CN220172166U - 极板及具有其的燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种极板及具有其的燃料电池，极板包括沿极板的延伸方向依次设置的第一歧管口区域、气体反应区和第二歧管口区域，第一歧管口区域设置有沿极板的宽度方向依次间隔分布的第一开口、第二开口和第三开口，第二歧管口区域设置有沿极板的宽度方向依次间隔分布的第四开口、第五开口和第六开口，第一开口至第三开口的排布方向与第四开口至第六开口的排布方向相同，第一开口和第六开口通过气体反应区连通，以供氧气流通，第二开口和第五开口通过气体反应区连通，以供氢气流通，第三开口和第四开口通过气体反应区连通，以供冷却液流通。通过本申请提供的技术方案，可以解决现有技术中气体反应区内各个流道的氢气流量不一致的问题。

Description

极板及具有其的燃料电池

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燃料电池。

背景技术

极板上通常设置有沿极板的延伸方向依次连通的氢气入口、气体反应区和氢气出口，通常情况下，氢气入口和氢气出口沿极板的对角线方向分布在气体反应区的两个端部。燃料电池工作时，氢气在反应区内产生大量的消耗，导致靠近氢气入口的区域和靠近氢气出口的区域的压降产生不对称的情况，而上述压降的不对称主要通过各自反应区的流道压降差异来进行弥补，具体体现在流量的差异上，会使得沿极板的宽度方向，各个流道的流量差值较大，影响氢气流量的均一性，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燃料电池，以解决现有技术中的氢气入口和氢气出口沿极板的对角线方向分布而导致反应区内各个流道的氢气流量不一致的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种极板，其包括沿极板的延伸方向依次设置的第一歧管口区域、气体反应区和第二歧管口区域，第一歧管口区域设置有沿极板的宽度方向依次间隔分布的第一开口、第二开口和第三开口，第二歧管口区域设置有沿极板的宽度方向依次间隔分布的第四开口、第五开口和第六开口，第一开口至第三开口的排布方向与第四开口至第六开口的排布方向相同，第一开口和第六开口通过气体反应区连通，以供氧气流通，第二开口和第五开口通过气体反应区连通，以供氢气流通，第三开口和第四开口通过气体反应区连通，以供冷却液流通。

进一步地，极板具有沿长度方向延伸的中线，第二开口和第五开口分别位于中线的两侧。

进一步地，极板具有沿长度方向延伸的中线，第二开口关于中线对称，第五开口关于中线对称。

进一步地，第二开口为氢气入口，第五开口为氢气出口，第六开口为氧气入口，第一开口为氧气出口，第四开口为冷却液入口，第三开口为冷却液出口。

进一步地，第二开口为氢气入口，第五开口为氢气出口，第一开口为氧气入口，第六开口为氧气出口，第三开口为冷却液入口，第四开口为冷却液出口。

进一步地，氢气入口的截面积、氧气入口的截面积以及冷却液入口的截面积依次增大；氢气出口的截面积、氧气出口的截面积以及冷却液出口的截面积依次增大。

进一步地，氢气入口的截面积小于氢气出口的截面积；氧气入口的截面积小于氧气出口的截面积；冷却液入口的截面积小于冷却液出口的截面积。

进一步地，极板上还设置有：第一气体分配区，设置在第一歧管口区域与气体反应区之间，第一气体分配区的一端与第二开口连通，第一气体分配区的另一端与气体反应区连通；第二气体分配区，设置在第二歧管口区域与气体反应区之间，第二气体分配区的一端与第五开口连通，第二气体分配区的另一端与气体反应区连通。

进一步地，第一气体分配区的宽度沿第二开口至气体反应区的方向逐渐增加；第二气体分配区的宽度沿第五开口至气体反应区的方向逐渐增加。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种燃料电池，其包括上述的极板。

应用本实用新型的技术方案，第二开口和第五开口通过气体反应区连通，以供氢气流通，且沿极板的宽度方向，第二开口位于第一开口和第三开口之间，第五开口位于第四开口和第六开口之间，如此设置，能够提升气体反应区内各个流道的氢气流量的均一性，提升燃料电池的性能。氢气会在气体反应区内产生大量的消耗，但是氧气消耗占比较小，冷却液更是无流体消耗，氢气在气体反应区内的各个流道分布的均一性严重影响燃料电池的性能，上述设置，使得供氢气流通的第二开口和第五开口能够尽可能地靠近气体反应区长度方向的中心线，进而使得气体反应区内的各个流道之间的氢气流量差尽可能地小，以提升气体反应区内各个流道的氢气流量的均一性，提升燃料电池的性能。传统技术方案中，供冷却液流通的开口通常设置在中部，而供氢气和氧气流通的开口通常设置在侧部，但是，上述设置，导致靠近氢气入口的区域和靠近氢气出口的区域的压降产生不对称的情况，而上述压降的不对称主要通过各自反应区的流道压降差异来进行弥补，具体体现在流量的差异上，会使得沿极板的宽度方向，各个流道的流量差值较大，影响氢气流量的均一性，影响燃料电池的性能。与传统技术方案相比，本方案对各个开口的排布位置的设计，能够在不影响氧气以及冷却液流通性能的前提下，尽可能地保证气体反应区内各个流道内的氢气的均一性，提升燃料电池的性能。

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的结构示意图；

图2示出了本实用新型提供的另一种极板的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、气体反应区；

21、第一开口；22、第二开口；23、第三开口；24、第四开口；25、第五开口；26、第六开口；

31、第一气体分配区；32、第二气体分配区。

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所示，本实用新型实施例提供一种极板，其包括沿极板的延伸方向依次设置的第一歧管口区域、气体反应区10和第二歧管口区域，第一歧管口区域设置有沿极板的宽度方向依次间隔分布的第一开口21、第二开口22和第三开口23，第二歧管口区域设置有沿极板的宽度方向依次间隔分布的第四开口24、第五开口25和第六开口26，第一开口21至第三开口23的排布方向与第四开口24至第六开口26的排布方向相同，第一开口21和第六开口26通过气体反应区10连通，以供氧气流通，第二开口22和第五开口25通过气体反应区10连通，以供氢气流通，第三开口23和第四开口24通过气体反应区10连通，以供冷却液流通。

应用本实用新型的技术方案，第二开口和第五开口通过气体反应区连通，以供氢气流通，且沿极板的宽度方向，第二开口位于第一开口21和第三开口23之间，第五开口25位于第四开口24和第六开口26之间，如此设置，能够提升气体反应区10内各个流道的氢气流量的均一性，提升燃料电池的性能。氢气会在气体反应区10内产生大量的消耗，但是氧气消耗占比较小，冷却液更是无流体消耗，氢气在气体反应区10内的各个流道分布的均一性严重影响燃料电池的性能，上述设置，使得供氢气流通的第二开口22和第五开口25能够尽可能地靠近气体反应区10长度方向的中心线，进而使得气体反应区10内的各个流道之间的氢气流量差尽可能地小，以提升气体反应区10内各个流道的氢气流量的均一性，提升燃料电池的性能。传统技术方案中，供冷却液流通的开口通常设置在中部，而供氢气和氧气流通的开口通常设置在侧部，但是，上述设置，导致靠近氢气入口的区域和靠近氢气出口的区域的压降产生不对称的情况，而上述压降的不对称主要通过各自反应区的流道压降差异来进行弥补，具体体现在流量的差异上，会使得沿极板的宽度方向，各个流道的流量差值较大，影响氢气流量的均一性，影响燃料电池的性能。与传统技术方案相比，本方案对各个开口的排布位置的设计，能够在不影响氧气以及冷却液流通性能的前提下，尽可能地保证气体反应区10内各个流道内的氢气的均一性，提升燃料电池的性能。

进一步地，极板具有沿长度方向延伸的中线O，第二开口22和第五开口25分别位于中线O的两侧。由于供冷却液流通的开口的截面积较大，其占据极板的空间较大，上述设置，能够保证与氢气、氧气以及冷却液对相应的开口面积需求的差异性，保证极板上各个开口设置位置以及面积大小的合理性。并且，第二开口22和第五开口25尽可能地靠近极板的中线O，如此设置，能够使得第二开口22和第五开口25尽可能地靠近气体反应区10端部的中部设置，提升氢气在气体反应区10内流通的均一性。

如图2所示，在本方案的其他实施例中，极板具有沿长度方向延伸的中线O，第二开口22关于中线O对称，第五开口25关于中线O对称。如此设置，使得第二开口22和第五开口25尽可能地正对气体反应区10端部的中部设置，进一步提升氢气在气体反应区10内流通的均一性。

本方的极板应用在电堆中，对应用该极板的电堆的流体的流通方向不做限制，本方案的极板中，可设置为，第二开口22为氢气入口，第五开口25为氢气出口，第六开口26为氧气入口，第一开口21为氧气出口，第四开口24为冷却液入口，第三开口23为冷却液出口。如此设置，使得电堆工作时，有利于实现氢气和氧气流通过程中发生对流，且有利于电堆的温度控制。

在本方案的其他实施例中，也可设置为：第二开口22为氢气入口，第五开口25为氢气出口，第一开口21为氧气入口，第六开口26为氧气出口，第三开口23为冷却液入口，第四开口24为冷却液出口。

进一步地，氢气入口的截面积、氧气入口的截面积以及冷却液入口的截面积依次增大；氢气出口的截面积、氧气出口的截面积以及冷却液出口的截面积依次增大。由于冷却液的密度、氧气的密度和氢气的密度依次增加，因此，供冷却液流通的开口的压降、供氧气流通的开口的压降以及供氢气开口流通的开口的压降依次增加，开口的压降越大，电堆的流量的均一性越差，开口的截面积决定了电堆的流量的均一性。因此，上述设置，能够保证电堆流量的均一性。

具体地，氢气入口的截面积小于氢气出口的截面积。当多个极板堆叠形成电堆后，各个极板的氢气入口相互连通形成氢气入口流道，各个极板的氢气出口相互连通形成氢气出口流道，氢气入口流道和氢气出口流道之间的压降不同，流通面积越小，压降越大，上述设置，能够使得经过每个极板的氢气流量尽可能地相同。同理，氧气入口的截面积小于氧气出口的截面积；冷却液入口的截面积小于冷却液出口的截面积。

本方案中，极板上还设置有第一气体分配区31和第二气体分配区32。第一气体分配区31设置在第一歧管口区域与气体反应区10之间，第一气体分配区31的一端与第二开口22连通，第一气体分配区31的另一端与气体反应区10连通。第二气体分配区32设置在第二歧管口区域与气体反应区10之间，第二气体分配区32的一端与第五开口25连通，第二气体分配区32的另一端与气体反应区10连通。第一气体分配区31和第二气体分配区32的设置，能供进一步提升气体流通的顺畅性以及一致性，进而能提升燃料电池的性能。

本方案对第一气体分配区31和第二气体分配区32的具体形式不做限定，本实施例中，第一气体分配区31的宽度沿第二开口22至气体反应区10的方向逐渐增加。第一气体分配区31包括多个第一流道，多个第一流道成放射状，多个第一流道的一端分别与第二开口22连通，多个第一流道的另一端分别与气体反应区10的靠近第二开口22的一端连通，沿第二开口22至气体反应区10的方向，相邻的两个第一流道之间的间距逐渐增加。第二气体分配区32的宽度沿第五开口25至气体反应区10的方向逐渐增加。第二气体分配区32包括多个第二流道，多个第二流道成放射状，多个第二流道的一端分别与第五开口25连通管，多个第二流道的另一端分别与气体反应区10的靠近第五开口25的一端连通，沿第五开口25至气体反应区10的方向，相邻的两个第二流道之间的间距逐渐增加。

本实用新型实施例二提供了一种燃料电池，其包括实施例一中的极板。

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，包括沿极板的延伸方向依次设置的第一歧管口区域、气体反应区(10)和第二歧管口区域，所述第一歧管口区域设置有沿极板的宽度方向依次间隔分布的第一开口(21)、第二开口(22)和第三开口(23)，所述第二歧管口区域设置有沿极板的宽度方向依次间隔分布的第四开口(24)、第五开口(25)和第六开口(26)，所述第一开口(21)至所述第三开口(23)的排布方向与所述第四开口(24)至所述第六开口(26)的排布方向相同，所述第一开口(21)和所述第六开口(26)通过所述气体反应区(10)连通，以供氧气流通，所述第二开口(22)和所述第五开口(25)通过所述气体反应区(10)连通，以供氢气流通，所述第三开口(23)和所述第四开口(24)通过所述气体反应区(10)连通，以供冷却液流通。

2.根据权利要求1所述的极板，其特征在于，

所述极板具有沿长度方向延伸的中线，所述第二开口(22)和所述第五开口(25)分别位于所述中线的两侧。

3.根据权利要求1所述的极板，其特征在于，

所述极板具有沿长度方向延伸的中线，所述第二开口(22)关于所述中线对称，所述第五开口(25)关于所述中线对称。

4.根据权利要求1所述的极板，其特征在于，

所述第二开口(22)为氢气入口，所述第五开口(25)为氢气出口，所述第六开口(26)为氧气入口，所述第一开口(21)为氧气出口，所述第四开口(24)为冷却液入口，所述第三开口(23)为冷却液出口。

5.根据权利要求1所述的极板，其特征在于，

所述第二开口(22)为氢气入口，所述第五开口(25)为氢气出口，所述第一开口(21)为氧气入口，所述第六开口(26)为氧气出口，所述第三开口(23)为冷却液入口，所述第四开口(24)为冷却液出口。

6.根据权利要求4或5所述的极板，其特征在于，

所述氢气入口的截面积、所述氧气入口的截面积以及所述冷却液入口的截面积依次增大；

所述氢气出口的截面积、所述氧气出口的截面积以及所述冷却液出口的截面积依次增大。

7.根据权利要求4或5所述的极板，其特征在于，

所述氢气入口的截面积小于所述氢气出口的截面积；

所述氧气入口的截面积小于所述氧气出口的截面积；

所述冷却液入口的截面积小于所述冷却液出口的截面积。

8.根据权利要求1所述的极板，其特征在于，所述极板上还设置有：

第一气体分配区(31)，设置在所述第一歧管口区域与所述气体反应区(10)之间，所述第一气体分配区(31)的一端与所述第二开口(22)连通，所述第一气体分配区(31)的另一端与所述气体反应区(10)连通；

第二气体分配区(32)，设置在所述第二歧管口区域与所述气体反应区(10)之间，所述第二气体分配区(32)的一端与所述第五开口(25)连通，所述第二气体分配区(32)的另一端与所述气体反应区(10)连通。

9.根据权利要求8所述的极板，其特征在于，

所述第一气体分配区(31)的宽度沿所述第二开口(22)至所述气体反应区(10)的方向逐渐增加；

所述第二气体分配区(32)的宽度沿所述第五开口(25)至所述气体反应区(10)的方向逐渐增加。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括权利要求1至9中任意一项所述的极板。