CN220627865U - 燃料电池极板及具有其的燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池极板，属于燃料电池技术领域。燃料电池极板具有流道，流道包括沿竖直方向排布设置的第一流道、第二流道和第三流道，第一流道和第三流道分别位于燃料电池极板的相对两侧边缘，第二流道夹设于第一流道和第三流道之间，第一流道和第三流道沿所述竖直方向的长度均大于第二流道沿竖直方向的长度，沿竖直方向的长度越长，排水能力越强，从而可增强位于燃料电池极板边缘的流道的排水能力，还能消除受重力影响，燃料电池极板底部边缘的第三流道出现水淹的问题。通过在燃料电池中使用上述燃料电池极板，缓解了外界环境温度和重力对燃料电池极板边缘流道造成的排水困难问题，有效提升了燃料电池发电性能的稳定性。

Description

燃料电池极板及具有其的燃料电池

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池极板及具有其的燃料电池。

背景技术

燃料电池在运行过程中会产生水汽，在电池单元中，水汽会从MEA(膜电极组件)逐渐扩散到极板流道内，如果水汽无法及时有效地从电池单元中排出，会使得反应气体无法到达被液滴所淹没的区域，从而导致膜电极性能不稳定甚至失效。

目前市场上所使用的极板中，流道宽度均相同。然而在实际使用的过程中，处于极板边缘的流道由于接触外界环境，在外界环境温度低于燃料电池运行温度时，处于边缘的流道会更容易产生冷凝水；此外，在实际布置时，极板通常会横向设置，即若干极板流道此时会沿宽度方向间隔排列，受该布置形式的影响，重力会促使水汽向极板底部的流道运行，因此会更容易在极板底部边缘的流道堆积，导致水淹现象，加剧了极板底部边缘的流道的排水困难性。

基于以上所述，现亟需一种燃料电池极板及具有其的燃料电池，来解决现有技术中存在的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种燃料电池极板，以增强极板边缘流道的排水能力，还能消除受重力影响出现的极板流道水淹问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

燃料电池极板，具有流道，上述流道包括沿竖直方向排布设置的第一流道、第二流道和第三流道，上述第一流道和上述第三流道分别位于上述燃料电池极板的相对两侧边缘，上述第二流道夹设于上述第一流道和上述第三流道之间，上述第一流道和上述第三流道沿上述竖直方向的长度均大于上述第二流道沿上述竖直方向的长度。

可选地，沿上述竖直方向，上述第三流道位于上述第一流道的下方，上述第三流道沿上述竖直方向的长度大于上述第一流道沿上述竖直方向的长度。

可选地，上述第二流道沿上述竖直方向的长度d2满足：0.5mm≤d2＜0.6mm，上述第一流道沿上述竖直方向的长度d1满足：0.6mm≤d1＜0.7mm。

可选地，上述第三流道沿上述竖直方向的长度d3满足：0.7mm≤d3≤0.8mm。

可选地，上述第二流道设置有多个，多个上述第二流道沿上述竖直方向间隔排布设置。

可选地，上述第一流道为直线形结构或波浪形结构；

和/或，上述第二流道为直线形结构或波浪形结构；

和/或，上述第三流道为直线形结构或波浪形结构。

可选地，上述燃料电池极板由石墨或金属制成。

可选地，上述燃料电池极板包括板体和脊部，上述脊部凸设于上述板体的表面，并沿上述竖直方向间隔排布设置，相邻两个上述脊部之间形成上述流道。

本实用新型的另一个目的在于提供一种燃料电池，能够解决燃料电池内排水困难的问题，提升燃料电池发电性能的稳定性。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

燃料电池，包括多个电池单元，上述电池单元包括膜电极组件和如上述的燃料电池极板，上述燃料电池极板贴合设置于上述膜电极组件的侧面。

可选地，上述燃料电池极板包括第一极板和第二极板，上述第一极板和上述第二极板贴合设置在上述膜电极组件的相对两侧，且上述第一极板和上述第二极板均具有上述第一流道、上述第二流道和上述第三流道。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供了一种燃料电池极板，该燃料电池极板的流道包括沿竖直方向排布设置的第一流道、第二流道和第三流道，且第一流道和第三流道分别位于燃料电池极板的相对两侧边缘，第二流道夹设在第一流道和第三流道之间，通过将第一流道和第三流道沿竖直方向的长度设计成大于第二流道沿竖直方向的长度，沿竖直方向的长度越长，排水能力越强，因此一方面可以增强位于燃料电池极板边缘的流道的排水能力，另一方面还能够消除燃料电池极板受重力影响，位于燃料电池极板底部边缘的第三流道出现水淹的问题。

本实用新型还提供了一种燃料电池，通过使用上述燃料电池极板，可以增大位于燃料电池极板边缘的流道沿竖直方向的长度，从而提高燃料电池极板边缘的流道的排水能力，防止位于燃料电池极板底部边缘的第三流道水淹，缓解了外界环境温度以及重力对燃料电池极板边缘的流道造成的排水困难问题，有效提升了燃料电池发电性能的稳定性。

附图说明

图1是本实用新型实施例所提供的燃料电池极板的正视图；

图2是本实用新型其他一些并列实施例所提供的燃料电池极板的正视图。

图中：

100、燃料电池极板；101、流道；1011、第一流道；1012、第二流道；1013、第三流道；110、第一极板；111、板体；112、脊部。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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；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。

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围之内。

下面结合图1至图2以及具体实施例来介绍本实用新型所提供的燃料电池极板100及具有其的燃料电池。该燃料电池包括有多个电池单元，电池单元包括膜电极组件和燃料电池极板100，燃料电池极板100贴合设置在膜电极组件的侧面，并通过燃料电池极板100上的流道101来为膜电极组件提供化学反应所需的气体，在反应区域与催化剂发生反应后，还能够将反应产生的水汽沿流道101向外排出。

现有的燃料电池的极板中的流道101沿竖直方向(即沿图1中箭头所指的方向，也可以理解为沿重力方向)的长度均相同，但当外界环境温度低于燃料电池运行温度时，处于边缘的流道101会更容易产生冷凝水；此外，在实际布置时，极板上的流道101通常会沿竖直方向排布设置，在该布置形式的影响下，重力会促使水汽向极板底部的流道101运行，因此会更容易在极板底部边缘的流道101堆积水汽，从而导致水淹现象，加剧了极板底部边缘的流道101的排水困难性。

为了解决上述问题，参考图1所示，本实施所提供的燃料电池极板100中，流道101包括沿竖直方向排布设置的第一流道1011、第二流道1012和第三流道1013。其中，第一流道1011和第三流道1013分别位于燃料电池极板100的相对两侧边缘处，第二流道1012夹设在第一流道1011和第三流道1013之间，且沿竖直方向上，第一流道1011的长度和第三流道1013的长度均大于第二流道1012的长度，沿竖直方向的长度越长，排水能力越强。因此，通过上述设置，一方面可以增强第一流道1011和第三流道1013的压降，从而增强了第一流道1011和第三流道1013的排水能力，使得在外界环境温度低于燃料电池运行温度时，能够防止第一流道1011和第三流道1013中冷凝水的堆积；另一方面，由于第三流道1013沿竖直方向的长度增长，当燃料电池极板100沿竖直方向设置后，受重力作用而往第三流道1013运行的水汽能够加快向外排出的速率，避免在第三流道1013内累积，从而消除了水淹的隐患，确保燃料电池极板100的工作可靠性。进一步地，本实施例所提供的第二流道1012的数量设置有多个，多个第二流道1012沿竖直方向间隔排布设置，该燃料电池极板100的流道数量越多，其冷却效果、排水能力越强，也能够使更多的氢气和氧气参与电化学反应，从而显著提高该燃料电池的性能，具体的第二流道1012的数量则根据实际工况下所需的燃料电池极板尺寸灵活设定，本实用新型对此并不限定。

可选地，该燃料电池极板100由石墨或金属制成，从而使其具有良好的导电性、耐腐蚀性和化学稳定性，满足了实际工况下对燃料电池极板100经济成本以及使用安全性的要求，本实用新型对此并不限定。

具体地，该燃料电池极板100包括第一极板110和第二极板，第一极板110和第二极板贴合设置在膜电极组件的相对两侧，且第一极板110和第二极板均具有上述的第一流道1011、第二流道1012和第三流道1013。本实施例中，第一极板110作为阳极板，贴合设置在膜电极组件的燃料侧，其用于为反应区域输送燃料(例如氢气)，第二极板作为阴极板，贴合设置在膜电极组件的氧气侧，其用于为反应区域输送氧气，从而在反应区域内结合催化剂发生化学反应产生水汽，第一极板110和第二极板上的第一流道1011、第二流道1012和第三流道1013能够将产生的水汽向外排放，从而能够从根本上消除在燃料电池极板100上造成水淹问题，确保了燃料电池的使用可靠安全性。当然，在其他实施例中，第一极板110也可以作为阴极板、第二极板也可以作为阳极板，此时第一极板110贴合设置在膜电极组件的氧气侧，第二极板贴合设置在膜电极组件的燃料侧，本实用新型对此并不限定。为了便于理解，下文中将通过设置在膜电极组件燃料侧的第一极板110来对燃料电池极板100上的具体结构进行举例说明，由于第二极板与第一极板110结构相同，因此本实用新型不再对第二极板的具体结构做过多赘述。

示例性地，在本实施例中，设定第一流道1011沿竖直方向的长度值为d1，设定第二流道1012沿竖直方向的长度值为d2，则d1满足：0.6mm≤d1＜0.7mm，d2满足：0.5mm≤d2＜0.6mm。优选地，第一流道1011的长度值d1为0.6mm，第二流道1012的长度值d2为0.5mm，且第二流道1012设置的数量为7个，不仅使第一流道1011沿竖直方向的长度满足实际工况的设计尺寸需求，并且通过设置多个第二流道1012，能够在膜电极组件的表面形成均匀的气体流，提高了该燃料电池的反应效率。当然，在其他尺寸的第一极板110上，可根据需要将第一流道1011的长度值d1设计成0.62mm、0.64mm、0.66mm、……；将第二流道1012的长度值d2设计成0.51mm、0.52mm、0.53mm、……，本实用新型对此并不限定。

具体地，本实施例中，第一极板110包括板体111和多个脊部112，脊部112凸设于板体111的表面，并沿竖直方向间隔排布设置，相邻两个脊部112之间形成上述的流道101。通过上述设置，可使得该第一极板110的结构简单化，易于制造和加工，从而提高生产效率，而且板体111和脊部112之间没有其他额外的组件，因此可以减少第一极板110内的流道101的阻力，有助于水汽的排放。

可选地，继续参考图1所示，本实施例中，位于板体111上的脊部112为直线形结构，以使第一流道1011、第二流道1012和第三流道1013也均呈直线形，使得气体(指氢气，下文同理)或产生的水汽能直接沿着直线在流道101内快速传递，以满足燃料电池中流体运动简单方便的要求，并便于对第一极板110的制造。

在一些并列的其他实施例中，参考图2所示，也可以将形成第三流道1013的相邻两个脊部112设计制造成波浪形结构，以形成波浪形形状的第三流道1013，当气体经过第三流道1013内的曲线或者转角时，在惯性的作用下气体会继续沿着曲线路径运动，而反应所产生的水汽则会受到重力作用而下沉，从而促进了气体和水汽的分离，增强了两者的分散效果，可改善第一极板110的排水能力，并确保了有效的气体传输。

当然，在一些并列的其他实施例中，还可以将第一流道1011、第二流道1012和第三流道1013均设计制造成波浪形形状，以大大增强第一极板110的气体和水汽分离的能力；也可以将第一流道1011或第二流道1012设计制造成波浪形形状，剩余两种流道101设计制造成直线形状，这样可以在满足第一极板110中的气体和水汽分离效果的同时，减轻设计制造的压力；还可以将第一流道1011、第二流道1012或第三流道1013三者中的其中两者设计制造成波浪形形状，另一者则设计制造成直线形状，从而满足不同的排水能力需求。

本实施例中，第三流道1013沿竖直方向设置在第一流道1011的下方，以满足实际工况下的布局要求。可选地，为了进一步增强第三流道1013的排水能力，本实施例中的第三流道1013沿竖直方向的长度大于第一流道1011沿竖直方向的长度，从而在有限的第一极板110尺寸上，进一步增大第三流道1013沿竖直方向的长度占比，从而能够使更多的水汽通过第三流道1013向外排放，从而大大加强了第三流道1013的压降，有效提高了整个第一极板110的排水效率。

示例性地，设定第三流道1013沿竖直方向的长度值为d3，d3满足0.7mm≤d3≤0.8mm。优选地，在本实施例中，第三流道1013的长度值d3为0.7mm，以满足实际工况下对第三流道1013尺寸的要求。当然，在一些并列的实施例中，将第三流道1013的长度值d3还可以设计成0.72mm、0.74mm、……、0.8mm。

可以理解的是，在其他实施例中，也可以将第一流道1011沿竖直方向设置在第三流道1013的上方，此时第三流道1013沿竖直方向的长度大于第一流道1011沿竖直方向的长度，因此本实用新型并不对第一流道1011和第三流道1013之间的相对位置进行限定，只要确保位于燃料电池极板100底部的流道101沿竖直方向的长度大于位于燃料电池极板100顶部的流道101沿竖直方向的长度即可。

本实施例的燃料电池，通过使用上述燃料电池极板100，可以增大位于燃料电池极板100边缘的流道101沿竖直方向的长度，从而提高燃料电池极板100边缘的流道101的排水能力，防止位于燃料电池极板100底部边缘的第三流道1013水淹，缓解了外界环境温度以及重力对燃料电池极板100边缘的流道101造成的排水困难问题，有效提升了燃料电池发电性能的稳定性。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.燃料电池极板，具有流道(101)，其特征在于，所述流道(101)包括沿竖直方向排布设置的第一流道(1011)、第二流道(1012)和第三流道(1013)，所述第一流道(1011)和所述第三流道(1013)分别位于所述燃料电池极板(100)的相对两侧边缘，所述第二流道(1012)夹设于所述第一流道(1011)和所述第三流道(1013)之间，所述第一流道(1011)和所述第三流道(1013)沿所述竖直方向的长度均大于所述第二流道(1012)沿所述竖直方向的长度。

2.根据权利要求1所述的燃料电池极板，其特征在于，沿所述竖直方向，所述第三流道(1013)位于所述第一流道(1011)的下方，所述第三流道(1013)沿所述竖直方向的长度大于所述第一流道(1011)沿所述竖直方向的长度。

3.根据权利要求2所述的燃料电池极板，其特征在于，所述第二流道(1012)沿所述竖直方向的长度d2满足：0.5mm≤d2＜0.6mm，所述第一流道(1011)沿所述竖直方向的长度d1满足：0.6mm≤d1＜0.7mm。

4.根据权利要求3所述的燃料电池极板，其特征在于，所述第三流道(1013)沿所述竖直方向的长度d3满足：0.7mm≤d3≤0.8mm。

5.根据权利要求1所述的燃料电池极板，其特征在于，所述第二流道(1012)设置有多个，多个所述第二流道(1012)沿所述竖直方向间隔排布设置。

6.根据权利要求1-5任一项所述的燃料电池极板，其特征在于，所述第一流道(1011)为直线形结构或波浪形结构；

和/或，所述第二流道(1012)为直线形结构或波浪形结构；

和/或，所述第三流道(1013)为直线形结构或波浪形结构。

7.根据权利要求1-5任一项所述的燃料电池极板，其特征在于，所述燃料电池极板(100)由石墨或金属制成。

8.根据权利要求1-5任一项所述的燃料电池极板，其特征在于，所述燃料电池极板(100)包括板体(111)和脊部(112)，所述脊部(112)凸设于所述板体(111)的表面，并沿所述竖直方向间隔排布设置，相邻两个所述脊部(112)之间形成所述流道(101)。

9.燃料电池，包括多个电池单元，其特征在于，所述电池单元包括膜电极组件和如权利要求1-8任一项所述的燃料电池极板(100)，所述燃料电池极板(100)贴合设置于所述膜电极组件的侧面。

10.根据权利要求9所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池极板(100)包括第一极板(110)和第二极板，所述第一极板(110)和所述第二极板贴合设置在所述膜电极组件的相对两侧，且所述第一极板(110)和所述第二极板均具有所述第一流道(1011)、所述第二流道(1012)和所述第三流道(1013)。