CN221125992U - 一种氢燃料电池双极板以及氢燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种氢燃料电池双极板以及氢燃料电池，氢燃料电池双极板包括双极板本体，所述双极板本体上固定设有数列平行间隔的流道脊，每一列所述流道脊包括数个相互间隔、呈线状排布的条形单元，所述条形单元包括其长度方向上的一个中间段和两个头端，所述条形单元的两侧边缘呈波浪状弯曲，以使所述中间段相比所述头端更为细瘦。本实用新型能够有效改善双极板和质子交换膜连接过程中流道脊高度差所致的流道堵塞问题，且能够使气流与膜电极接触面积增加，提升了发电效率，还可使氢气和氧气在双极板流道内均匀分布，能够提高燃料利用率，并且可以使电流密度分布更加均匀，极大地改善电池性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种氢燃料电池的双极板。
背景技术
质子交换膜氢燃料电池的机械结构是由一系列的双极板所支撑的，作为产生电流的采集端，双极板也进而组成了氢气和氧气(空气)流道的外壁，且可作为水和过量气体的排出通道。通常的，双极板材质为金属、石墨或石墨与树脂复合。
现有技术中通常将双极板中的气体流道设计为平行直道、交指式、蛇形或螺旋式结构等，但当前常见的流道中，传统平行直道存在着水积累，即水淹的缺陷。蛇形和螺旋式常被用于更高的气压条件下，可适当减少气体通道中液态水的积聚。交指式设计进一步迫使气体流经气体扩散层，可清除气体扩散层中由于反应产生的水或是最初浸润膜层的水。
但现有技术中具有如下未能克服的难题：双极板和质子交换膜连接过程中流道脊高度差所致的流道堵塞，以及气体进入后的高低压差所导致的氢气损耗，由此常出现燃料电池单电池电压过低的情况。
实用新型内容
因此，针对上述问题，本实用新型提出一种结构优化的氢燃料电池双极板基于该氢燃料电池双极板，还提出具有该氢燃料电池双极板的氢燃料电池。
本实用新型采用如下技术方案实现：
本实用新型提出一种氢燃料电池双极板，包括双极板本体，所述双极板本体上固定凸设设有数列平行间隔的流道脊，每一列所述流道脊包括数个相互间隔、呈线状排布的条形单元，所述条形单元包括其长度方向上的一个中间段和两个头端，所述条形单元的两侧边缘呈波浪状弯曲，以使所述中间段相比所述头端更为细瘦。
其中，优选地，任意相邻的两列所述流道脊呈错位布置，以使得相邻的两列所述流道脊中其中一列流道脊的所述条形单元的中间段正对于其中另一列流道脊的条形单元的头端，从而在错位布置的相邻的两列所述流道脊之间构成“S”型波浪状延伸的气体通道。
其中，优选地，所述头端是逐渐缩小的形状，从而一列所述流道脊中相邻的两个条形单元在两个相对的头端之间形成口径由大变小再由小变大的拉瓦尔通道。
其中，优选地，所述条形单元的凸起顶面为平面。
其中，优选地，所述条形单元是厚度均匀的凸起结构。
其中，优选地，所述双极板为石墨材质或金属材质。
其中，优选地，所述双极板本体上还设有氢气进口、氢气出口、空气进口、空气出口、冷却剂进口和冷却剂出口，所述氢气进口、空气进口和冷却剂出口设于所述双极板本体的其中一端，所述氢气出口、空气出口和冷却剂进口设于所述双极板本体的其中另一端，所述氢气进口和氢气出口相对于双极板本体的几何中心呈中心对称设置，所述空气进口和空气出口相对于双极板本体的几何中心呈中心对称设置，所述冷却剂进口和冷却剂出口相对于双极板本体的几何中心呈中心对称设置。
基于上述的氢燃料电池双极板，本实用新型还提出一种氢燃料电池，包括如上所述的氢燃料电池双极板。
本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型能够有效改善双极板和质子交换膜连接过程中流道脊高度差所致的流道堵塞问题。
2、本实用新型两列流道脊之间形成“S”形流道，相应延长了气体流道的长度，使气流与膜电极接触面积增加，提升了发电效率。
3、本实用新型可使氢气和氧气在双极板流道内均匀分布，能够提高燃料利用率，并且可以使电流密度分布更加均匀，极大地改善电池性能。
附图说明
图1是实施例1中氢燃料电池双极板的示意图；
图2是实施例1中两列相邻的流道脊的部分示意图。
附图标记：1.双极板本体；2.流道脊；20.条形单元；21.中间段；22.头端；3.总气体流道；31.第一气体通道；32.第二气体通道；4.氢气进口；5.冷却液出口；6.空气进口；7.空气出口；8.冷却液进口；9.氢气出口。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
实施例1：
参阅图1所示，作为本实用新型的优选实施例，提供一种氢燃料电池双极板，包括双极板本体1，所述双极板本体1上固定设有数列平行间隔的流道脊2，每一列流道脊2包括数个相互间隔、呈线状排布的条形单元20，如图2所示，条形单元20包括其长度方向上的一个中间段21和两个头端22，条形单元20的两侧边缘呈波浪状弯曲，以使中间段21相比头端22更为细瘦。本实施例通过如上设置，将条形单元20设置为中间细、两头粗且边缘为弧形形状的宝瓶型结构，因此相邻的流道脊2的总气体通道3变为弯曲的，延长了总气体通道3的长度，使气流与膜电极接触面积增加，提升了发电效率，有利于吹扫流道脊2两侧的积水，可以有效改善双极板和质子交换膜连接过程中流道脊高度差所致的流道堵塞问题。
本实施例中，任意相邻的两列流道脊2呈错位布置，以使得相邻的两列流道脊2中其中一列流道脊2的条形单元20的中间段21正对于其中另一列流道脊2的条形单元20的头端22，从而在错位布置的相邻的两列流道脊2之间构成“S”型波浪状延伸的第一气体通道31，这种结构能够更进一步延长使总气体通道3的长度。
本实施例中，头端22是逐渐缩小的形状，从而一列流道脊2中相邻的两个条形单元20在两个相对的头端22之间形成口径由大变小再由小变大的第二气体通道32，第二气体通道32结构上为一种拉瓦尔通道，能够起到加快气体流速的效果。并且更重要的是，作为其中一个气体支路的“S”型的第一气体通道31的口径是基本不变的，而作为其中另一个气体支路的第二气体通道32的口径是改变的，第一气体通道31和第二气体通道32中的气流速度不一致，产生压力差，促进气体由高压区向低压区扩散，使氢气和氧气在双极板流道内数次重新均匀分布，提高燃料利用率，缓解质子交换膜和双极板接触过程中流道脊高度差所致的氢燃料电池单电池电压过低的状况。
本实施例中，条形单元20的凸起顶面为平面，能够保证条形单元20与膜电极良好的支撑和接触，提高导电率的同时，防止膜电极被流道脊2挤压变形。更进一步的，条形单元20是厚度均匀的凸起结构，能进一步增大接触面，且有利于条形单元20的制造。
本实施例中，双极板本体1为石墨材质或金属材质制成。双极板本体1上还设有氢气进口4、氢气出口9、空气进口6、空气出口7、冷却剂进口8和冷却剂出口5，氢气进口4、空气进口6和冷却剂出口5设于双极板本体1的其中一端，氢气出口9、空气出口7和冷却剂进口8设于双极板本体1的其中另一端，氢气进口4和氢气出口9相对于双极板本体1的几何中心呈中心对称设置，空气进口6和空气出口7相对于双极板本体1的几何中心呈中心对称设置，冷却剂进口8和冷却剂出口5相对于双极板本体1的几何中心呈中心对称设置。如此设置在尽可能缩短流道布设长度的前提下，还可将流道布满整个阳极板的侧部，以便于增加膜电极与气体的接触面积，进而提升燃料电池的工作性能。
实施例2：
本实施例提供一种氢燃料电池，包括实施例1中的氢燃料电池双极板，并具有相同结构的同等技术效果。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出的各种变化，均落入本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种氢燃料电池双极板，包括双极板本体，其特征在于：所述双极板本体上固定设有数列平行间隔的流道脊，每一列所述流道脊包括数个相互间隔、呈线状排布的条形单元，所述条形单元包括其长度方向上的一个中间段和两个头端，所述条形单元的两侧边缘呈波浪状弯曲，以使所述中间段相比所述头端更为细瘦。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池双极板，其特征在于：任意相邻的两列所述流道脊呈错位布置，以使得相邻的两列所述流道脊中其中一列流道脊的条形单元的中间段正对于其中另一列流道脊的条形单元的头端，从而在错位布置的相邻的两列所述流道脊之间构成“S”型波浪状延伸的气体通道。
3.根据权利要求1或2所述的氢燃料电池双极板，其特征在于：所述头端是逐渐缩小的形状，从而一列所述流道脊中相邻的两个条形单元在两个相对的头端之间形成口径由大变小再由小变大的拉瓦尔通道。
4.根据权利要求1所述的氢燃料电池双极板，其特征在于：所述条形单元的凸起顶面为平面。
5.根据权利要求4所述的氢燃料电池双极板，其特征在于：所述条形单元是厚度均匀的凸起结构。
6.根据权利要求1所述的氢燃料电池双极板，其特征在于：所述双极板为石墨材质或金属材质。
7.根据权利要求1所述的氢燃料电池双极板，其特征在于：所述双极板本体上还设有氢气进口、氢气出口、空气进口、空气出口、冷却剂进口和冷却剂出口，所述氢气进口、空气进口和冷却剂出口设于所述双极板本体的其中一端，所述氢气出口、空气出口和冷却剂进口设于所述双极板本体的其中另一端，所述氢气进口和氢气出口相对于双极板本体的几何中心呈中心对称设置，所述空气进口和空气出口相对于双极板本体的几何中心呈中心对称设置，所述冷却剂进口和冷却剂出口相对于双极板本体的几何中心呈中心对称设置。
8.氢燃料电池，包括双极板，其特征在于：所述双极板为权利要求1-7任一所述的氢燃料电池双极板。
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