CN218447975U - 流场板及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种流场板及燃料电池。其中，流场板包括：入口，出口，以及若干流场脊，各所述流场脊连接所述入口，在相邻两片所述流场板叠设时，所述流场板上相邻两个所述流场脊之间形成气体流道；其中，在所述出口和所述流场脊之间弯曲设置有挡水槽，所述挡水槽连通所述出口和所述流场脊，并且，所述挡水槽与所述出口的连通口高于所述出口的最底部高度，在相邻两片所述流场板叠设时，相邻两片所述流场板上相对应的所述挡水槽围合形成挡水通道。本申请提供的流场板，能够避免燃料电池出口通道中残留的液态水倒流回气体通道中、导致流场板上金属离子析出的情况出现。

Description

流场板及燃料电池

技术领域

本申请属于新能源电池技术领域，更具体地说，是涉及一种流场板及燃料电池。

背景技术

燃料电池作为一种清洁、高效的动力源，其在新能源车上的应用越来越广。其是通过燃料气体和氧化气体在其中的膜电极处发生氧化还原反应，从而产生电能和反应生成物。

具体而言，燃料电池中包括若干电池单体，每一单体电池中，在阳极处和阴极处均设置有流场板，在两片流场板之间设置有质子交换膜，在每一流场板与质子交换膜之间设置有气体扩散层和催化剂层。

同时，每一流场板上均设置有三个出口和三个入口，各入口分别为氢气入口、空气入口和冷却水入口，各出口分别为氢气出口、空气出口和冷却水出口。各电池单体中的流场板堆叠设置，使得各出口串通形成出口通道，各入口串通形成入口通道。其中，氢气入口用于输入氢气，氢气出口用于排出反应剩余的氢气以及反应生成的液态水；空气入口用于输入空气，空气出口用于排出反应剩余的空气以及反应生成的液态水。

一般而言，在燃料电池中，一般是利用气体压力将流场板中的液态水沿出口排出。然而，在常规设计中，出口通道直接与流场板中的气体通道连通，如此导致：在燃料电池停机后，出口通道中残留的液态水极易被倒吸回流场板中，导致各流场板之间的膜电极等结构件被腐蚀破坏，进而影响影响电池性能。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种流场板及燃料电池，以解决现有技术中存在的燃料电池出口通道中残留的液态水容易倒流回气体通道中的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种流场板，用于燃料电池上的阳极板和/或阴极板，其包括：

入口，出口，以及若干流场脊，各所述流场脊连接所述入口，在相邻两片所述流场板叠设时，所述流场板上相邻两个所述流场脊之间形成气体流道；

其中，在所述出口和所述流场脊之间弯曲设置有挡水槽，所述挡水槽连通所述出口和所述流场脊，并且，所述挡水槽与所述出口的连通口高于所述出口的最底部高度，在相邻两片所述流场板叠设时，相邻两片所述流场板上相对应的所述挡水槽围合形成挡水通道。

可选地，所述挡水槽为环形或半包围形。

可选地，所述挡水槽中形成有储水段，所述储水段的最低高度低于所述流场脊和所述挡水槽与所述出口之间连通口的高度。

可选地，所述连通口包括通水口，所述通水口位于所述挡水槽上远离所述流场脊的位置处。

可选地，所述连通口还包括通气口，所述通气口设置于靠近所述流场脊处，并且，所述通水口的开口宽度大于所述通气口的开口宽度。

可选地，所述通气口正对所述流场脊设置。

可选地，用于排出空气的通气口的开口宽度大于用于排出氢气的通气口的开口宽度。

可选地，用于排出空气的通气口的数量大于用于排出氢气的通气口的数量。

可选地，所述挡水槽的宽度大于各相邻两个所述流场脊之间的最大宽度。

对应地，本申请还提出一种燃料电池，其包括上述的流场板。

本申请提供的流场板，至少具有以下有益效果：

通过在出口和流场脊之间弯曲设置挡水槽，挡水槽同时连通气体流道和出口，并且，挡水槽与出口之间的连通口的高度高于出口的最底部高度，在相邻两片流场板叠设装配时，两片流场板上的挡水槽围合形成挡水通道。如此，在燃料电池开机状态下，各电池单体氧化还原反应所生成的液态水在气流的吹动下沿挡水槽进入到出口通道中；而在燃料电池关机状态下，由于连通口的高度高于出口的最低高度，也即，连通口的高度高于出口通道的最低高度，因此，即使出口通道中残留有液态水，液态水也不易倒吸回气体流道中，从而避免气体流道中积蓄液态水而导致膜电极等结构件被液态水腐蚀破坏的情况出现。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一些实施例中流场板的正视图；

图2为图1中展示各入口类型和各出口类型的示意图；

图3为本申请一些实施例中通气口为空气通气口的示意图；

图4为本申请一些实施例中通气口为氢气通气口的示意图；

图5为本申请一些实施例中挡水槽为半环形的示意图；

图6为本申请另一些实施例中挡水槽为半环形的示意视图。

其中，图中各附图标记：

100、入口；

200、出口；

310、流场脊；

320、气体流道；

400、挡水槽；

411、通水口；

412、通气口；

4121、氢气通气口；

4122、空气通气口；

420、储水段。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

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。

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”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

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。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图6，现对本申请实施例提供的流场板进行说明。

参考图1至图6，所述的流场板，包括入口100、出口200、同时连接入口100和出口200的流场脊310，以及设置于出口200和流场脊310之间的挡水槽400。

具体而言，流场脊310设置有若干条，每一流场脊310均连接入口100，同时，在相邻两片流场板堆叠设置、并在两片流场板之间设置有膜电极等结构件时，同一流场板上相邻两条流场脊310之间形成有气体流道320，也即，该气体流道320与入口100相连通。

在燃料电池作业状态下，氢气或空气由入口100进入到气体流道320中并在两片流场板之间发生氧化还原反应，从而产生电能及液态水。

一般而言，在常规设计中，流场板由活泼性较高的金属制成，较高的金属活性使得流场板的耐腐蚀性较差，当流场板长时间浸泡于液态水中时，会导致流场板表面的金属离子析出，析出的金属离子会渗透至气体交换膜，从而导致气体交换膜的高分子聚合物被破坏。

又由于，在同一电池单体中，相邻两片流场板之间夹设有催化剂层、气体扩散膜等膜电极相关结构件，流场板浸水析出的金属离子扩散至催化剂层，导致催化剂层中的催化剂中毒，从而影响催化效率，并最终影响电池单体的发电速度和发电量。

同时，流场板具备一定的毛细性能，其能够将附近的液态水倒吸回各气体流道320中。

在燃料电池运作作业状态下，氢气或空气以较大的流速持续吹向各气体流道320中，因此，在氧化还原反应过程中所生成的液态水在气流的吹动下能够及时排出各气体流道320，气体流道320中并不会存在长时间积蓄液态水的情况。

而当燃料电池处于关停状态下时，各气体流道320中已无气流，此时，出口200通道由于直接与各气体流道320相连通，若出口200通道中残留有液态水，液态水在流场板的毛细作用下被倒吸回流场板的气体流道320中并积蓄，随着积蓄时间的延长，液态水会腐蚀流场板并将流场板中的金属离子析出，而析出的金属离子会扩散至催化剂层造成催化剂中毒，进而影响催化效率，也即影响电池单体的发电效率。

为此，为避免上述情况出现，也即，出口200直接与气体流道320相连通，以避免出口200通道中的液态水毫无阻碍地被倒吸回气体流道320中，对流场板做如下设置，即：

参考图3至图6，在流场板上弯曲设置有挡水槽400，挡水槽400设置与出口200与流场脊310之间，并且，其同时连通出口200和流场脊310。

如此，在相邻两片流场板堆叠设置、并在两片流场板之间设置有催化剂层、气体扩散膜等膜电极等结构件时，相邻两片流场板上相对应的挡水槽400围合形成挡水通道；同时，需要注意的是，挡水槽400上与出口200的连通口的高度高于出口200的最低高度。

挡水槽400弯曲设置，既能延长挡水槽400的长度，也能使得挡水槽400上至少部分区域的高度低于或高于连通口的高度，从而尽可能防止液态水被倒吸回流场板。

通过设置挡水槽400，使之在电池单体在装配状态下形成挡水通道，通过挡水通道将出口200与气体流道320隔挡。

在燃料电池运作状态下，各电池单体上气体流道320中的液态水在高压气流的吹动下能够轻易地通过挡水通道并进入到出口200通道中；而在燃料电池关停状态下，由于连通口的高度高于出口200通道最底部的高度，残留在出口200通道中的液态水的液面高度较难到达连通口的高度，从而能够减少出口200通道中液态水被倒吸回流场板中的情况出现。

综上，本申请的流场板，在其装配至燃料电池中时，能够避免出口200通道中的液态水被倒吸回电池单体上的气体流道320中，从而能够避免流场板受液态水浸泡而导致金属离子析出、影响发电性能的情况出现。

进一步的，参考图5和图6，挡水槽400为环形或半包围形。

若挡水槽400为半包围形，则挡水槽400可以环绕出口200的底部及两侧设置，也可以环绕出口200的顶部及两侧设置。

而若挡水槽400为环形，则挡水槽400环绕出口200设置。

挡水槽400如此设置，既能够有效增长挡水槽400的长度，使其有足够的长度实现弯曲设置并使其部分区域的高度低于或高于连通口的高度，同时，也能使合理利用流场板上出口200周围的空间，在不增加流场板面积的前提下，尽可能增长挡水槽400的长度。

更进一步的，参考图3至图5，在本申请的一些实施例中，挡水槽400中形成有储水段420，储水段420的最低高度低于流场脊310和挡水槽400与出口200之间连通口的高度。

可以理解的是，通过设置储水段420，并且，储水段420的高度同时低于流场脊310和连通口的高度，如此，即使出口200通道中的少量液态水倒灌进挡水通道中，倒灌进来的液态水也能够暂存于挡水通道的储水段420中，从而尽可能避免液态水的液面离气体流道320的出口200过近、导致液态水被倒吸回气体流道320中的情况出现。

可以理解的是，参考图3至图6，在本申请的一些实施例中，连通口包括通水口411，通水口411位于挡水槽400上远离流场脊310的位置处。

具体而言，参考图5和图6，当挡水槽400为半包围结构且设置于出水口顶部或底部及两侧时，通水口411设置于挡水槽400的末端。

参考图3和图4，而当挡水槽400为围绕出水口设置的全包围结构时，通水口411设置于流场脊310的相对侧。

如此，能够尽可能增加液态水在挡水通道中流动的距离。结合挡水槽400弯曲设置，能够增大液态水在挡水通道中流向气体流道320的阻力，以减少液态水被倒吸回气体流道320中的情况出现。

可以理解的是，参考图3至他6，在上述通水口411的设置基础上，连通口还包括通气口412。

通过设置通气口412，使得气体(例如氢气或空气)能够及时从挡水通道中排出，达到减小气体的压损的效果，以提高气体流道320的排水效率，并最终提高各电池单体的发电效率。

进一步的，参考图3和图6，通气口412设置于靠近流场脊310处且正对流场脊310设置。如此，气体在气体流道320及挡水通道中流动时，其流向的弯折较小，能够使得气体流动更加顺畅，从而有利于提高排水效率。

进一步的，参考图3至图6，通水口411的开口宽度大于通气口412的开口宽度。

具体而言，由于液态水的流体粘度大于氢气或空气的流体粘度，同时，由于通气口412正对流场脊310设置，为使得在实现排气功能的同时避免出口200通道中的液态水沿通气口412倒吸至气体流道320中，将通气口412的开口宽度设置得小于通水口411的开口宽度，当通气口412设置得足够小时，在出口200通道中，液态水在通气口412处汇聚形成直径比通气口412宽度更大的液滴，从而阻止液态水沿通气口412进入到气体流道320中。

需要理解的是，参考图3和图4，用于排出空气的通气口412(即空气通气口4122)的开口宽度大于用于排出氢气的通气口412(即氢气通气口4121)的开口宽度。

一般而言，空气的流体粘度大于氢气的流体粘度，当空气和氢气通过相同宽度大小的通气口412时，更多的空气会附着于空气通气口4122的侧壁，当附着的空气分子较多时，空气分子会封堵住空气通气口4122从而导致空气通气口4122失去通气功能，如此，气体只能跟随液态水从通水口411流进出口200通道。

又由于，挡水通道弯曲设置，若气体跟随液态水从通水口411流进出口200通道，将使得气体在流动过程中存在较大压损，如此，将会影响到流场板上气体流道320中气体的流速及压力，使得气体流道320中的液态水无法以最快速度流出，从而影响到排水效率。

为此，通过使流场板上空气通气口4122的开口宽度大于用于氢气通气口4121的开口宽度，能够避免由于空气粘度较大导致空气通气口4122堵塞的情况出现，以减小气体流动的压损，从而有利于提高排水效率。

进一步的，参考图3和图4，在上述通气口412的设置基础上，空气通气口4122的数量大于氢气通气口4121的数量。

如此，通过增加空气通气口4122的数量，能够使得空气能够同时从多个空气排出口200排出，从而使得空气排出更加顺畅。

可以理解的是，参考图3至图6，挡水槽400的宽度大于各相邻两个流场脊310之间的最大宽度。

如此，能够增大挡水通道的容积，当出口200通道中的液态水倒流回挡水通道中时，挡水通道中能够积蓄较多的液态水，从而最大程度避免液态水被倒吸回流场板中。

对应的，本申请还提出一种燃料电池，其包括上述的流场板。

可以理解的是，在流场板具备上述优点时，燃料电池也一应具备上述优点，即，燃料电池中，出口200通道中的残留的液态水不易被倒吸回电池单体中的气体流道320中，能够避免液态水在气体流道320中腐蚀流场板、导致流场板中金属离子析出的情况出现，从而能够提高燃料电池的使用寿命。

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

Claims (10)

1.一种流场板，用于燃料电池上的阳极板和/或阴极板，其特征在于，包括：

入口，出口，以及若干流场脊，各所述流场脊连接所述入口，在相邻两片所述流场板叠设时，所述流场板上相邻两个所述流场脊之间形成气体流道；

其中，在所述出口和所述流场脊之间弯曲设置有挡水槽，所述挡水槽连通所述出口和所述流场脊，并且，所述挡水槽与所述出口的连通口高于所述出口的最底部高度，在相邻两片所述流场板叠设时，相邻两片所述流场板上相对应的所述挡水槽围合形成挡水通道。

2.如权利要求1所述的流场板，其特征在于：所述挡水槽为环形或半包围形。

3.如权利要求1所述的流场板，其特征在于：所述挡水槽中形成有储水段，所述储水段的最低高度低于所述流场脊和所述挡水槽与所述出口之间连通口的高度。

4.如权利要求1至3任一所述的流场板，其特征在于：所述连通口包括通水口，所述通水口位于所述挡水槽上远离所述流场脊的位置处。

5.如权利要求4所述的流场板，其特征在于：所述连通口还包括通气口，所述通气口设置于靠近所述流场脊处，并且，所述通水口的开口宽度大于所述通气口的开口宽度。

6.如权利要求5所述的流场板，其特征在于：所述通气口正对所述流场脊设置。

7.如权利要求5所述的流场板，其特征在于：用于排出空气的通气口的开口宽度大于用于排出氢气的通气口的开口宽度。

8.如权利要求7所述的流场板，其特征在于：用于排出空气的通气口的数量大于用于排出氢气的通气口的数量。

9.如权利要求1所述的流场板，其特征在于：所述挡水槽的宽度大于各相邻两个所述流场脊之间的最大宽度。

10.一种燃料电池，其特征在于：包括上述权利要求1至9任一所述流场板。

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