CN221008990U - 双极板及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双极板及燃料电池，涉及燃料电池技术领域。该双极板包括双极板本体；双极板本体的一端设有氧气进口和氢气出口，另一端设有氧气出口和氢气进口，氧气进口与氧气出口通过设于氧气侧的氧气流道连通，氢气进口与氢气出口通过设于氢气侧的氢气流道连通；氧气流道包括至少两个第一子流道，相邻的两个第一子流道，沿氧气流动方向，在后的第一子流道的横截面积大于在前的第一子流道的横截面积；氢气流道包括至少两个第二子流道，相邻的两个第二子流道，沿氢气流道方向，在后的第二子流道的横截面积小于在前的第二子流道的横截面积。本实用新型提供的双极板解决了现有技术中存在的燃料电池发生“水淹”现象的技术问题。

Description

双极板及燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种双极板及燃料电池。

背景技术

燃料电池内质子交换膜的作用包括为质子的快速传导提供通道并阻隔电子传导。因为质子交换膜只有在具有充分水的情况下，才能保证质子电导率，降低质子传导电阻，所以质子交换膜需要有一定的相对湿度。然而整车在运行过程中，且处于低功率的情况下，由于反应物气体的流速低，水积聚在流道内；当水的积累增加时，流动被阻塞，造成反应物无法相互接触产生电子，形成“水淹”现象。在高功率运行情况下，随着工作电流密度逐渐增加，生成水的速率也相应增大，同时在低高增湿情况下，如果过多的生成水不能及时排出电池，也会发生“水淹”现象。

燃料电池系统电堆在运行过程中，电堆内部的水主要来源阴/阳极气体增湿水及阴极侧电化学反应生成的水。电堆内部水的排出方式主要是阴极侧反应剩余气体排气，阴极侧脉冲排气和阳极侧脉冲排气三种方式。可知电堆内部发生“水淹”现象主要由电堆内部阴极侧产生水无法排出造成的，且其排出方式主要由反应物气体依靠其自身速度挤压流道内的水排出。

现有的燃料电池为了避免“水淹”现象，采用提高向电堆内部输入反应物气体速率的方案，存在燃料电池系统成本高的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种双极板及燃料电池，以缓解现有技术中存在的燃料电池发生“水淹”现象的技术问题。

为了解决上述技术方案，本实用新型提供的技术方案在于：

第一方面，本实用新型提供的双极板包括双极板本体，所述双极板本体包括相对的氧气侧和氢气侧；

所述双极板本体的一端设有氧气进口和氢气出口，另一端设有氧气出口和氢气进口，所述氧气进口与所述氧气出口通过设于所述氧气侧的氧气流道连通，所述氢气进口与所述氢气出口通过设于所述氢气侧的氢气流道连通；

所述氧气流道包括依次相互连通的至少两个第一子流道，相邻的两个所述第一子流道，沿氧气流动方向，在后的所述第一子流道的横截面积大于在前的所述第一子流道的横截面积；

所述氢气流道包括依次相互连通的至少两个第二子流道，相邻的两个所述第二子流道，沿氢气流道方向，在后的所述第二子流道的横截面积小于在前的所述第二子流道的横截面积。

更进一步地，相邻的所述第一子流道之间设有第一过渡段；

所述第一过渡段的两端的横截面积分别和与之连通的两个所述第一子流道的横截面积相同，且所述第一过渡段的横截面积沿氧气流动方向逐渐变大。

更进一步地，所述氧气流道设置有多个，多个所述氧气流道并联，且两端均分别与所述氧气进口和所述氧气出口连通。

更进一步地，相邻的所述第二子流道之间设有第二过渡段；

所述第二过渡段的两端的横截面积分别和与之连通的两个所述第二子流道的横截面积相同，且所述第二过渡段的横截面积沿氢气流动方向逐渐变小。

更进一步地，所述氢气流道设置有多个，多个所述氢气流道并联，且两端均分别与所述氢气进口和所述氢气出口连通。

更进一步地，所述氢气流道的数量与所述氧气流道的数量相等。

更进一步地，沿所述双极板本体的宽度方向，所述氧气进口和所述氧气出口之间具有第一间距，所述氢气进口和所述氢气出口之间具有第二间距；

沿所述双极板本体的宽度方向，所述氢气出口位于所述氧气出口和所述氧气进口之间。

更进一步地，所述双极板本体设有所述氧气出口的一端还设有冷却液出口，设有所述氧气进口的一端还设有冷却液进口；

所述冷却液出口与所述冷却液进口通过设于双极板本体的中部的冷却液流道连通。

更进一步地，所述双极板本体包括阴极板和阳极板；

所述阴极板和所述阳极板贴合形成所述冷却液流道，且所述阴极板设有所述氧气侧，所述阳极板设有氢气侧。

第二方面，本实用新型提供的燃料电池包括如上述任一项所述的双极板。

综合上述技术方案，本实用新型所能实现的技术效果分析如下：

本实用新型提供的双极板包括双极板本体，双极板本体包括相对的氧气侧和氢气侧；双极板本体的一端设有氧气进口和氢气出口，另一端设有氧气出口和氢气进口，氧气进口与氧气出口通过设于氧气侧的氧气流道连通，氢气进口与氢气出口通过设于氢气侧的氢气流道连通；氧气流道包括依次相互连通的至少两个第一子流道，相邻的两个第一子流道，沿氧气流动方向，在后的第一子流道的横截面积大于在前的第一子流道的横截面积；氢气流道包括依次相互连通的至少两个第二子流道，相邻的两个第二子流道，沿氢气流道方向，在后的第二子流道的横截面积小于在前的第二子流道的横截面积。使用该双极板时，双极板本体竖直放置，且左右两侧分别为氧气侧和氢气侧；氧气的流动方向是指氧气自氧气进口流向氧气出口的方向；氧气流道沿氧气流动方向，相邻的两个第一子流道中在后的第一子流道的横截面积大于在前的第一子流道的横截面积，即氧气流道自靠近氧气进口的一端至靠近氧气出口的一端，第一子流道的横截面积依次分阶段变大，根据文丘里原理可知，流体流量不变的情况下，管径越大，流体流速越小，该氧气流道的结构使氧气自氧气进口到氧气出口的流动速率由高到低变化，增大反应物的接触时间。氢气的流动方向是指氢气自氢气进口流向氢气出口的方向；氢气流道沿氢气流动方向，相邻的两个第二子流道中在后的第二子流道的横截面积小于在前的第二子流道的横截面积，即氢气流道自靠近氢气进口的一端至靠近氢气出口的一端，第二子流道的横截面积依次分阶段变小，根据文丘里原理可知，流体流量不变的情况下，管径越大，流体流速越小，所以该氢气流道的结构使氢气自氢气进口到氢气出口的流动速率由低到高变化，利用氢气的流道速率变大将氢气流道内的水带出，使氢气流道内的水被清理干净。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的双极板的氧气侧的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的双极板的氧气流道的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的双极板的氢气侧的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的双极板的正视图。

图标：

100-双极板本体；110-氧气侧；111-氧气流道；112-第一子流道；113-第一过渡段；120-氢气侧；121-氢气流道；122-第二子流道；123-第二过渡段；131-氧气进口；132-氧气出口；133-第一间距；141-氢气进口；142-氢气出口；143-第二间距；151-冷却液出口；152-冷却液进口。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。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。

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定义和解释。

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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实用新型实施例提供的双极板包括双极板本体100，双极板本体100包括相对的氧气侧110和氢气侧120；双极板本体100的一端设有氧气进口131和氢气出口142，另一端设有氧气出口132和氢气进口141，氧气进口131与氧气出口132通过设于氧气侧110的氧气流道111连通，氢气进口141与氢气出口142通过设于氢气侧120的氢气流道121连通；氧气流道111包括依次相互连通的至少两个第一子流道112，相邻的两个第一子流道112，沿氧气流动方向，在后的第一子流道112的横截面积大于在前的第一子流道112的横截面积；氢气流道121包括依次相互连通的至少两个第二子流道122，相邻的两个第二子流道122，沿氢气流道121方向，在后的第二子流道122的横截面积小于在前的第二子流道122的横截面积。

具体地，“水淹”现象是指电堆反应物流道内存有大量水无法排出，导致反应物流道中反应物无法正常流通的现象。请参见图1至图4，双极板本体100设置为长方形，且氧气的流动方向是指氧气自氧气进口131流向氧气出口132的方向。更进一步地，沿双极板本体100的宽度方向，氧气进口131和氧气出口132之间具有第一间距133。因为在沿双极板本体100的宽度方向氧气进口131和氧气出口132之间具有第一间距133，所以可使双极板本体100摆放呈氧气进口131的位置高于氧气出口132的位置。因为电堆电化学反应生成的水主要来自氧气侧110，该双极板本体100的氧气进口131比氧气出口132高，在使用双极板时氧气流道111利用水的自身重力的作用，在氧气流道111内由高向低流向氧气出口132，进而避免“水淹”现象。

使用该双极板时，双极板本体100竖直放置，且左右两侧分别为氧气侧110和氢气侧120；氧气的流动方向是指氧气自氧气进口131流向氧气出口132的方向；氧气流道111沿氧气流动方向，相邻的两个第一子流道112中在后的第一子流道112的横截面积大于在前的第一子流道112的横截面积，即氧气流道111自靠近氧气进口131的一端至靠近氧气出口132的一端，第一子流道112的横截面积依次分阶段变大，根据文丘里原理可知，流体流量不变的情况下，管径越大，流体流速越小，该氧气流道111的结构使氧气自氧气进口131到氧气出口132的流动速率由高到低变化，增大反应物的接触时间。氢气的流动方向是指氢气自氢气进口141流向氢气出口142的方向；氢气流道121沿氢气流动方向，相邻的两个第二子流道122中在后的第二子流道122的横截面积小于在前的第二子流道122的横截面积，即氢气流道121自靠近氢气进口141的一端至靠近氢气出口142的一端，第二子流道122的横截面积依次分阶段变小，根据文丘里原理可知，流体流量不变的情况下，管径越大，流体流速越小，所以该氢气流道121的结构使氢气自氢气进口141到氢气出口142的流动速率由低到高变化，利用氢气的流道速率变大将氢气流道121内的水带出，使氢气流道121内的水被清理干净。

以下对双极板的结构和形状进行详细说明：

本实用新型实施例的可选方案中，相邻的第一子流道112之间设有第一过渡段113；第一过渡段113的两端的横截面积分别和与之连通的两个第一子流道112的横截面积相同，且第一过渡段113的横截面积沿氧气流动方向逐渐变大。

具体地，本实施例中，每个第一子流道112的截面均设置为半圆。更进一步地，请参见图1和图2，本实施例中，第一子流道112设置有三个，且三个第一子流道112之间通过第一过渡段113连通。

相邻的第一子流道112之间通过第一过渡段113连通，使流体在相邻的两个第一子流道112之间流速逐渐改变，减少流体对第一子流道112的内壁冲击力，进而避免氧气流道111被损坏。

本实用新型实施例的可选方案中，氧气流道111设置有多个，多个氧气流道111并联，且两端均分别与氧气进口131和氧气出口132连通。

具体地，本实施例中，每个氧气流道111的第一子流道112的数量相等，当然，不同位置的氧气流道111上的第一子流道112的数量不同，也应当在本实用新型实施例的保护范围之内。

氧气流道111设置有多个，形成双极板本体100的氧气流场。

本实用新型实施例的可选方案中，请参见图1、图3和图4，氧气出口132和氢气进口141沿双极板本体100的宽度方向间隔设置；氧气进口131和氢气出口142沿双极板本体100的宽度方向间隔设置。

具体地，氢气流道121和氧气流道111设置为直线形；当然，氢气流道121和氧气流道111设置为其他形状，例如蜿蜒形等，也应当在本实用新型实施例的保护范围之内。

氢气进口141和氢气出口142实现氢气可进入并排出双极板本体100，进而实现氢气与氧气的反应。

本实用新型实施例的可选方案中，氢气的流动方向是指氢气自氢气进口141流向氢气出口142的方向；相邻的第二子流道122之间设有第二过渡段123；第二过渡段123的两端的横截面积分别和与之连通的两个第二子流道122的横截面积相同，且第二过渡段123的横截面积沿氢气流动方向逐渐变小。

氢气流道121自靠近氢气进口141的一端至靠近氢气出口142的一端，第二子流道122的横截面积依次变小，根据文丘里原理可知，流体流量不变的情况下，管径越大，流体流速越小，所以该氢气流道121的结构使氢气自氢气进口141到氢气出口142的流动速率由低到高变化，利用氢气的流道速率变大将氢气流道121内的水带出，使氢气流道121内的水被清理干净。

本实用新型实施例的可选方案中，氢气流道121设置有多个，多个氢气流道121并联，且两端均分别与氢气进口141和氢气出口142连通。

具体地，氢气流道121的数量与氧气流道111的数量相等。

氢气流道121设置有多个，形成双极板本体100的氢气流场。

本实用新型实施例的可选方案中，沿双极板本体100的宽度方向，氢气进口141和氢气出口142之间具有第二间距143；沿双极板本体100的宽度方向，氢气进口141、氧气进口131、氢气出口142和氧气出口132依次间隔设置。

具体地，本实施例中，第二间距143大于第一间距133，当然第二间距143等于第一间距133的方案，也应当在本实用新型实施例的保护范围之内。

双极板本体100的氢气进口141比氢气出口142高，便于氢气的流动。

本实用新型实施例的可选方案中，双极板本体100设有氧气出口132的一端还设有冷却液出口151，设有氧气进口131的一端还设有冷却液进口152；冷却液出口151与冷却液进口152通过设于双极板本体100的中部的冷却液流道连通。

具体地，请参见图1、图3和图4，在双极板本体100的一端，沿双极板宽度方向，氧气进口131、冷却液进口152和氢气出口142依次间隔设置；在双极板本体100的另一端，沿双极板宽度方向，氢气进口141、冷却液出口151和氧气出口132依次间隔设置。

冷却液流道实现双极板本体100对冷却液的导流作用。

本实用新型实施例的可选方案中，双极板本体100包括阴极板和阳极板；阴极板和阳极板贴合形成冷却液流道，且阴极板设有氧气侧110，阳极板设有氢气侧120。

具体地，阴极板和阳极板粘接。

阴极板和阳极板贴合实现双极板本体100具有氧气侧110、氢气侧120和冷却液流道，进而实现质子交换膜为质子的快速传导提供通道并阻隔电子传导的作用。

实施例二

本实用新型实施例提供的燃料电池包括了实施例一中述及的双极板，因此也具备了实施例一中的一切有益效果，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种双极板，其特征在于，包括：双极板本体(100)，所述双极板本体(100)包括相对的氧气侧(110)和氢气侧(120)；

所述双极板本体(100)的一端设有氧气进口(131)和氢气出口(142)，另一端设有氧气出口(132)和氢气进口(141)，所述氧气进口(131)与所述氧气出口(132)通过设于所述氧气侧(110)的氧气流道(111)连通，所述氢气进口(141)与所述氢气出口(142)通过设于所述氢气侧(120)的氢气流道(121)连通；

所述氧气流道(111)包括依次相互连通的至少两个第一子流道(112)，相邻的两个所述第一子流道(112)，沿氧气流动方向，在后的所述第一子流道(112)的横截面积大于在前的所述第一子流道(112)的横截面积；

所述氢气流道(121)包括依次相互连通的至少两个第二子流道(122)，相邻的两个所述第二子流道(122)，沿氢气流道方向，在后的所述第二子流道(122)的横截面积小于在前的所述第二子流道(122)的横截面积。

2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，相邻的所述第一子流道(112)之间设有第一过渡段(113)；

所述第一过渡段(113)的两端的横截面积分别和与之连通的两个所述第一子流道(112)的横截面积相同，且所述第一过渡段(113)的横截面积沿氧气流动方向逐渐变大。

3.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述氧气流道(111)设置有多个，多个所述氧气流道(111)并联，且两端均分别与所述氧气进口(131)和所述氧气出口(132)连通。

4.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，相邻的所述第二子流道(122)之间设有第二过渡段(123)；

所述第二过渡段(123)的两端的横截面积分别和与之连通的两个所述第二子流道(122)的横截面积相同，且所述第二过渡段(123)的横截面积沿氢气流动方向逐渐变小。

5.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述氢气流道(121)设置有多个，多个所述氢气流道(121)并联，且两端均分别与所述氢气进口(141)和所述氢气出口(142)连通。

6.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述氢气流道(121)的数量与所述氧气流道(111)的数量相等。

7.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，沿所述双极板本体(100)的宽度方向，所述氧气进口(131)和所述氧气出口(132)之间具有第一间距(133)，所述氢气进口(141)和所述氢气出口(142)之间具有第二间距(143)，且所述氢气进口(141)、所述氧气进口(131)、所述氢气出口(142)和所述氧气出口(132)依次间隔设置。

8.根据权利要求1-7任一项所述的双极板，其特征在于，所述双极板本体(100)设有所述氧气出口(132)的一端还设有冷却液出口(151)，设有所述氧气进口(131)的一端还设有冷却液进口(152)；

所述冷却液出口(151)与所述冷却液进口(152)通过设于双极板本体(100)的中部的冷却液流道连通。

9.根据权利要求8所述的双极板，其特征在于，所述双极板本体(100)包括阴极板和阳极板；

所述阴极板和所述阳极板贴合形成所述冷却液流道，且所述阴极板设有所述氧气侧(110)，所述阳极板设有氢气侧(120)。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的双极板。