CN218123454U - 燃料电池的双极板及具有其的燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池的双极板及具有其的燃料电池，其中，燃料电池的双极板包括双极板本体，双极板本体包括相互叠设的阴极板和阳极板，阴极板远离阳极板的一侧形成有空气流道，双极板本体上设有连通空气流道的空气进口、第一空气出口和第二空气出口，第一空气出口和第二空气出口在双极板本体上间隔设置，空气进口位于第一空气出口和第二空气出口之间。本实用新型实施例的燃料电池的双极板，通过设置两个空气出口，并将空气进口设在两个空气出口之间，以提升阴极板上气体分配的均匀度，降低气体压力梯度，从而提升燃料电池的性能。

Description

燃料电池的双极板及具有其的燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池制造技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池的双极板及具有其的燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种将燃料(如：氢气)中的化学能转换成电能的发电装置，主要由端板、双极板、膜电极组成，其中，双极板具备分配气体和冷却水流向的作用。

但是，传统的双极板上的空气进、出口位于双极板的两侧，导致连通空气进、出口的气体流道过长，因流道的长度决定了双极板内部气体压力梯度以及分布的均匀度，进而导致传统的双极板气体压力梯度较大，气体分布不均匀，降低了燃料电池的性能。

相关技术中，通常采用减小气体流量、降低设定温度或增大进气压力等技术方案来解决上述问题，但是，减小气体流量会造成参与反应的气体量降低，进而导致电池性能下降；降低设定温度会造成膜电极中催化剂不能充分发挥其作用，导致电池内化学反应不剧烈，使得电池性能低下；增大进气压力虽然可以降低电池内部压力梯度，将压差减小，但在电池装备于整车系统过程中，实车系统并不能提供超过300kPa的高压，使得该方案使用受限，导致无法有效提升电池性能。也就是说，采用上述技术方案还是存在电池性能低的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种燃料电池的双极板，所述双极板可使阴极板处的空气分布更为均匀，从而有效提升燃料电池的空气分配均匀度，降低气体压力梯度，进而提升燃料电池的性能。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种燃料电池的双极板，包括：双极板本体，所述双极板本体包括相互叠设的阴极板和阳极板，所述阴极板远离所述阳极板的一侧形成有空气流道，所述双极板本体上设有连通所述空气流道的空气进口、第一空气出口和第二空气出口，所述第一空气出口和所述第二空气出口间隔设置，所述空气进口位于所述第一空气出口和所述第二空气出口之间。

根据本实用新型实施例的燃料电池的双极板，通过改变空气出口(第一空气出口、第二空气出口)的数量以及改变空气进口和空气出口的相对位置，以有效缩短空气进口和空气出口之间的空气流道的布设长度，从而降低空气在空气流道内部的压力梯度，并使得空气分布更为均匀，便于提升燃料电池的性能。

另外，根据本实用新型上述实施例的燃料电池的双极板还可以具有如下附加的技术特征：

根据本实用新型的一些实施例，所述第一空气出口和所述第二空气出口间隔设在所述双极板本体的横向两端，所述空气进口设在所述双极板本体的中心位置。

可选地，所述第一空气出口和所述第二空气出口相对于所述空气进口呈中心对称设置。

根据本实用新型的一些实施例，所述空气流道包括第一空气流道和第二空气流道，所述第一空气流道设于所述空气进口和所述第一空气出口之间以连通所述空气进口和所述第一空气出口，所述第二空气流道设于所述空气进口和所述第二空气出口之间以连通所述空气进口和所述第二空气出口；其中，所述第一空气流道和所述第二空气流道均包括中间段以及分别设于所述中间段两端的分配段，所述中间段包括多条平行并列设置的中间流道。

根据本实用新型的一些实施例，所述空气进口的面积大于所述第一空气出口、所述第二空气出口的面积。

根据本实用新型的一些实施例，所述空气进口的面积等于所述第一空气出口的面积和所述第二空气出口的面积之和。

根据本实用新型的一些实施例，所述阳极板远离所述阴极板的一侧形成有氢气流道，所述双极板本体的横向相对两端设有连通所述氢气流道的氢气进口和氢气出口，所述氢气进口和所述氢气出口相对于所述双极板本体的中心呈中心对称设置。

可选地，所述阴极板和所述阳极板之间形成冷却流道，所述双极板本体的横向相对两端设有连通所述冷却流道的冷却剂进口和冷却剂出口。

可选地，所述空气进口的面积和所述冷却剂进口的面积均大于所述氢气进口的面积。

本实用新型的另一个目的在于提出一种燃料电池。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种燃料电池，包括前述的燃料电池的双极板。

根据本实用新型实施例的燃料电池，通过采用前述的双极板，以有效提升燃料电池的性能。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型一些实施例的双极板中阴极板的示意图。

图2是本实用新型一些实施例的双极板中阳极板的示意图。

附图标记：

100、阴极板；

110、空气流道；

111、第一空气流道；112、第二空气流道；

113、中间段；1131、中间流道；

114、分配段；1141、分配流道；

200、阳极板；210、氢气流道；

310、空气进口；320、第一空气出口；330、第二空气出口；

410、氢气进口；420、氢气出口；

510、冷却剂进口；520、冷却剂出口；

600、密封圈。

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。

下面将参考图1和图2并结合实施例来详细说明本实用新型实施例的燃料电池的双极板。

其中，根据本实用新型实施例的燃料电池的双极板包括双极板本体。

结合图1和图2所示，双极板本体包括相互叠设的阴极板100和阳极板200。这里是指，双极板本体包括阴极板100和阳极板200，同时，阴极板100和阳极板200相互叠设以形成双极板本体，也就是形成本申请的燃料电池的双极板。

在一些示例中，阴极板100可设在阳极板200上并通过焊接、粘接等连接方式与阳极板200进行连接，以形成阴极板100和阳极板200的叠设。

如图1所示，阴极板100远离阳极板200的一侧形成有空气流道110，双极板本体上设有连通空气流道110的空气进口310、第一空气出口320和第二空气出口330，第一空气出口320和第二空气出口330间隔设置，空气进口310位于第一空气出口320和第二空气出口330之间。这样当空气进入空气进口310后，部分空气即可通过空气流道110流至第一空气出口320和第二空气出口330处，随后再分别通过第一空气出口320和第二空气出口330排出，以实现空气的流动并保证燃料电池的反应性能。

由上述结构可知，本实用新型实施例的燃料电池的双极板，设置两个空气出口(第一空气出口320和第二空气出口330)和一个空气进口310，并将空气进口310设置在第一空气出口320和第二空气出口330之间，以有效缩短第一空气出口320与空气进口310之间的空气流道110的布设长度以及缩短第二空气出口330与空气进口310之间的空气流道110的布设长度，也就是缩短空气进口310和空气出口之间的空气流道110的布设长度。

因空气流道110的布设长度直接决定了双极板内部的气体压力梯度，具体为：空气流道110的布设长度过长，会导致双极板内部的气体压力梯度较大，从而导致气体分布不均匀，以降低双极板的性能，也就是降低燃料电池的性能。

因此，本申请通过创造性设置空气出口的数量和设置位置以及空气进口310的设置位置，以有效降低空气在空气流道110内部的压力梯度，并使得阴极板100上的空气分布更为均匀，以便于提升燃料电池的性能。

还需要说明的是，空气流道110的布设长度缩短，这样当膜电极上产生的水流至空气流道110内时，空气流道110内的空气流动可有效将空气流道110内的水排出，也就是有助于阴极板100一侧的排水，防止双极板内部发生水淹情况，进而防止燃料电池内部出现水淹的情况。

可以理解的是，相比于现有技术中将空气的进口和出口分别设于双极板的两侧而言，本申请对空气进口310的设置位置以及空气出口的设置数量、设置位置进行了颠覆性的改变，使得空气由两个空气出口的中间位置进入空气流道110，并由两侧的空气出口排出，缩短了空气进口310和空气出口之间的空气流道110的布设长度，进而降低空气在流道内部的压力梯度，并使得阴极板100一侧的空气分布更为均匀，以提升燃料电池的性能，更能保证燃料电池电压的一致性。

可选地，阴极板100采用冲压成型工艺制成，这样在阴极板100成型后即可在阴极板100的表面上形成空气流道110，以降低空气流道110的成型难度，也就是降低阴极板100的成型难度，进而提高阴极板100的制造效率。

需要说明的是，如图1和图2所示，阴极板100和阳极板200上均设有空气进口310、第一空气出口320和第二空气出口330，且阴极板100上的空气进口310、第一空气出口320、第二空气出口330与阳极板200上的空气进口310、第一空气出口320、第二空气出口330正对设置，这样当阴极板100和阳极板200连接后，即可形成双极板本体上的空气进口310、第一空气出口320和第二空气出口330。

在本实用新型的一些实施例中，如图1和图2所示，第一空气出口320和第二空气出口330间隔设在双极板本体的横向两端，空气进口310设在双极板本体的中心位置。其中，这里所说的双极板本体的横向可以理解为是双极板本体的长度方向，也就是第一空气出口320和第二空气出口330间隔设置且第一空气出口320和第二空气出口330位于双极板本体的长度方向上的两端，空气进口310设在双极板本体的中心位置，这样当双极板本体装配完成后，即可使得空气进口310位于第一空气出口320和第二空气出口330之间设置，以有效缩短连通空气进口310与空气出口之间的间距，进而缩短连接空气进口310与空气出口的空气流道110的布设长度。

在一些示例中，阴极板100上的第一空气出口320和第二空气出口330间隔设在阴极板100的两端，阴极板100上的空气进口310设在阴极板100的中心位置；阳极板200上的第一空气出口320和第二空气出口330间隔设在阳极板200的两端，阳极板200上的空气进口310设在阳极板200的中心位置，这样当阴极板100和阳极板200叠设组合成双极板本体后，即可实现将第一空气出口320和第二空气出口330间隔设在双极板本体的横向两端，将空气进口310设在双极板本体的中心位置。

可选地，如图1所示，第一空气出口320和第二空气出口330相对于空气进口310呈中心对称设置。在确保空气进口310设于第一空气出口320和第二空气出口330之间的同时，还可确保在双极板本体的横向上，空气进口310和第一空气出口320之间的间距等于空气进口310和第二空气出口330之间的间距，这样可保证空气进口310和第一空气出口320之间的空气流道110以及空气进口310和第二空气出口330之间的空气流道110均布设的较短，以实现降低空气在空气流道110内部的压力梯度，并使得阴极板100侧空气分布更为均匀，从而提升双极板的性能。

此外，通过将第一空气出口320和第二空气出口330设置成相对于空气进口310呈中心对称，可使得第一空气出口320和第二空气出口330位于双极板本体的两对角设置(如图1所示)，这样在布设空气流道110时，在尽可能缩短空气流道110布设长度的前提下，还可将空气流道110布满整个阴极板100的侧部，便于后续增加膜电极与空气的接触面积，进而提升燃料电池的工作性能。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，空气流道110包括第一空气流道111和第二空气流道112，第一空气流道111设于空气进口310和第一空气出口320之间以连通空气进口310和第一空气出口320，第二空气流道112设于空气进口310和第二空气出口330之间以连通空气进口310和第二空气出口330。这样从空气进口310进入的部分空气即可沿着第一空气流道111的布设路径顺利流至第一空气出口320处，相应地，从空气进口310进入的部分空气也可沿着第二空气流道112的布设路径顺利流至第二空气出口330处，以便于空气的流通，从而提升燃料电池的反应性能。

可选地，如图1所示，第一空气流道111和第二空气流道112均包括中间段113和分配段114，分配段114分别设于中间段113两端，且中间段113包括多条平行并列设置的中间流道1131。中间流道1131为空气的流动提供空间，确保从空气进口310进入的部分空气能够利用中间流道1131顺利在第一空气流道111和第二空气流道112中流动。

需要说明的是，通过将多条中间流道1131设置成平行并列设置，在降低多条中间流道1131布设难度的同时，还可使得多条中间流道1131各处的通流面积一致，进而保证每条中间流道1131内各处的空气气量、气压的一致性以及保证多条中间流道1131内的空气气量、气压的一致性，以此实现降低空气在空气流道110内部的压力梯度，并使得阴极板100侧空气分布更为均匀，从而提升双极板的性能。

可选地，如图1所示，分配段114包括多条分配流道1141，其中，第一空气流道111的分配段114实现连通中间流道1131和空气进口310，以及实现连通中间流道1131和第一空气出口320，进而实现空气进口310、第一空气出口320与中间流道1131的连通，确保从空气进口310进入的部分空气能够顺利流至第一空气出口320处。

相应地，如图1所示，第二空气流道112的分配段114实现连通中间流道1131和空气进口310，以及实现连通中间流道1131和第二空气出口330，进而实现空气进口310、第二空气出口330与中间流道1131的连通，确保从空气进口310进入的部分空气能够顺利流至第二空气出口330处。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，空气进口310的面积大于第一空气出口320的面积且大于第二空气出口330的面积。以确保从空气进口310处能够进入足够多的空气，并确保从空气进口310进入的部分空气能够顺利从第一空气出口320和第二空气出口330排出，以便于空气的流动，从而提升燃料电池的性能。

可选地，空气进口310的面积等于第一空气出口320的面积和第二空气出口330的面积之和。在确保空气进口310的面积大于第一空气出口320的面积且大于第二空气出口330的面积的同时，还可避免空气进口310的面积过大。

需要说明的是，当空气进口310的开设面积过大时，会增加空气进口310在双极板上的占用面积，一方面会导致双极板上布设空气流道110和氢气流道210(氢气流道210的结构可参见下文)的面积较小，降低膜电极与空气的接触面积，也就是降低燃料电池的性能；另一方面还会降低双极板的结构强度。

因此，本申请将空气进口310的面积设置成等于第一空气出口320的面积和第二空气出口330的面积之和，在确保从空气进口310进入的部分空气能够顺利从第一空气出口320和第二空气出口330排出的同时，还可保证双极板上有足够的空间布设空气流道110和氢气流道210，同时还可提升双极板的结构强度。

在本实用新型的一些实施例中，如图2所示，阳极板200远离阴极板100的一侧形成有氢气流道210，双极板本体的横向相对两端设有连通氢气流道210的氢气进口410和氢气出口420。氢气适于通过氢气进口410进入阳极板200上的氢气流道210内，并沿着氢气流道210的延伸方向进行流动，随后再通过氢气出口420排出，以实现氢气的循环流动，从而提升燃料电池的反应性能。

可选地，阳极板200采用冲压成型工艺制成，这样在阳极板200成型后即可在阳极板200的表面上形成氢气流道210，以降低氢气流道210的成型难度，也就是降低阳极板200的成型难度，进而提高阳极板200的制造效率。

可选地，如图2所示，氢气进口410和氢气出口420相对于双极板本体的中心呈中心对称设置。可使得氢气进口410和氢气出口420位于双极板本体的两对角设置，这样在布设连通氢气进口410和氢气出口420的氢气流道210时，在尽可能缩短氢气流道210布设长度的前提下，还可将氢气流道210布满整个阳极板200的侧部，以便于增加膜电极与氢气的接触面积，进而提升燃料电池的工作性能，并降低氢气流道210的布设难度。

在一些示例中，阴极板100和阳极板200上均设有氢气进口410和氢气出口420，且阴极板100上的氢气进口410和氢气出口420正对阳极板200上的氢气进口410和氢气出口420设置，这样当阴极板100和阳极板200连接后，即可形成双极板本体上的氢气进口410和氢气出口420。

可选地，空气进口310的面积大于氢气进口410的面积。以保证从空气进口310能够进入足够多的空气，便于空气分别从第一空气出口320和第二空气出口330排出，同时，因空气中的含氧量在21％左右，通过将空气进口310的面积设置成大于氢气进口410的面积，可确保经空气进口310能够进入较多的氧气，避免双极板两侧的氢气压力和氧气压力的差值较大，从而保证双极板两侧的氢气压力和氧气压力的一致性。

可选地，阴极板100和阳极板200之间形成冷却流道，结合图1和图2所示，双极板本体的横向相对两端设有连通冷却流道的冷却剂进口510和冷却剂出口520。冷却剂便于通过冷却剂进口510进入阴极板100和阳极板200之间的冷却流道内，并沿着冷却流道的延伸方向进行流动，随后再通过冷却剂出口520排出，以实现冷却剂的循环流动，从而便于利用冷却剂对双极板进行冷却、降温，以保证双极板能够一直处于正常温度。

可选地，冷却剂可选用去离子水或去离子水和乙二醇的混合物，以便于利用冷却剂对双极板进行冷却、降温。

在一些示例中，阴极板100和阳极板200上均设有冷却剂进口510和冷却剂出口520，且阴极板100上的冷却剂进口510和冷却剂出口520正对阳极板200上的冷却剂进口510和冷却剂出口520设置，这样当阴极板100和阳极板200连接后，即可形成双极板本体上的冷却剂进口510和冷却剂出口520。

可选地，冷却剂进口510的面积大于氢气进口410的面积。一方面保证通过冷却剂进口510能够进入足够多的冷却剂，从而提升冷却性能，也就是保证双极板的温度正常；另一方面因冷却剂为液体，其密度远大于氢气的密度，通过上述设置可保证冷却剂流体在冷却剂流场中的压降差异不会过大，从而保证燃料电池的性能。

在具体的一些示例中，冷却剂进口510的面积为氢气进口410的面积的1.5～2.5倍。

下面描述本实用新型实施例的燃料电池。

根据本实用新型实施例的一种燃料电池包括燃料电池的双极板，燃料电池的双极板为前述的双极板，双极板的具体结构在此不做赘述。

由上述结构可知，本实用新型实施例的燃料电池，通过采用前述的双极板，基于双极板的结构，可有效提升燃料电池的性能。

可选地，如图1和图2所示，阴极板100和阳极板200远离彼此的一侧均设有密封圈600，这样在双极板与膜电极连接后，密封圈600可保证空气、氢气和冷却剂三大流体件相互不窜气，以保证燃料电池的反应性能。

可选地，阴极板100和阳极板200远离彼此的一侧均设有密封槽，密封圈600设在密封槽内，以利用密封槽固定密封圈600，进而提高密封圈600的位置稳定性。

可选地，密封圈600在第一空气出口320与第一空气流道111之间、第二空气出口330与第二空气流道112之间、氢气进口410与氢气流道210之间以及氢气出口420与氢气流道210之间处于扁平状态，也就是密封圈600的厚度与密封槽的开设深度一致，便于空气和氢气的流进、流出，其余位置均为突出状态，以避免三大流体件相互窜气，从而保证燃料电池的反应性能。

以上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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池的双极板，其特征在于，包括：

双极板本体，所述双极板本体包括相互叠设的阴极板(100)和阳极板(200)，所述阴极板(100)远离所述阳极板(200)的一侧形成有空气流道(110)，所述双极板本体上设有连通所述空气流道(110)的空气进口(310)、第一空气出口(320)和第二空气出口(330)，所述第一空气出口(320)和所述第二空气出口(330)间隔设置，所述空气进口(310)位于所述第一空气出口(320)和所述第二空气出口(330)之间。

2.根据权利要求1所述的燃料电池的双极板，其特征在于，所述第一空气出口(320)和所述第二空气出口(330)间隔设在所述双极板本体的横向两端，所述空气进口(310)设在所述双极板本体的中心位置。

3.根据权利要求2所述的燃料电池的双极板，其特征在于，所述第一空气出口(320)和所述第二空气出口(330)相对于所述空气进口(310)呈中心对称设置。

4.根据权利要求1所述的燃料电池的双极板，其特征在于，所述空气流道(110)包括第一空气流道(111)和第二空气流道(112)，所述第一空气流道(111)设于所述空气进口(310)和所述第一空气出口(320)之间以连通所述空气进口(310)和所述第一空气出口(320)，所述第二空气流道(112)设于所述空气进口(310)和所述第二空气出口(330)之间以连通所述空气进口(310)和所述第二空气出口(330)；

其中，所述第一空气流道(111)和所述第二空气流道(112)均包括中间段(113)以及分别设于所述中间段(113)两端的分配段(114)，所述中间段(113)包括多条平行并列设置的中间流道(1131)。

5.根据权利要求1所述的燃料电池的双极板，其特征在于，所述空气进口(310)的面积大于所述第一空气出口(320)的面积且大于所述第二空气出口(330)的面积。

6.根据权利要求1所述的燃料电池的双极板，其特征在于，所述空气进口(310)的面积等于所述第一空气出口(320)的面积和所述第二空气出口(330)的面积之和。

7.根据权利要求1-6任一项所述的燃料电池的双极板，其特征在于，所述阳极板(200)远离所述阴极板(100)的一侧形成有氢气流道(210)，所述双极板本体的横向相对两端设有连通所述氢气流道(210)的氢气进口(410)和氢气出口(420)，所述氢气进口(410)和所述氢气出口(420)相对于所述双极板本体的中心呈中心对称设置。

8.根据权利要求7所述的燃料电池的双极板，其特征在于，所述阴极板(100)和所述阳极板(200)之间形成冷却流道，所述双极板本体的横向相对两端设有连通所述冷却流道的冷却剂进口(510)和冷却剂出口(520)。

9.根据权利要求8所述的燃料电池的双极板，其特征在于，所述空气进口(310)的面积和所述冷却剂进口(510)的面积均大于所述氢气进口(410)的面积。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括根据权利要求1-9任一项所述的燃料电池的双极板。

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