CN218586023U - 极板及具有其的电堆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种极板及具有其的电堆，极板具有交替设置的极脊和气体流道，相邻的两个极脊之间形成气体流道，沿极板的延伸方向，极脊具有顺次连接的第一端、主体段和第二端，其中，气体流道在极脊的第一端的流通截面积大于在极脊的主体段的流通截面积，气体流道在极脊的第二端的流通截面积大于在极脊的主体段的流通截面积。通过本申请提供的技术方案，可以解决现有技术中的膜电极组件与极板搭接后，气体流道在气体流道的端部的位置处气体流通顺畅性差的问题。

Description

极板及具有其的电堆

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种极板及具有其的电堆。

背景技术

燃料电池的电堆是由双极板和膜电极组件交替堆叠组成的。膜电极组件具有气体反应层；极板具有交替设置的极脊和气体流道，相邻的两个极脊之间形成气体流道，当极板和膜电极组件堆叠后，气体反应层的边缘对应极脊的端部以及气体流道的端部设置。现有技术中的极板，其与膜电极组件搭接后，膜电极组件的气体反应层的边缘会嵌入至极板的气体流道的端部，影响气体流通的顺畅性，进而影响燃料电池的性能。

实用新型内容

本实用新型提供一种极板及具有其的电堆，以解决现有技术中的膜电极组件与极板搭接后，气体流道在气体流道的端部的位置处气体流通顺畅性差的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种极板，极板具有交替设置的极脊和气体流道，相邻的两个极脊之间形成气体流道，沿极板的延伸方向，极脊具有顺次连接的第一端、主体段和第二端，其中，气体流道在极脊的第一端的流通截面积大于在极脊的主体段的流通截面积，气体流道在极脊的第二端的流通截面积大于在极脊的主体段的流通截面积。

进一步地，沿极板的宽度方向，第一端具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁，第二端具有相对设置的第三侧壁和第四侧壁；沿第一端至主体段方向，第一侧壁和第二侧壁之间的间距逐渐增加；沿第二端至主体段的方向，第三侧壁和第四侧壁之间的间距逐渐增加。

进一步地，第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁均为平直侧壁。

进一步地，第一侧壁和第二侧壁沿极板的延伸方向对称设置；第三侧壁和第四侧壁沿极板的延伸方向对称设置。

进一步地，主体段具有相对设置的第五侧壁和第六侧壁，第五侧壁和第六侧壁之间的间距为L0；第一侧壁和第二侧壁之间具有最小间距L1，其中，70％L0≤L1≤90％L0；第三侧壁和第四侧壁之间具有最小间距L2，其中，70％L0≤L2≤90％L0。

进一步地，第一端的顶面高度低于主体段的顶面高度，第二端的顶面高度低于主体段的顶面高度。

进一步地，沿第一端至主体段的方向，第一端的顶面高度逐渐增加；沿第二端至主体段的方向，第二端的顶面高度逐渐增加。

进一步地，主体段的顶面高度为H0，第一端的最小顶面高度为H1，80％H0≤H1≤90％H0；第二端的最小顶面高度为H2，80％H0≤H2≤90％H0。

进一步地，第一端与主体段圆弧过渡连接；第二端与主体段圆弧过渡连接。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种电堆，其包括上述的极板和膜电极组件，膜电极组件包括气体反应层，气体反应层包括反应部和搭接部，搭接部环形设置在反应部的外周，且搭接部的厚度大于反应部的厚度；膜电极组件与极板堆叠，搭接部对应第一端和第二端设置。

应用本实用新型的技术方案，极脊与膜电极组件堆叠后，气体流道的在极脊的第一端的空间以及气体流道的在极脊的第二端的空间能够为膜电极组件的气体反应层的边缘处提供一定的容纳空间，以减少由于膜电极组件的气体反应层变形后嵌入到气体流道的端部内并堵塞气体流道的程度，保证气体流通的顺畅性。具体地，极板与膜电极组件堆叠后，膜电极组件的气体反应层对应极脊和气体流道所在的区域设置，膜电极组件的气体反应层的边缘处对应极脊的第一端和第二端设置，膜电极组件的气体反应层由柔性材料制成，在极板与膜电极组件堆叠后，膜电极组件的气体反应层受压导致膜电极组件的气体反应层的边缘处容易变形。传统技术方案中，沿极板的延伸方向，气体流道的流通截面积相同，当膜电极组件与极板堆叠后，膜电极组件的气体反应层的边缘处嵌入至极板的气体流道的端部的情况较为严重，导致气体流道的端部的实际流通截面积小于气体流道的中部的流通截面积，影响气体进入以及排出气体流道的顺畅性，影响燃料电池的性能。本方案的极板与膜电极组件堆叠后，能够尽可能地保证气体流道的端部的实际流通截面积与气体流道的中部的流通截面积的一致性，保证气体流通的顺畅性，保证燃料电池的性能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书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示出了本实用新型提供的极板俯视图；

图2示出了图1中A处的局部结构示意图；

图3示出了图1中B处的局部结构示意图；

图4示出了极脊的其中一端的局部结构侧视图；

图5示出了极脊的另一端的局部结构示意图；

图6示出了极板的第一端的局部结构剖视图；

图7示出了极板的主体段的局部结构剖视图；

图8示出了极板的第二端的局部结构剖视图；

图9示出了电堆的极板的极脊和膜电极组件的局部结构示意图；

图10示出了电堆的极板的极脊和膜电极组件的另一局部结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、极脊；

11、第一端；111、第一侧壁；112、第二侧壁；

12、主体段；121、第五侧壁；122、第六侧壁；

13、第二端；131、第三侧壁；132、第四侧壁；

20、气体流道；

30、膜电极组件；

31、气体反应层；

311、反应部；312、搭接部；

32、框体。

具体实施方式

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。

如图1至图8所示，本实用新型实施例提供一种极板，极板具有相对设置的气体流通侧和冷却液流通侧，其中，气体流通侧用于与膜电极组件配合以供气体流通，对于气体流通侧，极板具有交替设置的极脊10和气体流道20，相邻的两个极脊10之间形成气体流道20，沿极板的延伸方向，极脊10具有顺次连接的第一端11、主体段12和第二端13，其中，气体流道20在极脊10的第一端11的流通截面积大于在极脊10的主体段12的流通截面积，气体流道20在极脊10的第二端13的流通截面积大于在极脊10的主体段12的流通截面积。

应用本实用新型的技术方案，极脊与膜电极组件堆叠后，气体流道20的在极脊10的第一端11的空间以及气体流道20的在极脊10的第二端13的空间能够为膜电极组件的气体反应层的边缘处提供一定的容纳空间，以减少由于气体反应层变形后嵌入到气体流道20的端部内并堵塞气体流道20的程度，保证气体流通的顺畅性。具体地，极板与膜电极组件堆叠后，膜电极组件的气体反应层对应极脊10和气体流道20所在的区域设置，膜电极组件的气体反应层的边缘处对应极脊10的第一端11和第二端13设置，膜电极组件的气体反应层由柔性材料制成，在极板与膜电极组件堆叠后，膜电极组件的气体反应层受压导致膜电极组件的气体反应层的边缘处容易变形。传统技术方案中，沿极板的延伸方向，气体流道的流通截面积相同，当膜电极组件与极板堆叠后，气体反应层的边缘处嵌入至气体流道的端部的情况较为严重，导致气体流道的端部的实际流通截面积小于气体流道的中部的流通截面积，影响气体进入以及排出气体流道的顺畅性，影响燃料电池的性能。本方案的极板与膜电极组件堆叠后，能够尽可能地保证气体流道20的端部的实际流通截面积与气体流道20的中部的流通截面积的一致性，保证气体流通的顺畅性，保证燃料电池的性能。其中，本方案对极脊10的形状以及气体流道20的形状不做限制，极脊10和气体流道20均可设置为波浪形，本实施例中，极脊10和气体流道20均设置为直线型结构。

如图1至图3、图6和图8所示，沿极板的宽度方向，每个极脊10的第一端11均具有相对设置的第一侧壁111和第二侧壁112，每个极脊10的第二端13均具有相对设置的第三侧壁131和第四侧壁132；沿第一端11至主体段12方向，同一个极脊10的第一侧壁111和第二侧壁112之间的间距逐渐增加；沿第二端13至主体段12的方向，同一个极脊10的第三侧壁131和第四侧壁132之间的间距逐渐增加。如此设置，使得沿第一端11至主体段12的方向，气体流道20在极脊10的第一端11的流通截面积逐渐减小，沿第二端13至主体段12的方向，气体流道20在极脊10的第二端13的流通截面积逐渐减小。如此设置，能够便于对极板进行加工成型，并使得气体流道20在极脊10的第一端11的流通截面积大于在极脊10的主体段12的流通截面积，气体流道20在极脊10的第二端13的流通截面积大于在极脊10的主体段12的流通截面积，进而能够保证气体流道20的端部对膜电极组件的气体反应层的边缘的容纳效果。

本方案中，沿极脊10的延伸方向，主体段12的长度设置在第一端11的长度的40至60倍，主体段12的长度设置在第二端13的长度的40至60倍。其中，主体段12的长度可等于第一端11的长度的40倍、45倍、55倍以及60倍，本实施例中，主体段12的长度等于第一端11的长度的50倍，第一端11的长度为5mm。主体段12的长度可等于第二端13的长度的40倍、45倍、55倍以及60倍，本实施例中，主体段12的长度等于第二端13的长度的50倍，第二端13的长度为5mm。

其中，也可将第一端11设置为，沿第一端11至主体段12的方向，第一侧壁111和第二侧壁112之间的间距可保持一致，此时，可将第一端11和主体段12设置为阶梯结构，第一端11的宽度小于主体段12的宽度。

进一步地，也可将第二端13设置为，沿第二端13至主体段12的方向，第三侧壁131和第四侧壁132之间的间距可保持一致，此时，可将第二端13和主体段12设置为阶梯结构，第二端13的宽度小于主体段12的宽度。

进一步地，第一侧壁111、第二侧壁112、第三侧壁131和第四侧壁132均为平直侧壁。如此设置，能够便于对极脊10进行加工成型。本方案对第一侧壁111、第二侧壁112、第三侧壁131和第四侧壁132的具体形式不做限定，其中，也可将第一侧壁111、第二侧壁112、第三侧壁131或第四侧壁132设置为曲面结构。也可将第一侧壁111、第二侧壁112、第三侧壁131和第四侧壁132设置为阶梯结构。

进一步地，第一侧壁111和第二侧壁112沿极板的延伸方向对称设置；第三侧壁131和第四侧壁132沿极板的延伸方向对称设置。并且，本方案中，沿极脊10的宽度方向，第一端11和第二端13对称设置。如此设置，能够保证对极板加工成型的便捷性。

如图2、图3和图7所示，主体段12具有相对设置的第五侧壁121和第六侧壁122，第五侧壁121和第六侧壁122之间的间距为L0；第一侧壁111和第二侧壁112之间具有最小间距L1，其中，70％L0≤L1≤90％L0；第一侧壁111和第二侧壁112之间的间距越小，气体流道20在第一端11的宽度越大，本方案中，极板的液体流通侧具有液体流道，极脊10由液体流道朝向气体流通侧凸出而形成，当L1<70％L0时，液体流通侧的液体流道的端部的流通截面积过小，影响液体流通的顺畅性；当L1>90％L0时，气体流道20在第一端11的宽度较小，气体流道20对膜电极组件的气体反应层的边缘的容纳效果不明显，影响气体流通的顺畅性。因此，本方案将L1和L0设置在上述范围，既能够保证气体流通的顺畅性，也能够保证冷却液流通的顺畅性。其中，L1和L0有如下关系，L1＝90％L0、L1＝80％L0或L1＝70％L0，本实施例中，L1＝85％L0。同理，第三侧壁131和第四侧壁132之间具有最小间距L2，其中，70％L0≤L2≤90％L0。本方实施例中，L2＝85％L0。

如图4和图5所示，第一端11的顶面高度低于主体段12的顶面高度，第二端13的顶面高度低于主体段12的顶面高度。膜电极组件与极板堆叠后，极脊10的端部与膜电极组件的气体反应层的边缘处搭接，此时容易出现由于过压而导致极脊10的第一端11和第二端13发生应力集中的情况，本方案的设置，能够使得第一端11和第二端13为气体反应层的变形提供沿极板的厚度方向的变形空间，减少或避免极脊10的第一端11和第二端13发生应力集中的情况，保证极板的结构强度。

进一步地，沿第一端11至主体段12的方向，第一端11的顶面高度逐渐增加；沿第二端13至主体段12的方向，第二端13的顶面高度逐渐增加。如此设置，能够保证对极板加工的便捷性。即第一端11的顶面为斜面结构，第二端13的顶面为斜面结构。其中，第一端11的顶面也可设置为平面结构，此时，第一端11的顶面和主体段12的顶面构成阶梯结构；第二端13的顶面也可设置为平面结构，此时，第二端13的顶面和主体段12的顶面构成阶梯结构。

进一步地，主体段12的顶面高度为H0，第一端11的最小顶面高度为H1，80％H0≤H1≤90％H0；当H1<80％H0时，不便于对极脊10进行加工成型，且影响极脊10的结构强度；当H1>90％H0时，第一端11为气体反应层提供的变形空间有限，无法有效避免第一端11出现应力集中的情况。因此，本方案将H0和H1设置在上述范围内，既能够保证对极板加工的便捷性，保证极脊10的结构强度，也能够有效避免第一端11出现应力集中的情况。其中，H1和H0可有如下关系，H1＝80％H0、H1＝83％H0、H1＝87％H0或H1＝90％H0，本实施例中，H1＝85％H0。同理，第二端13的最小顶面高度为H2，80％H0≤H2≤90％H0，本实施例中，H2＝85％H0。

进一步地，第一端11与主体段12圆弧过渡连接；第二端13与主体段12圆弧过渡连接。如此设置，能够保证对极脊10加工的便捷性，减少极脊10出现应力集中的情况，保证极脊10的结构强度。

如图1至图10所示，本实用新型还提供了一种电堆，其包括上述实施例中的极板和膜电极组件30。如图6至图10所示，膜电极组件30包括气体反应层31和框体32，框体32的两侧分别设置有一组气体反应层31，每组气体反应层31包括反应部311和搭接部312，搭接部312环形设置在反应部311的外周，且搭接部312的厚度大于反应部311的厚度，搭接部312朝向极脊10的方向相对反应部311朝向极脊10的方向凸出；膜电极组件30与极板堆叠，搭接部312对应第一端11和第二端13设置。具体地，搭接部312整体为矩形框状结构，搭接部312包括首尾顺次连接的第一段、第二段、第三段和第四段，其中，第一段和第三段沿极板的延伸方向分布，且第一段的延伸方向与第三段的延伸方向均与极板的宽度方向相同，搭接部312的第一段对应第一端11设置，搭接段的第二端13对应第三段设置。如图4和图5所示，本方案中，主体段12的顶面高度与第一端11的最小顶面高度之间的差值为ΔH1，搭接部312的厚度与反应部311的厚度之间的差值为ΔH2，其中，80％ΔH2≤ΔH1≤90％ΔH2。当ΔH1<80％ΔH2时，第一端11对气体反应层31提供的变形空间不足，第一端11产生应力集中的情况仍然存在；当ΔH1>90％ΔH2时，第一端11对气体反应层31的支撑效果较差，可能出现影响燃料电池性能的情况。因此，本方案将ΔH1和ΔH2设置在上述范围，既能够避免第一端11发生应力集中的情况，也能够保证对气体反应层31的支撑效果。同理，主体段12的顶面高度与第二端13的最小顶面高度之间的差值为ΔH3，80％ΔH2≤ΔH3≤90％ΔH2，本方案中，ΔH2和ΔH3可满足如下关系，ΔH3＝80％ΔH2或ΔH3＝90％ΔH2，本实施例中，ΔH1＝ΔH3＝85％ΔH2。

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申请的示例性实施方式。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，应当明白，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已知的技术、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，任何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“在其他器件或构造之下”。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。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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)

1.一种极板，其特征在于，所述极板具有交替设置的极脊(10)和气体流道(20)，相邻的两个所述极脊(10)之间形成所述气体流道(20)，沿所述极板的延伸方向，所述极脊(10)具有顺次连接的第一端(11)、主体段(12)和第二端(13)，其中，所述气体流道(20)在所述极脊(10)的第一端(11)的流通截面积大于在所述极脊(10)的主体段(12)的流通截面积，所述气体流道(20)在所述极脊(10)的第二端(13)的流通截面积大于在所述极脊(10)的主体段(12)的流通截面积。

2.根据权利要求1所述的极板，其特征在于，沿所述极板的宽度方向，所述第一端(11)具有相对设置的第一侧壁(111)和第二侧壁(112)，所述第二端(13)具有相对设置的第三侧壁(131)和第四侧壁(132)；

沿所述第一端(11)至所述主体段(12)的方向，所述第一侧壁(111)和所述第二侧壁(112)之间的间距逐渐增加；

沿所述第二端(13)至所述主体段(12)的方向，所述第三侧壁(131)和所述第四侧壁(132)之间的间距逐渐增加。

3.根据权利要求2所述的极板，其特征在于，所述第一侧壁(111)、所述第二侧壁(112)、所述第三侧壁(131)和所述第四侧壁(132)均为平直侧壁。

4.根据权利要求2所述的极板，其特征在于，

所述第一侧壁(111)和所述第二侧壁(112)沿所述极板的延伸方向对称设置；

所述第三侧壁(131)和所述第四侧壁(132)沿所述极板的延伸方向对称设置。

5.根据权利要求2所述的极板，其特征在于，所述主体段(12)具有相对设置的第五侧壁(121)和第六侧壁(122)，所述第五侧壁(121)和所述第六侧壁(122)之间的间距为L0；

所述第一侧壁(111)和所述第二侧壁(112)之间具有最小间距L1，其中，70％L0≤L1≤90％L0；

所述第三侧壁(131)和所述第四侧壁(132)之间具有最小间距L2，其中，70％L0≤L2≤90％L0。

6.根据权利要求1所述的极板，其特征在于，所述第一端(11)的顶面高度低于所述主体段(12)的顶面高度，所述第二端(13)的顶面高度低于所述主体段(12)的顶面高度。

7.根据权利要求6所述的极板，其特征在于，

沿所述第一端(11)至所述主体段(12)的方向，所述第一端(11)的顶面高度逐渐增加；

沿所述第二端(13)至所述主体段(12)的方向，所述第二端(13)的顶面高度逐渐增加。

8.根据权利要求6所述的极板，其特征在于，所述主体段(12)的顶面高度为H0，

所述第一端(11)的最小顶面高度为H1，80％H0≤H1≤90％H0；

所述第二端(13)的最小顶面高度为H2，80％H0≤H2≤90％H0。

9.根据权利要求1所述的极板，其特征在于，

所述第一端(11)与所述主体段(12)圆弧过渡连接；

所述第二端(13)与所述主体段(12)圆弧过渡连接。

10.一种电堆，其特征在于，所述电堆包括：

权利要求1至9中任意一项所述的极板；

膜电极组件(30)，所述膜电极组件(30)包括气体反应层(31)，所述气体反应层(31)包括反应部(311)和搭接部(312)，所述搭接部(312)环形设置在所述反应部(311)的外周，且所述搭接部(312)的厚度大于反应部(311)的厚度；所述膜电极组件(30)与所述极板堆叠，所述搭接部(312)对应所述极板的第一端(11)和第二端(13)设置。

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