CN219626692U - 一种变深度的双极板流场结构及燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种变深度的双极板流场结构及燃料电池，双极板由两个板体组成，每个板体具有第一面和第二面，每个板体的第一面和第二面分别具有若干第一流道和第二流道；于高度方向上，两个板体的第二面相互交错叠放，且两个板体的第二面上的第二流道对接形成冷却腔，冷却腔供冷却液流动，位于上方的板体的第一流道适于供第一气体流动，位于下方的板体的第一流道适于供第二气体流动，其中，第一流道呈阶梯状设置。通过上述设置，可以控制第一气体和第二气体在不同反应阶段氧扩散能力和排水能力，从而提高反应效率。
Description
技术领域
本申请涉及一种变深度的双极板流场结构及燃料电池，属于燃料电池技术领域。
背景技术
当前能源主要来自于煤炭、石油、天然气等化石燃料，其污染高且储备日渐减少。氢能和燃料电池由于其清洁、高效、可再生的特点，已成为各国的战略能源发展方向。
燃料电池的核心部件是双极板。双极板一般采用两片式薄板通过激光焊接或用胶粘结的方式组成，双极板的工作原理是一面流燃料气体(氢气)，一面流氧化剂(空气)，而两片薄板之间的空腔流冷却液。现有技术中的双极板流场的结构设置导致气体与膜电极的反应效率比较低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种一种变深度的双极板流场结构及燃料电池，其可以在不同的反应阶段使得气体与膜电极的接触面积不同，从而提高气体与膜电极的反应效率。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现：一种变深度的双极板流场结构，所述双极板由两个板体组成，每个板体具有第一面和第二面，每个所述板体的第一面和第二面分别具有若干第一流道和第二流道；
于高度方向上，两个所述板体的第二面相互交错叠放，且两个所述板体的第二面上的第二流道对接形成冷却腔，所述冷却腔供冷却液流动，位于上方的所述板体的第一流道适于供第一气体流动，位于下方的所述板体的第一流道适于供第二气体流动，
其中，所述第一流道呈阶梯状设置。
可选地，上述的变深度的双极板流场结构，位于上方的所述第一流道的深度沿第一气体的流动方向逐渐减小，位于下方的所述第一流道的深度沿第二气体的流动方向逐渐减小。
可选地，上述的变深度的双极板流场结构，所述第一气体与所述第二气体反向流动。
可选地，上述的变深度的双极板流场结构，所述第一气体为空气或氧气；所述第二气体为氢气。
可选地，上述的变深度的双极板流场结构，所述第一流道包括若干阶段，每个所述阶段均包括深度递减的第一段、第二段以及第三段。
可选地，上述的变深度的双极板流场结构，所述双极板流场结构适用于直流场或S型流场。
可选地，上述的变深度的双极板流场结构，所述双极板可以为金属双极板、石墨双极板或复合双极板中的任一种。
本实用新型还提供一种燃料电池，由带有上述中任一项所述的变深度的双极板流场结构与膜电极交替叠装而成。
本申请的有益效果在于：通过将两个板体于高度方向上相互交错叠放，使得位于上方的板体的第一流道通入第一气体，位于下方的第一流道通入第二气体，两个板体的第二面的第二流道对接形成冷却腔，以供冷却液流动，从而使得冷却液可以将第一气体与第二气体和膜电极反应后产生的热量带走；而将第一流道设置为阶梯状，可以控制第一气体和第二气体在不同反应阶段氧扩散能力和排水能力，从而提高反应效率。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本申请的变深度的双极板流场结构的示意图；
图2为图1所示的变深度的双极板流场结构的另一方向上的结构示意图；
图3为图1所示的变深度的双极板流场结构的分解示意图；
图4为图2所示的变深度的双极板流场结构的局部放大图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本申请。
请参见图1-图4，本申请中的一较佳实施例所示的一种变深度的双极板流场结构，其适用于燃料电池中。除此之外，燃料电池还包括与双极板连接的膜电极，膜电极与双极板流场结构交替叠装设置，且双极板与膜电极之间设置有气体扩散层。膜电极上靠近阳极的一侧涂覆有催化剂，通过在双极板的两侧分别通入氢气和空气，在阳极催化剂的作用下，氢气分解成质子并穿透膜电极达到空气(氧气)侧，在催化剂的作用下，氧分子和氢质子与通过外部电路到达阴极的电子发生反应生成水，电子在外电路形成直流电。由于燃料电池已经为本领域中非常成熟的技术，因此本申请不对其进行具体阐述。本实施例中，双极板可以为金属双极板、石墨双极板或复合双极板中的任意一种。
本申请中，变深度的双极板流场结构中的双极板由两个板体10组成。。具体的，每个板体10具有第一面1和第二面2，每个板体10的第一面1和第二面2分别具有若干第一流道11和第二流道12。其中，于高度方向上，两个板体10的第二面2相互相互交错叠放，且两个板体10的第二面2上的第二流道12对接形成冷却腔3，该冷却腔3供冷却液流动，位于上方的板体10的第一流道11适于供第一气体流动，位于下方的板体10的第一流道11适于供第二气体流动。本实施例中，第一气体为空气或氧气，第二气体为氢气，且第一气体与第二气体反向流动。
本实施例中，第一流道11呈阶梯状设置。其中，位于上方的第一流道11的深度沿空气的流动方向逐渐减小，位于下方的第一流道11的深度沿氢气的流动方向逐渐减小。并且，为了便于描述，将第一流道11根据深度的不同定义为具有若干阶段，每个阶段包括第一段111、第二段112以及第三段113。。
需要解释的是，将位于上方的第一流道11的深度沿空气的流动方向逐渐减小的好处在于：由于空气中氧含量较高，而膜电极处于较为干燥的状态，为了提高反应性能，需要对膜电极进行保湿，因此在空气通入的开始侧(约第一段111位置)采用深度较大的流场，可以减少空气的流速，以降低氧扩散和空气的吸湿能力，从而尽可能少的带走生成水。随着反应的进行，流场中沿着第一流道11流动的空气的湿度逐渐增大，甚至出现液态水，但氧含量逐渐降低，此时气流则需要带走更多的反应生成的水，同时提高氧扩散的能力，从而可以促使反应的高效进行。因此，相比于进口侧，此时(约为第二段112)应采用深度更小的流场。
沿氢气的流动方向，氢气流量逐渐变小，但湿度逐渐增大，因此在中后期的氢气一侧容易造成排水不畅而导致燃料电池水淹，进而严重恶化燃料电池的性能。因此，将位于下方的第一流道11的深度沿氢气的流动方向逐渐减小设置，可以减少生成水，从而有效缓解水淹情况的发生。
需要说明的是，本实施例中，第一流道11按照深度不同设置有三段，在其他实施例中，不对流场周期的数量做具体限定，根据实际情况而定。并且，本申请中的流场结构适用于直流场或S型流场。
与现有技术相比，通过将两个板体于高度方向上相互交错叠放设置，使得位于上方的板体的第一流道通入第一气体，位于下方的第一流道通入第二气体，两个板体的第二面的第二流道对接形成冷却腔，以供冷却液流动，从而使得冷却液可以将第一气体与第二气体和膜电极反应后产生的热量带走；而将第一流道设置为阶梯状，可以控制第一气体和第二气体在不同反应阶段氧扩散能力和吸湿能力，从而提高反应效率。
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实用新型的几种实施方式，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，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种变深度的双极板流场结构，其特征在于，所述双极板由两个板体组成，每个板体具有第一面和第二面，每个所述板体的第一面和第二面分别具有若干第一流道和第二流道；
于高度方向上，两个所述板体的第二面相互交错叠放，且两个所述板体的第二面上的第二流道对接形成冷却腔，所述冷却腔供冷却液流动，位于上方的所述板体的第一流道适于供第一气体流动，位于下方的所述板体的第一流道适于供第二气体流动，
其中，所述第一流道呈阶梯状设置。
2.如权利要求1所述的变深度的双极板流场结构，其特征在于，位于上方的所述第一流道的深度沿第一气体的流动方向逐渐减小，位于下方的所述第一流道的深度沿第二气体的流动方向逐渐减小。
3.如权利要求2所述的变深度的双极板流场结构，其特征在于，所述第一气体与所述第二气体反向流动。
4.如权利要求3所述的变深度的双极板流场结构，其特征在于，所述第一气体为空气或氧气；所述第二气体为氢气。
5.如权利要求1所述的变深度的双极板流场结构，其特征在于，所述第一流道包括若干阶段，每个所述阶段均包括深度递减的第一段、第二段以及第三段。
6.如权利要求1所述的变深度的双极板流场结构，其特征在于，所述双极板流场结构适用于直流场或S型流场。
7.如权利要求1所述的变深度的双极板流场结构，其特征在于，所述双极板可以为金属双极板、石墨双极板或复合双极板中的任一种。
8.一种燃料电池，其特征在于，由带有权利要求1-7中任一项所述的变深度的双极板流场结构与膜电极交替叠装而成。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202320659698.2U CN219626692U (zh) | 2023-03-29 | 2023-03-29 | 一种变深度的双极板流场结构及燃料电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202320659698.2U CN219626692U (zh) | 2023-03-29 | 2023-03-29 | 一种变深度的双极板流场结构及燃料电池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN219626692U true CN219626692U (zh) | 2023-09-01 |
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ID=87793047
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202320659698.2U Active CN219626692U (zh) | 2023-03-29 | 2023-03-29 | 一种变深度的双极板流场结构及燃料电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN219626692U (zh) |
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2023
- 2023-03-29 CN CN202320659698.2U patent/CN219626692U/zh active Active
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