CN220796804U - 单极板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单极板，包括板体、两个通气孔、两个主流道和多个分流道。两个通气孔均设置在板体的顶部或底部。两个主流道平行设置在板体的一面，多个分流道与主流道设置在板体的同一面。每个分流道之间的间距相等，每个分流道的宽度相等。其中两个主流道设于多个分流道的两侧，每个分流道均与两侧的主流道相连通，主流道的宽度大于每个分流道的宽度。本实用新型提供的单极板，通过主流道和分流道内的氢气和氧气携带走电池内部的热量，提高燃料电池气体分配均匀性和电池的散热效率。

Description

单极板

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，特别是关于一种单极板。

背景技术

高温燃料电池是基于氧化还原反应，将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的一种发电装置，氧化还原反应包括基于质子交换膜的水电解过程和燃料电池反应。电池中的活性物质不断地从外部送入正、负电极，反应产物从电池中排出，可以连续使用。并且由于能量转换不受卡诺循环的限制并且附加产物只有水，水在高温环境下以水蒸气的方式从电池内排出，因此高温燃料电池具有能量转换效率高并且环境友好的特点。

膜电极和双极板是质子交换膜燃料电池的核心组成成分，用以催化燃料发生氧化还原反应。而在电池的端部，为了保证电池的密封性，一般通过单极板与端部的膜电极结合。相对于双极板，单极板仅有一面设置流道。目前单极板上流道内的气体阻力大，散热性差，需要设置冷却通道对单极板及其周围零件进行冷却，导致电池组件的复杂程度变高，占用空间变大。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种单极板，通过主流道和分流道内的氢气和氧气携带走电池内部的热量，提高电池的散热效率。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种单极板，包括板体、两个通气孔、两个主流道和多个分流道。两个通气孔均设置在板体的顶部或底部。两个主流道平行设置在板体的一面。多个分流道与主流道设置在板体的同一面。其中主流道与多个分流道均互相连通，多个分流道呈均匀分布或者沿着分流道内气体流动方向由疏到密分布。

在一个或多个实施方式中，两个主流道设于多个分流道的两侧，主流道的宽度大于每个分流道的宽度，每个分流道的宽度相等，各个分流道之间构成并联关系。

在一个或多个实施方式中，主流道的宽度是分流道的宽度的5至10倍。

在一个或多个实施方式中，仅有一侧的主流道与单个通气孔连通。

在一个或多个实施方式中，板体的形状为矩形，主流道沿着板体的长边或短边设置。

在一个或多个实施方式中，两个通气孔设置在板体的顶部或底部的同一水平线上。

在一个或多个实施方式中，板体由石墨或金属材料制成。

在一个或多个实施方式中，板体的表面镀有一层或多层的导电膜。

在一个或多个实施方式中，板体的形状为N边形，其中N≥3。

在一个或多个实施方式中，板体的上下边界处各设置有一个定位凹槽，上下两个定位凹槽交叉设置。

与现有技术相比，如本实用新型的单极板，利用定位凹槽使单极板与电池的其他零件对齐，保证电池的密封性。利用主流道宽度大和分流道数量多的特点，使得氢气和氧气在主流道和分流道内遇到的阻力小，流动过程中可以将电池内反应生成的热量携带走，降低电池内部的温度，提高电池堆的散热效率，同时避免在单极板上设置额外的冷却通道。

附图说明

图1为本实用新型一实施方式的主流道沿短边设置的单极板的结构示意图；

图2为图1中A部分的局部放大图；

图3为本实用新型一实施方式的主流道沿长边设置的单极板的结构示意图；

图4为图3中B部分的局部放大图；

图5为本实用新型一实施方式的六边形状的单极板的结构示意图。

其中，1、板体，2、主流道，3、分流道，4、通气孔，5、定位凹槽。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1-图5所示，如本实用新型一实施方式的单极板，包括板体1、两个通气孔4、两个主流道2和多个分流道3。两个通气孔4均设置在板体1的顶部或底部。两个主流道2平行设置在板体1的一面。多个分流道3与主流道2设置在板体1的同一面。其中主流道2与多个分流道3均互相连通，多个分流道3呈均匀分布或者沿着分流道3内气体流动方向由疏到密分布。两个主流道2设于多个分流道3的两侧，主流道2的宽度大于每个分流道3的宽度，每个分流道3的宽度相等。

主流道2和分流道3用于导流输送至电池内部的氢气和氧气，氢气和氧气流经通气孔4时，流入与通气孔4连通的主流道2内，主流道2内的氢气和氧气分流至各个分流道3内，与单极板一侧的膜电极接触，发生氧化还原反应形成放电电流。由于单极板安装在电池的正极端和负极端，因此单极板只需一面输送氢气和氧气，只需在单极板的一面留设主流道2和分流道3。区别于常规的从头到尾串联的流道，分流道3是并联在主流道2上的。

在一实施方式中，分流道3呈均匀分布，使得分流道3内的气体流量分布均匀。由于分流道3的数量多，所以氢气和氧气在主流道2和分流道3内遇到的阻力小，流动过程中可以将电池内反应生成的热量携带走，降低电池内部的温度，提高电池堆的散热效率，同时避免在单极板上设置额外的冷却通道。

如图1-图4所示，主流道2设于多个分流道3的两侧，主流道2的宽度是分流道3的宽度的5至10倍。主流道2与通气孔4连接的部位，为了降低气体阻力，主流道2的宽度要大于等于通气孔4的直径，因此在主流道2与通气孔4的连接处，主流道2的宽度大于其他部位的主流道2的宽度。

在一实施方式中，仅有一侧的主流道2与单个通气孔4连通。由于正极端的单极板只需输送氧气，氧气从电池负极的端板处流入，到达正极的单极板结束。与单个通气孔4不连通的主流道2为氧气流入处，与单个通气孔4连通的主流道2为氧气流出处。氧气流入处为最后一块电极板，因此不再需要通气孔4。氧气流出处与外界相通，因此需要利用通气孔4排出多余的氧气和氧化还原反应产生的水。反之负极端的单极板只需输送氢气，多余的氢气同样通过单极板上的对应通路输送至电池外。

反之负极端的单极板只需输送氢气，氢气同样通过双极板上的对应通路输送至电池外。

如图1和图3所示，板体1的形状为矩形，主流道2沿着板体1的长边或短边设置。当主流道2沿着板体1的短边设置时，通气孔4位于顶部的主流道2的上方，主流道2整体呈L型布置，顶部主流道2的一端与单个通气孔4连通。当主流道2沿着板体1的长边设置时，主流道2整体呈直线型布置，通气孔4则位于板体1的底部，一侧的主流道2的底部与单个通气孔4连通。

如图1和图3所示，两个通气孔4设置在板体1的顶部或底部的同一水平线上。这两个通气孔4与外部供气管道进行连接，对氧气或氢气进行导流，将氢气和氧气输送进电池内部参与反应氧化还原，形成放电电流。两个通气孔4设置在同一水平线上，可以保证电池正负极端的氢气和氧气同步进入到电池内，提高电池初始供电阶段的稳定性。

在一实施方式中，板体1由石墨或金属材料制成，金属材料包括不锈钢、钛和铜等。单极板的性能要求高，要求单极板材料是电与热的良导体，具有良好的强度以及气体致密性等，并要求单极板在燃料电池强酸性、强电位、高湿热工作环境下稳定运行。同时单极板要易于加工，要求单极板材料的制造和加工成本低。单极板可以通过冲压成形模具一体成型，单极板厚度一般为0.5mm～2mm。

石墨单极板的耐腐蚀性好，导热性和导电性高，化学性能稳定，制造工艺成熟，但是机械性能差，质量和体积大，可加工性差，加工成本高。金属单极板的导热性和导电性高，机械性能优越，制作工序较少，厚度小，大幅提升比功率密度，具备较强的低温启动能力，并且具有较高的抗冲击和振动性能，但是容易发生腐蚀。因此单极板的材料应根据电池的实际应用环境来确定。

在一实施方式中，板体1的表面镀有一层或多层的导电膜，镀膜主要为了提高单极板的导电性和耐腐蚀性，并且表面还可以进行涂层处理，来进一步提升单极板的耐腐蚀性。

如图1和图5所示，本实用新型的单极板的整体结构并不局限于图1中所示的矩形，而是可以为其它多边形的形状，例如五边形、六边形等。图5中板体1的形状为六边形，但本实用新型并不以此为限，其它多边形的形状仍然可以适用于本实用新型的单极板。实际应用过程中，当单极板的形状改变时，电池内的其他板状零件的形状要与单极板的形状保持一致，从而使电池的整体形状发生变化，可以使电池适用于不同空间的供电工作，增了电池的应用范围。单极板形状改变后，可以使电池与不同形状的供气瓶相互堆叠，减小电池与供气瓶之间的空隙，最大程度地减小电池和供气瓶的占用空间。

在一实施方式中，板体1的上下边界处各设置有一个定位凹槽5，上下两个定位凹槽5交叉设置。在组装电池的过程中，为了使单极板与电池内的各个零件对齐，保证电池的密封性和稳定性，在安装单极板时，需要通过定位凹槽5进行辅助定位。单极板上的定位凹槽5与其他零件上的定位孔或其他定位结构对齐或结合后，可以使单极板的中线和其他零件的中线重合，保证电池的组装精度。

下面结合具体的使用场景，对本实用新型提供的单极板作进一步说明。

在组装电池时，使单极板上的定位凹槽5与其他零件上的定位孔或其他定位结构对齐或结合，将两块单极板分别安装在电池的正极端和负极端，使单极板上的主流道2和分流道3朝向电池的内侧设置，两端的单极板上的主流道2和分流道3均与电池端部的膜电极接触后，电池的正极端和负极端形成密闭结构。电池工作时，正极的单极板上的主流道2和分流道3输送氧气，负极的单极板上的主流道2和分流道3输送氢气，分别与端部的膜电极发生氧化还原反应，形成放电电流。

在电池工作时，由于主流道2的宽度大、分流道3的数量多，所以氢气和氧气在主流道2和分流道3内遇到的阻力小，流动过程中可以将电池内反应生成的热量携带走，降低电池内部的温度，提高电池堆的散热效率，同时避免在单极板上设置额外的冷却通道。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，如上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种单极板，其特征在于，包括：

板体；

两个通气孔，两个所述通气孔均设置在板体的顶部或底部；

两个主流道，两个所述主流道平行设置在板体的一面；

多个分流道，多个所述分流道与主流道设置在板体的同一面；

其中，所述主流道与多个分流道均互相连通，多个所述分流道呈均匀分布或者沿着分流道内气体流动方向由疏到密分布。

2.如权利要求1所述的单极板，其特征在于，两个所述主流道设于多个分流道的两侧，所述主流道的宽度大于每个分流道的宽度，每个所述分流道的宽度相等，各个所述分流道之间构成并联关系。

3.如权利要求2所述的单极板，其特征在于，所述主流道的宽度是分流道的宽度的5至10倍。

4.如权利要求1所述的单极板，其特征在于，仅有一侧的所述主流道与单个通气孔连通。

5.如权利要求1所述的单极板，其特征在于，所述板体的形状为矩形，所述主流道沿着板体的长边或短边设置。

6.如权利要求1所述的单极板，其特征在于，两个所述通气孔设置在板体的顶部或底部的同一水平线上。

7.如权利要求1所述的单极板，其特征在于，所述板体由石墨或金属材料制成。

8.如权利要求7所述的单极板，其特征在于，所述板体的表面镀有一层或多层的导电膜。

9.如权利要求1所述的单极板，其特征在于，所述板体的形状为N边形，其中N≥3。

10.如权利要求1所述的单极板，其特征在于，所述板体的上下边界处各设置有一个定位凹槽，上下两个所述定位凹槽交叉设置。