43，半开槽43槽底的高度大于第二流道42底部的高度，一方面使冷却液在第二流道42内均匀分布，另一方面避免冷却液在全开槽处进行积聚，在低温环境下冷冻结冰破坏双极板的情况，还可以避免由于重力作用导致冷却液分布不均的问题。同时在第二流场脊41上增设半开槽43降低了冷却液进出口压差，使冷却液分布均匀，达到最优的冷却效果。

本实施例中，对第一流道53和第二流道42流道进行打磨处理，使得第一流道和第二流道的流动阻力降低。第一流道53和第二流道42沿垂直于自身延伸方向的截面形状可以为U形、圆形或多边形等，在此不做过多限制。超细密化流道的设置使流体在流道流动的过程中分布更加均匀。流道可以是蛇形、波浪形、根据实际使用情况进行更改流道的延伸方向，在此不做过多限制。

具体地，每两个第一流场脊52之间的间距可以相同也可以不同，每两个第二流场脊41之间的间距可以相同也可以不同。第一流道53内还设置有至少两个可以用于分流的流场脊，第二流道42内还设置有至少两个可以用于分流的流场脊。

进一步地，第一流场脊52与第二流道42一一对应设置；第一流道53与第二流场脊41一一对应设置。更进一步地，半开槽43与扰流凸点54一一对应设置。使阴极单极板上的冷却液流场区域和空气流场相一致，阴极基板本体3上设置第一流场脊52的相应另一侧设置为第二流道42，阴极基板本体3上设置第二流场脊41的相应另一侧设置为第一流道53，减少加工工序，便于加工，降低成本。

进一步地，阳极单极板1和阴极单极板2均采用石墨材质制成，降低生产成本。

本实施例还提供了一种燃料电池，该燃料电池包括质子交换膜和上面提到的燃料电池双极板，质子交换膜设于阳极单极板1和阴极单极板2之间。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所说的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种燃料电池双极板，包括阳极单极板(1)和阴极单极板(2)，所述阴极单极板(2)包括阴极基板本体(3)和贯通开设于所述阴极基板本体(3)四周的空气入口(31)、空气出口(32)、氢气入口(33)、氢气出口(34)、冷却液入口(35)和冷却液出口(36)，其特征在于，所述阴极单极板(2)还包括：

冷却液流场(4)，设于所述阴极基板本体(3)的一端面，所述冷却液流场(4)的一端与所述冷却液入口(35)连通，所述冷却液流场(4)的另一端与所述冷却液出口(36)连通；

空气流场(5)，设于所述阴极基板本体(3)的另一端面，所述空气流场(5)的一端与所述空气入口(31)连通，所述空气流场(5)的另一端与所述空气出口(32)连通；

第一导流区(51)，所述空气流场(5)靠近所述空气入口(31)的一侧设置有所述第一导流区(51)，所述第一导流区(51)上间隔凸设有多个第一导流凸点(511)，多个所述第一导流凸点(511)呈梯形点阵排列。

2.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述空气流场(5)包括第一流场脊(52)和第一流道(53)，每两个所述第一流场脊(52)之间形成一个所述第一流道(53)，所述第一流道(53)内沿自身延伸方向间隔设置有多个扰流凸点(54)。

3.根据权利要求2所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述第一流道(53)的宽度为500μm-800μm。

4.根据权利要求2所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述空气流场(5)的外围凹设有第一胶槽(55)，所述第一胶槽(55)的截面为阶梯形结构。

5.根据权利要求2所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述冷却液流场(4)包括第二流场脊(41)和第二流道(42)，每两个所述第二流场脊(41)之间形成一个所述第二流道(42)，所述第二流场脊(41)上沿自身延伸方向间隔设置有多个半开槽(43)，所述半开槽(43)槽底的高度大于所述第二流道(42)底部的高度。

6.根据权利要求5所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述第一流场脊(52)与所述第二流道(42)一一对应设置；所述第一流道(53)与所述第二流场脊(41)一一对应设置。

7.根据权利要求6所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述半开槽(43)与所述扰流凸点(54)一一对应设置。

8.根据权利要求5所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述冷却液流场(4)的外围凹设有第二胶槽(44)，所述第二胶槽(44)的截面为阶梯形结构。

9.根据权利要求1-8任一项所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述阳极单极板(1)和所述阴极单极板(2)均采用石墨材质制成。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括质子交换膜和如权利要求1-9任一项所述的燃料电池双极板，所述质子交换膜设于所述阳极单极板(1)和阴极单极板(2)之间。

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