CN219419098U - 燃料电池双极板和燃料电池 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种燃料电池双极板和燃料电池。该燃料电池双极板包括：双极板本体；双极板本体上，沿第一方向形成有脊，两相邻脊之间形成分流道；双极板本体的进料口沿第一方向依次连通分流道和出料口；分流道靠近脊的两侧形成交错排列的定向导流体，定向导流体的导流方向朝向出料口。当燃料电池工作时，气体反应物从该燃料电池双极板的进料口进入后，分配到各个分流道，反应生成的生成物水从各分流道排出至出料口。通过设置导流方向朝向出料口的定向导流体，使得生成物水能够被定向输送，及时汇集到出料口排出。从而保障膜电极不发生水淹现象，最终提升燃料电池的性能与稳定性。

Description

燃料电池双极板和燃料电池

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池双极板和燃料电池。

背景技术

质子交换膜燃料电池是目前最具前景的清洁、高效、可靠的新能源之一,可以直接将燃料中的化学能转化为电能,不受卡诺循环的限制,发电效率可达到60％左右,反应排放物只有水,对环境没有污染。为满足实际工作电压,质子交换膜燃料电池需要将多个单电池堆叠在一起串并联组合成电堆,质子交换膜燃料电池单体结构主要包括双极板、气体扩散层、催化层和质子交换膜等,电池内部无机械传动装置,几乎没有噪音,并且低温快速运行，可应用于交通、军事、通讯等领域。

双极板又称流场板,是燃料电池的重要组成部件,其不仅分隔燃料与氧化剂，阻止气体透过，还收集、传导电流。双极板上的流场结构，更能够决定反应物与生成物水在流场内的流动状态。因此为了保证了燃料电池性能，双极板上流场结构的设计至关重要。

目前，双极板上流场结构的设计多种多样，倘若生成物水逆流流动，将会出现电极的“水淹现象”，导致燃料电池的性能下降。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种燃料电池双极板和燃料电池，能够避免出现电极的水淹现象，提高燃料电池的性能。

一种燃料电池双极板，包括：双极板本体；所述双极板本体上，沿第一方向形成有脊，两相邻所述脊之间形成分流道；

所述双极板本体的进料口沿所述第一方向依次连通所述分流道和出料口；

所述分流道靠近所述脊的两侧形成交错排列的定向导流体，所述定向导流体的导流方向朝向所述出料口。

在其中一个实施例中，所述定向导流体包括间隔设置的多个凸起部。

在其中一个实施例中，各所述脊与所述双极板本体处于同一平面。

在其中一个实施例中，各所述脊平行排列。

在其中一个实施例中，各所述脊之间呈等距离排列，且各所述脊的宽度相等。

在其中一个实施例中，各所述定向导流体均匀排列。

在其中一个实施例中，所述进料口与所述分流道之间形成有第一主流道，所述出料口与所述分流道之间形成有第二主流道。

在其中一个实施例中，所述第一主流道靠近所述进料口的开口尺寸小于所述第一主流道靠近所述分流道的开口尺寸；

所述第二主流道靠近所述出料口的开口尺寸小于所述第二主流道靠近所述分流道的开口尺寸。

在其中一个实施例中，所述第一主流道、所述第二主流道和所述分流道处于同一个平面。

一种燃料电池，包括多个如上述的燃料电池双极板。

上述燃料电池双极板和燃料电池，包括：双极板本体；双极板本体上，沿第一方向形成有脊，两相邻脊之间形成分流道；双极板本体的进料口沿第一方向依次连通分流道和出料口；分流道靠近脊的两侧形成交错排列的定向导流体，定向导流体的导流方向朝向出料口。当燃料电池工作时，气体反应物从进料口进入后分配到各个分流道，反应生成的生成物水从各分流道排出至出料口。通过设置导流方向朝向出料口的定向导流体，使得生成物水能够被定向输送，及时汇集到出料口排出。从而保障膜电极不发生水淹现象，最终提升燃料电池的性能与稳定性。

附图说明

图1为一个实施例中燃料电池双极板的俯视结构示意图；

图2为一个实施例中燃料电池双极板的部分结构的侧视示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

在一个实施例中，提供了一种燃料电池双极板，燃料电池可以为质子交换膜燃料电池或其他类型的燃料电池，该燃料电池双极板包括双极板本体100和流场结构。流场具体是加工在双极板本体100的沟槽，流场结构决定反应物与生成物在流场内的流动状态。因此，流场结构设计需保证反应物能在流场内更加充分的反应，且能够减少生成物水的逆流。倘若生成物水逆流流动，将会出现电极的“水淹现象”，使得电池性能降低、寿命缩短。因此，需要通过优化双极板流场结构使燃料电池的反应物滞留时间更久、阻止生成物水的逆流，从而提升电池的性能、延长电池使用寿命。

具体地，双极板本体100上，沿第一方向形成有脊110，两相邻脊110之间形成分流道120。双极板本体100的进料口130沿第一方向依次连通分流道120和出料口140；分流道120靠近脊110的两侧形成交错排列的定向导流体150，定向导流体150的导流方向朝向出料口140。

可以理解，双极板主体100为平板，平板表面的两端设置有进料口130和出料口140，进料口130用于接收反应物，出料口140用于排出反应生成物(如水)。进料口130可以接收气体反应物，也可接收液体反应物；出料口140可以排出液体生成物，也可以排出气体生成物和未反应完全的气体反应物。为了便于理解，下述均以进料口130进气体反应物，出料口140排出生成物水为例进行说明。

第一方向与进料口130和出料口140的设置位置对应，以使分流道120、进料口130和出料口140在同一方向上。例如，进料口130和出料口140设置在双极板本体100竖直方向/长度方向的两端，对应地，第一方向为双极板本体100的竖直方向/长度方向。示例性地，进料口130和出料口140均设置在双极板主体100两端的中心位置。

双极板主体100上，沿第一方向形成有脊110，两相邻脊110之间形成分流道120，分流道120用于传输气体反应物。脊110可以是相对于分流道120的长条形高起部，脊110的截面形状不需要限定，例如可以为长方形、梯形等形状。脊110的数量也不需要限定。

在各分流道120上，在脊110的两侧，均形成有多个定向导流体150。分流道120同一侧的各定向导流体150间隔排列，同一分流道120两侧的各定向导流体150之间按交替次序交错排列。所有定向导流体150的导流方向均朝向出料口140。

上述燃料电池双极板，包括双极板本体100；双极板本体100上，沿第一方向形成有脊110，两相邻脊110之间形成分流道120；双极板本体100的进料口130沿第一方向依次连通分流道120和出料口140；分流道120靠近脊110的两侧形成交错排列的定向导流体150，定向导流体150的导流方向朝向出料口140。当燃料电池工作时，气体反应物从进料口130进入后分配到各个分流道120，反应生成的生成物水从各分流道120排出至出料口140。通过设置导流方向朝向出料口的定向导流体150，使得生成物水能够被定向输送，及时汇集到出料口140排出。从而保障膜电极不发生水淹现象，最终提升燃料电池的性能与稳定性。

进一步地，由于分流道120上设有定向导流体150，可以使气体反应物流动路径增长，使气体反应物有更充分的时间发生反应。且定向导流体150的导流方向朝向出料口140，可以帮助反应物和反应完成后生成的水沿分流道120内的定向导流体150流动并及时从出料口140排出，同时阻止反应物和水的逆向流动，改善了反应物和生成物水的管理。

在一个实施例中，定向导流体150均匀排列。

具体地，各分流道120的两侧均形成有定向导流体150，分流道120同一侧的各定向导流体150之间形成有一定间隔，且各间隔距离均相等。同一分流道120两侧的各定向导流体150之间按交替次序排列。由于分流道120上设有定向导流体150且定向导流体150交错均匀分布，使定向导流体150与分流道120之间没有死角，分流道120能够被更加充分地利用。同时使得气体反应物的流动路径更均匀，反应更充分。

在一个实施例中，定向导流体150包括间隔设置的多个凸起部151。

凸起部151之间为凹部152，多个凸起部151形成定向导流体150，多个凸起部151的形状可以根据需要设置，最终形成的定向导流体150的导流方向朝向出料口140即可。例如，最终形成的定向导流体150的形状类似波浪线符号“～”，其靠近脊110设置，导流方向朝向出料口140。

凸起部151和凹部152的形成方式不需要限定，例如通过对分流道120进行刻蚀得到凸起部151，刻痕形成凹部152。从而定向导流体150由凹部152分为多个凸起部151，生成物水可以通过凸起部151之间的凹部152流动，使水不会在定向导流体150与分流道120之滞留堆积，保证不会形成水淹。

进一步地，最靠近脊110的凸起部151，与脊110之间也间隔有凹部152，从而保证定向导流体150与脊110之间完全没有死角，进一步保证水管理效果。

可选地，各个分流道120均在同一平面，即分流道平面。如图2所示，多个凸起部151在同一平面，即凸起平面。多个凹部152在同一平面，即凹平面。分流道平面、凸起平面、凹平面与双极板主体100表面(即双极板主体100上，未形成分流道120的表面)之间的高度关系可以根据实际情况设置。在一个实施中，分流道平面低于双极板主体100表面，凸起平面与分流道平面为同一平面，凹平面低于凸起平面。

从而，通过在分流道120上设置定向导流体150，且定向导流150表面(即凸起平面)深于分流道表面而浅于双极板主体100表面，使得气体反应物能够从定向导流体150上方通过，同时使定向导流体150对水的阻碍程度大于对气体的阻碍程度，以防止反应气体堵塞，双极板报废的情况发生，提升双极板的使用性能。

在另一个实施例中，分流道平面、凸起平面、凹平面与双极板主体100表面之间的位置关系，还可以是分流道平面低于双极板主体100表面，凸起平面高于分流道平面，凹平面低于分流道平面。本领域技术人员可以结合实际需要设置，本实施例不再赘述。

进一步地，脊110所在的平面(简称脊平面)与双极板主体100表面之间的高度关系也可以根据实际情况设置。在一个实施例中，各脊110与双极板本体100处于同一平面。

本实施例中，各脊110所在的平面与双极板主体100表面处于同一平面。具体可以在进行流场设计时，通过在双极板主体100表面沿第一方向刻出多条分流道120，两相邻分流道120之间的高出部分为脊110。此时，脊110与双极板本体100的两侧的边沿之间，还形成有两个分流道120。这两个分流道120的两侧也设置有定向导流体150，其中，一侧的定向导流体150靠近脊110设置，另一侧的定向导流体150靠近双极板本体100的边沿设置。例如，第一方向为竖直方向，分流道120为沿竖直方向的沟道，脊110为沿竖直方向的长条形高起，各脊110之间沿水平方向并行排列。双极板主体100水平方向最外侧的两个分流道120，为水平方向上最外侧的两个脊110与双极板主体100水平方向的两侧形成。双极板主体100水平方向的两侧也均匀形成有定向导流体150。

可以理解，在其它实施例中，各脊110也可以与双极板本体100不处于同一平面，具体可以结合实际情况设置，本实施例中不进行限定。

进一步地，各脊110之间呈等距离排列。从而使得各分流道120的宽度相等，各分流道120内气体反应物分布更均匀。且各分流道120处于同一平面，即所有的分流道120的宽度深浅均相同，能够保证分各流道120内气体反应物的量一致。

进一步地，各脊110的宽度相等。由此，各脊110之间，宽度相等、等距离、平行排列，各分流道120的分布更均匀，各分流道120内气体反应物分布更均匀。

在一个实施例中，再次参见图1，进料口130与分流道120之间形成有第一主流道160，出料口140与分流道120之间形成有第二主流道170。

示例性地，第一主流道160靠近进料口130的开口尺寸小于第一主流道160靠近分流道120的开口尺寸。第一主流道160的形状可以结合实际情况设置，例如第一主流道160的形状类似梯形，其开口尺寸较小的“上底”的一侧与进料口130连通，两条“腰”分别从进料口130的两端倾斜延伸至双极板本体100水平方向的两侧，使开口尺寸较大的“下底”的一侧连通各分流道120。

类似地，第二主流道170靠近出料口140的开口尺寸小于第二主流道170靠近分流道120的开口尺寸。第二主流道170的形状也可以设置为类似梯形，其开口尺寸较小的“上底”的一侧与出料口140连通，两条“腰”分别从出料口140的两端倾斜延伸至双极板本体100水平方向的两侧，使开口尺寸较大的“下底”的一侧连通各分流道120。

本实施例中，第一主流道160可以使进料口130进入的气体反应物，快速且均匀地分散至各分流道120。第二主流道170可以使生成物快速地汇聚在出料口140。从而提升反应效率和传质效率，最终提升燃料电池的性能与稳定性。

在一个实施例中，第一主流道160、第二主流道170和分流道120处于同一个平面。从而使得所有流道深浅相同，反应物和生成物更易流动。

为了更好的理解上述实施例，以下结合一个具体的实施例进行详细的解释说明。在一个实施例中，燃料电池双极板包括：双极板主体100、进料口130、第一主流道160、脊110、分流道120、定向导流体150、第二主流道170和出料口140。定向导流体150由凸起部151和凹部152构成。其中，双极板主体100为平板，在双极板主体100表面刻有沿竖直方向的第一主流道160，第一主流道160的表面平行于双极板主体100的前表面。在双极板主体100表面且位于第一主流道160的下方刻有多条沿竖直方向平行排布的分流道120，分流道120的表面与第一主流道160的表面位于同一个平面。相邻的分流道120之间形成脊110，脊110的宽度相等。在双极板主体100表面，并且在各个脊110的两侧，交错均匀的刻有定向导流体150，定向导流体150表面可以深于分流道120表面而浅于双极板主体100表面。定向导流体150由刻痕形成的凹部152分为多个凸起部151，刻痕深度可以与分流道120表面平行。在双极板主体100表面且位于分流道120的下方刻有沿竖直方向的第二主流道170。第二主流道170的表面平行于双极板主体100的前表面。在双极板主体100表面，第一主流道160的中心设置有进料口130，在与进料口130相对的下合流的第二主流道170中心正对着设置有出料口140。

当燃料电池开始工作时，气体反应物从进料口130进入，通过第一主流道160进入各分流道120。由于所有的分流道120的宽度深浅均相同，能够保证分各流道120内气体数量相一致，由于分流道120上设有定向导流体150，使气体反应物流动路径增长，有更充分的时间发生反应。由于分流道120上设有定向导流体150且定向导流体150方向倾斜向下(朝向出料口140)，可以帮助反应物和反应完成后生成的水沿分流道120从第一主流道160向第二主流道170流动并从出料口140排出，同时阻止反应物和水的逆向流动，改善了反应物和生成物水的管理。由于分流道120上设有定向导流体150，且定向导流体150表面深于分流道120表面而浅于双极板本体100表面，反应气体可以从定向导流体150上方通过，使定向导流体150对水的阻碍程度大于对气体的阻碍程度，可以防止反应气体堵塞，双极板报废的情况发生。由于定向导流体120由刻痕分为多个部分，反应物水可以通过刻痕流动，使定向导流体150与分流道120之间没有形成死角，从而导致不会因为水的滞留堆积然后形成水淹。由于定向导流体150交错均匀分布，使定向导流体150与分流道之间没有死角，分流道能更加充分利用。

从而，通过采用在双极板主体100表面设有第一主流道160、第二主流道170和各分流道，每个脊110侧面交错对称的设置有定向导流体150，并通过定向导流体150控制气体或水的流动。这样可使反应气体快速的进入气体扩散层参加反应，也可以通过定向导流体150阻止反应物水的逆向流动，保证反应气体或反应物水被定向输送，汇集到第二主流道170，通过出料口140排出。使得导流体形成定向传质机制，提升了反应效率，减少了水的逆向流道，提升了排水效率，改善燃料电池的水管理，提高了传质效率，最终提升燃料电池的性能与稳定性。

在一个实施例中，提供了一种燃料电池。该燃料电池包括多个燃料电池双极板。可以理解的，根据实际需要，燃料电池还可以包括气体扩散层、催化层和质子交换膜等。

在一个实施例中，燃料电池双极板包括：双极板本体；双极板本体上，沿第一方向形成有脊，两相邻脊之间形成分流道；双极板本体的进料口沿第一方向依次连通分流道和出料口；分流道靠近脊的两侧形成交错排列的定向导流体，定向导流体的导流方向朝向出料口。

上述燃料电池双极板，设置有导流方向朝向出料口的定向导流体，使得生成物水能够被定向输送，及时汇集到出料口排出。从而保障膜电极不发生水淹现象，提升燃料电池的性能与稳定性。

在一个实施例中，定向导流体包括间隔设置的多个凸起部。

凸起部之间为凹部，多个凸起部形成定向导流体，多个凸起部的形状可以根据需要设置，最终形成的定向导流体的导流方向朝向出料口即可。从而定向导流体由凹部分为多个凸起部，生成物水可以通过凸起部之间的凹部流动，使水不会在定向导流体与分流道之滞留堆积，保证不会形成水淹。

在一个实施例中，各脊与双极板本体处于同一平面。

本实施例中，各脊所在的平面与双极板主体表面处于同一平面。具体可以在进行流场设计时，通过在双极板主体表面沿第一方向刻出多条分流道，两相邻分流道之间的高出部分为脊。从而分流道所在平面低于双极板本体，气体反应物和生成物水的流通更顺畅。

在一个实施例中，各脊之间呈等距离排列。从而使得各分流道的宽度相等，各分流道内气体反应物分布更均匀。且各分流道处于同一平面，即所有的分流道的宽度深浅均相同，能够保证分各流道内气体反应物的量一致。

在一个实施例中，各脊的宽度相等。由此，各脊之间，宽度相等、等距离、平行排列，各分流道的分布更均匀，各分流道内气体反应物分布更均匀。

在一个实施例中，各定向导流体均匀排列。

由于分流道上设有定向导流体，且定向导流体交错均匀分布，使定向导流体与分流道之间没有死角，分流道能够被更加充分地利用。同时使得气体反应物的流动路径更均匀，反应更充分。

在一个实施例中，进料口与分流道之间形成有第一主流道，出料口与分流道之间形成有第二主流道。

进一步地，第一主流道靠近进料口的开口尺寸小于第一主流道靠近分流道的开口尺寸；第二主流道靠近出料口的开口尺寸小于第二主流道靠近分流道的开口尺寸。

本实施例中，第一主流道可以使进料口进入的气体反应物，快速且均匀地分散至各分流道。第二主流道可以使生成物快速地汇聚在出料口。从而提升反应效率和传质效率，最终提升燃料电池的性能与稳定性。

在一个实施例中，第一主流道、第二主流道和分流道处于同一个平面。

上述燃料电池双极板，设置有导流方向朝向出料口的定向导流体，可使反应气体快速的进入气体扩散层参加反应，也可以通过定向导流体阻止反应物水的逆向流动，保证反应气体或反应物水被定向输送，汇集到第二主流道，通过出料口排出。使得导流体形成定向传质机制，提升了反应效率，减少了水的逆向流道，提升了排水效率，从而保障膜电极不发生水淹现象，提升燃料电池的性能与稳定性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种燃料电池双极板，其特征在于，包括：双极板本体；所述双极板本体上，沿第一方向形成有脊，两相邻所述脊之间形成分流道；

所述双极板本体的进料口沿所述第一方向依次连通所述分流道和出料口；

所述分流道靠近所述脊的两侧形成交错排列的定向导流体，所述定向导流体的导流方向朝向所述出料口。

2.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述定向导流体包括间隔设置的多个凸起部。

3.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，各所述脊与所述双极板本体处于同一平面。

4.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，各所述脊之间呈等距离排列。

5.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，各所述脊的宽度相等。

6.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，各所述定向导流体均匀排列。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述进料口与所述分流道之间形成有第一主流道，所述出料口与所述分流道之间形成有第二主流道。

8.根据权利要求7所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述第一主流道靠近所述进料口的开口尺寸小于所述第一主流道靠近所述分流道的开口尺寸；所述第二主流道靠近所述出料口的开口尺寸小于所述第二主流道靠近所述分流道的开口尺寸。

9.根据权利要求7所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述第一主流道、所述第二主流道和所述分流道处于同一个平面。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括多个如权利要求1-9中任一项所述的燃料电池双极板。