CN219832722U - 一种质子交换膜燃料电池极板及电堆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及具体公开了一种质子交换膜燃料电池极板，包括极板主体、空气进气口、氢气出气口、氢气进气口、空气出气口和冷却水口，空气进气口设置于极板主体一端上侧，氢气出气口设置于空气进气口下侧，氢气进气口设置于极板主体另一端上侧，空气出气口设置于氢气进气口下侧，空气进气口面积小于空气出气口面积，氢气进气口面积小于氢气出气口面积，冷却水口设置于极板主体上下两端的中部。本实用新型能够使燃料电池长堆的中部位置单极板的压力分配均匀且气体分配均匀，进一步使氢气空气反应更加充分，通过设置冲压槽，能够增大弯曲强度，提升抗震能力，有效的防止燃料电池单极板的形变，从而保证电堆的性能，延长电堆的寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池电堆设计领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池极板及电堆。
背景技术
燃料电池是一种将燃料与氧化剂中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置，具有能量转化率高、无污染、噪音低的优点，燃料电池的单电池由极板和膜电极组成，多个单电池堆叠成燃料电池电堆，燃料电池的极板上设计有氢气、空气和冷却水的总口和流道，反应物质和冷却介质分别经由总口进入电堆，随后分配到各个极板上的流道。燃料电池的电堆通常在前后两端设计端板，通过螺栓和螺杆紧固，螺栓和螺杆施加压装力，前端板和后端板将压装力施加在单电池上，但燃料电池的单电池在压装力的作用下会产生微小变形，特别是配气口处较为薄弱的地方，对于超过300节单电池组成的长燃料电池电堆，气体分配更会出现不均匀的情况，导致氢气空气反应不充分，电池性能下降，产品可靠性下降，且随着电堆的设计功率增大，组成电堆的单电池的节数的增多，该问题愈加严重。针对上述存在的问题，研究设计一种新型的质子交换膜燃料电池极板及电堆，克服现有燃料电池中所存在的问题是十分必要的。
实用新型内容
为了解决现有的现有燃料电池中存在的单电池在压装力的作用下会产生变形、气体分配不均匀的情况、氢气空气反应不充分和电池性能下降的问题，本实用新型提供了一种质子交换膜燃料电池极板及电堆。
本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池极板，包括极板主体、空气进气口、氢气出气口、氢气进气口、空气出气口和冷却水口，所述空气进气口设置于所述极板主体一端上侧，所述氢气出气口设置于所述空气进气口下侧，所述氢气进气口设置于所述极板主体另一端上侧，所述空气出气口设置于所述氢气进气口下侧，所述空气进气口面积小于所述空气出气口面积，所述氢气进气口面积小于所述氢气出气口面积，所述冷却水口设置于所述极板主体上下两端的中部。
更进一步的，所述空气进气口面积比所述空气出气口面积小20％-80％，所述氢气进气口面积比所述氢气出气口面积小20％-80％。
更进一步的，所述空气进气口与所述空气出气口内均设有冲压槽，所述空气进气口内设有两条所述冲压槽，所述冲压槽将所述空气进气口隔为三个空气进气配气口，所述空气出气口内设有两条所述冲压槽，所述冲压槽将所述空气出气口隔为三个空气出气配气口。
更进一步的，所述冲压槽上设有多个气口。
更进一步的，所述极板主体的材质为金属材料、炭质材料或复合材料。
更进一步的，所述极板主体表面设有金镀层或镍镀层。
更进一步的，所述极板主体的空气进气口处设有巡检插件接口，所述巡检插件接口用于安装巡检插件，所述巡检插件用于检测极板电压。
更进一步的，所述极板主体边角处设有通孔。
本实用新型还提供了一种质子交换膜燃料电池电堆，包括多个排列设置的上述质子交换膜燃料电池极板。
更进一步的，还包括前端板、后端板和螺杆，所述前端板和后端板分别设置于多个排列设置所述质子交换膜燃料电池极板的前后两端，所述螺杆设置于所述质子交换膜燃料电池极板的左右两侧，且所述螺杆前后两端分别穿过所述前端板和后端板上设置的螺口，所述螺杆通过螺母将所述前端板和后端板压紧在多个排列设置所述质子交换膜燃料电池极板的前后两端。
本实用新型的一种质子交换膜燃料电池极板及电堆，通过空气进气口面积小于空气出气口面积且氢气进气口面积小于氢气出气口面积的设置方法，能够使燃料电池长堆的中部位置单极板的压力分配均匀且气体分配均匀，进一步使氢气空气反应更加充分，通过设置冲压槽，能够增大弯曲强度，提升抗震能力，有效的防止燃料电池单极板的形变，从而保证电堆的性能，延长电堆的寿命。
附图说明
图1是本实用新型实施例极板主视结构示意图；
图2是本实用新型实施例电堆立体结构示意图。
图中：1、极板主体，2、空气进气口，3、空气出气口，4、氢气进气口，5、氢气出气口，6、冷却水口，7、冲压槽，8、巡检插件接口，9、通孔，10、前端板，11、后端板，12、螺杆，13、螺母。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本实施例的一种质子交换膜燃料电池极板，如图1所示，包括极板主体1、空气进气口2、氢气出气口5、氢气进气口4、空气出气口3和冷却水口6，空气进气口2设置于极板主体1一端上侧，氢气出气口5设置于空气进气口2下侧，氢气进气口4设置于极板主体1另一端上侧，空气出气口3设置于氢气进气口4下侧，空气进气口2面积小于空气出气口3面积，氢气进气口4面积小于氢气出气口5面积，冷却水口6设置于极板主体1上下两端的中部，空气进气口2与空气出气口3用以流通空气，氢气进气口4与氢气出气口5用以流通氢气，冷却水口6用以流通冷却水。
空气进气口2面积比空气出气口3面积小20％-80％，氢气进气口4面积比氢气出气口5面积小20％-80％，这样可以使反应气体的流场分布更加均匀，还可以提高反应气体分配的均匀性。空气进气口2与空气出气口3内均设有冲压槽7，冲压槽7可以起到加强筋的作用，增加极板的弯曲强度，防止极板在加工时压溃，空气进气口2内设有两条冲压槽7，冲压槽7将空气进气口2隔为三个空气进气配气口，空气出气口3内设有两条冲压槽7，冲压槽7将空气出气口3隔为三个空气出气配气口，冲压槽7上设有多个气口，可以使空气在三个空气进气配气口内自由流动，可以促进三个空气进气配气口内空气的再分配，同样的，也可以使空气在三个空气出气配气口内自由流动，可以促进三个空气出气配气口内空气的再分配。
极板主体1的材质为金属材料、炭质材料或复合材料，作为本实施例的优选，极板主体1的材质可以为铝合金或钢材，极板主体1表面设有金镀层或镍镀层，使用金属材料、炭质材料或复合材料制作极板主体1，并在极板主体1表面设置金镀层或镍镀层，可以让极板主体1在保持较高的机械强度的前提下尽可能地薄，可以减少对电流和热的传导阻力，此外，通过在极板主体1表面设置金镀层或镍镀层，可以加强极板主体1的导电和抗腐蚀能力。
极板主体1的空气进气口2处设有巡检插件接口8，巡检插件接口8用于安装巡检插件，巡检插件用于检测极板电压，当电堆数据异常时，巡检插件可快速排查单片极板的电压，排查故障，同时将巡检插件接口8设置在空气进气口2处，可以压缩空气进气口2的面积，匹配进口小出口大的分配模式。此外，极板主体1边角处设有通孔9，连接螺杆穿过通孔9将多个极板主体1连接在一起，优选的，通孔9可以设置在极板主体1的对角处，进一步对极板主体1进行定位。
本实施例还提供了一种质子交换膜燃料电池电堆，如图2所示，包括多个排列设置的上述质子交换膜燃料电池极板。还包括前端板10、后端板11和螺杆12，前端板10和后端板11分别设置于多个排列设置质子交换膜燃料电池极板的前后两端，螺杆12设置于质子交换膜燃料电池极板的左右两侧，且螺杆12前后两端分别穿过前端板10和后端板11上设置的螺口，螺杆12通过螺母13将前端板10和后端板11压紧在多个排列设置质子交换膜燃料电池极板的前后两端。
本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (10)
1.一种质子交换膜燃料电池极板，其特征在于，包括极板主体(1)、空气进气口(2)、氢气出气口(5)、氢气进气口(4)、空气出气口(3)和冷却水口(6)，所述空气进气口(2)设置于所述极板主体(1)一端上侧，所述氢气出气口(5)设置于所述空气进气口(2)下侧，所述氢气进气口(4)设置于所述极板主体(1)另一端上侧，所述空气出气口(3)设置于所述氢气进气口(4)下侧，所述空气进气口(2)面积小于所述空气出气口(3)面积，所述氢气进气口(4)面积小于所述氢气出气口(5)面积，所述冷却水口(6)设置于所述极板主体(1)上下两端的中部。
2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池极板，其特征在于，所述空气进气口(2)面积比所述空气出气口(3)面积小20％-80％，所述氢气进气口(4)面积比所述氢气出气口(5)面积小20％-80％。
3.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池极板，其特征在于，所述空气进气口(2)与所述空气出气口(3)内均设有冲压槽(7)，所述空气进气口(2)内设有两条所述冲压槽(7)，所述冲压槽(7)将所述空气进气口(2)隔为三个空气进气配气口，所述空气出气口(3)内设有两条所述冲压槽(7)，所述冲压槽(7)将所述空气出气口(3)隔为三个空气出气配气口。
4.根据权利要求3所述的一种质子交换膜燃料电池极板，其特征在于，所述冲压槽(7)上设有多个气口。
5.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池极板，其特征在于，所述极板主体(1)的材质为金属材料、炭质材料或复合材料。
6.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池极板，其特征在于，所述极板主体(1)表面设有金镀层或镍镀层。
7.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池极板，其特征在于，所述极板主体(1)的空气进气口(2)处设有巡检插件接口(8)，所述巡检插件接口(8)用于安装巡检插件，所述巡检插件用于检测极板电压。
8.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池极板，其特征在于，所述极板主体(1)边角处设有通孔(9)。
9.一种质子交换膜燃料电池电堆，其特征在于，包括多个排列设置的上述权利要求1-8中任一项所述的质子交换膜燃料电池极板。
10.根据权利要求9所述的一种质子交换膜燃料电池电堆，其特征在于，还包括前端板(10)、后端板(11)和螺杆(12)，所述前端板(10)和后端板(11)分别设置于多个排列设置所述质子交换膜燃料电池极板的前后两端，所述螺杆(12)设置于所述质子交换膜燃料电池极板的左右两侧，且所述螺杆(12)前后两端分别穿过所述前端板(10)和后端板(11)上设置的螺口，所述螺杆(12)通过螺母(13)将所述前端板(10)和后端板(11)压紧在多个排列设置所述质子交换膜燃料电池极板的前后两端。
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