CN221176273U - 极板、单电池组件及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种极板、单电池组件及燃料电池，极板包括分配区和活化区，分配区的远离活化区的一端，且靠近极板的第一长边设置有歧管口，分配区包括多个与歧管口连通的树枝流道，多个树枝流道沿极板的宽度方向分布；沿流体的流通方向，树枝流道包括相互连通的主流道和多个分流道，靠近第一长边的主流道中分流道的数量多于远离第一长边的树枝流道中分流道的数量。通过本方案，可以解决现有技术中燃料电池在怠速和大电流密度下的气体分配不均匀所致的燃料电池的发电功率低、效率差的问题。

Description

极板、单电池组件及燃料电池

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、单电池组件及燃料电池。

背景技术

燃料电池通常包括相互堆叠的极板和膜电极，其中，膜电极两侧的极板分别被定义为阳极板和阴极板。沿流体的流通方向，极板通常包括活化区和两个分配区，两个分配区分别位于活化区的两端。膜电极通常包括边框区和反应区，边框区与分配区对应设置，反应区与活化区对应设置。

现有技术中，分配区通常设置为点针状流道结构，流体在分配区的各个流道之间分布的均匀性较差，导致燃料电池的发电功率较低、效率差。

实用新型内容

本实用新型提供一种极板、单电池组件及燃料电池，以解决现有技术中燃料电池在怠速和大电流密度下的气体分配不均匀所致的燃料电池的发电功率低、效率差的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种极板，极板包括分配区和活化区，分配区的远离活化区的一端，且靠近极板的第一长边设置有歧管口，分配区包括多个与歧管口连通的树枝流道，多个树枝流道沿极板的宽度方向分布；沿流体的流通方向，树枝流道包括相互连通的主流道和多个分流道，靠近第一长边的主流道中分流道的数量多于远离第一长边的树枝流道中分流道的数量。

进一步地，每个主流道对应的分流道的数量为1至5个。

进一步地，分流道包括直流道、弯折流道和变径流道中的至少一种。

进一步地，活化区包括多个沿极板的宽度方向间隔设置的流通通道，分流道与流通通道一一对应连通。

进一步地，多个分流道与流通通道的连通处沿极板的宽度方向等间距间隔分布。

进一步地，流通通道为直线型流道，且流通通道的延伸方向与极板的延伸方向相同。

进一步地，多个主流道沿极板的宽度方向倾斜设置，且主流道的远离歧管口的一端朝向极板的第二长边倾斜。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种单电池组件，单电池组件包括：极板，极板为上述的极板，极板设置有两个；膜电极组件，设置在两个极板之间，膜电极组件包括内外排布设置的反应区和边框区，反应区至少覆盖极板的活化区和分配区设置，边框区的外轮廓与极板的外轮廓相适配。

进一步地，极板包括阳极板和阴极板，阳极板上的树枝流道的数量少于阴极板上的树枝流道的数量。

根据本实用新型的一个方面，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，歧管口设置在分配区的远离活化区的一端，且靠近极板的第一长边；分配区中的多个树枝流道中，靠近第一长边的树枝流道中分流道的数量多于远离第一长边的树枝流道中分流道的数量。流体由歧管口流入至分配区，由于歧管口靠近极板的第一长边设置，多个树枝流道的主流道中，靠近第一长边的主流道中流体的流速较大，远离第一长边的主流道中流体的流速较小。上述设置，使得分配区的流道对流体进行强制分配，具体地，靠近第一长边的主流道对应数量更多的分流道以实现对流体的分流效果，远离第一长边的主流道对应数量更少的分流道，最终使得各个分流道内流体的流速尽可能地保持一致，使得该部分的流体能够参与燃料电池的发电，提升燃料电池的功率。并且上述设置也提升了流体流入至活化区后的流速的一致性，有效解决了燃料电池在怠速和大电流密度下的气体分配不均匀的问题。

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阳极板的结构示意图；

图2示出了图1中的A处的局部结构示意图；

图3示出了本实用新型提供的阴极板的结构示意图；

图4示出了图3中的B处的局部结构示意图；

图5示出了其中一个极板与膜电极组件配合的爆炸结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、分配区；101、导流流道；

20、活化区；21、流通通道；

30、歧管口；

40、树枝流道；

41、主流道；42、分流道；

50、膜电极组件；

51、边框区；52、反应区；

01、第一长边；02、第二长边。

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至图4所示，本实用新型实施例提供一种极板，极板包括相对设置的第一长边01和第二长边02，第一长边01和第二长边02分别位于极板长度方向的两侧。极板包括分配区10和活化区20，分配区10和活化区20均位于第一长边01和第二长边02之间。分配区10的远离活化区20的一端，且靠近极板的第一长边01设置有歧管口30，分配区10包括多个与歧管口30连通的树枝流道40，多个树枝流道40沿极板的宽度方向分布。沿流体的流通方向，树枝流道40包括沿流体的流通方向顺次设置的主流道41和多个分流道42，靠近第一长边01的树枝流道40中分流道42的数量多于远离第一长边01的树枝流道40中分流道42的数量。

应用本实用新型的技术方案，歧管口30设置在分配区10的远离活化区20的一端，且靠近极的第一长边01；分配区10中的多个树枝流道40中，靠近第一长边01的树枝流道40中分流道42的数量多于远离第一长边01的树枝流道40中分流道42的数量。流体由歧管口30流入至分配区10，由于歧管口30靠近极板的第一长边01设置，多个树枝流道40的主流道41中，靠近第一长边01的主流道41中流体的流速较大，远离第一长边01的主流道41中流体的流速较小。上述设置，使得分配区10的流道对流体进行强制分配，具体地，靠近第一长边01的主流道41对应数量更多的分流道42以实现对流体的分流效果，远离第一长边01的主流道41对应数量更少的分流道42，最终使得各个分流道42内流体的流速尽可能地保持一致，使得该部分的流体能够参与燃料电池的发电，提升燃料电池的功率。并且上述设置也提升了流体流入至活化区20后的流速的一致性，有效解决了燃料电池在怠速和大电流密度下的气体分配不均匀的问题。

本方案中，分配区10还包括导流流道101，导流流道101和歧管口30均位于多个树枝流道40的同一侧，导流流道101和歧管口30沿极板的宽度方向分布，即导流流道101相对于歧管口30靠近极板的第二长边02设置。部分树枝流道40的主流道41对应歧管口30设置；部分树枝流道40的主流道41对应导流流道101设置，并通过导流流道101与歧管口30连通。靠近歧管口30所在位置的主流道41对应的分流道42的数量多于靠近导流流道101所在位置的主流道41对应的分流道42的数量。

本方案中，每个主流道41对应的分流道42的数量为1至5个。具体可根据分配区10的压降的均一性进行设计。

本方案对相邻的两个主流道41对应的分流道42的数量可相等也可不等。当相邻的两个主流道41对应的分流道42的数量不同时，相邻的两个主流道41对应的分流道42的数量的差值可为1或2。

本方案对分流道42的具体形式不做限定。其中，分流道42可设置为直流道、弯折流道和变径流道中的至少一种。具体根据分配区10的压降的均一性进行搭配设计。如此设置，能够保证流体在不同分流道42之间分配的均匀性，更大限度地利用了分配区10的使用面积，进一步提升了燃料电池的发电功率。

本方案中，活化区20包括多个沿极板的宽度方向间隔设置的流通通道21。本方案对分流道42与流通通道21的对应方式不做限定。其中，分流道42的数量与流通通道21的数量可不同也可相同。分流道42的远离主流道41的一端也可与流通通道21在极板的宽度方向错位分布。

本实施例中，分流道42与流通通道21的数量相同，且分流道42与流通通道21一一对应连通。如此设置，能够保证分流道42内的流体流入至流通通道21内的顺畅性，且保证各个流通通道21内的流体速度的一致性，进一步提升燃料电池的发电功率。

进一步地，多个分流道42的与流通通道21的连通处沿极板的宽度方向等间距间隔分布。如此设置，能够进一步提升多个分流道42内的流体流通至活化区20内的均一性，进一步提升燃料电池的发电功率。

本实施例中，多个流通通道21沿极板的宽度方向等间距间隔分布。如此设置，能够进一步提升活化区20内流体流通的一致性。

本方案对流通通道21的具体形式不做限定。分流道42的远离主流道41的一端的形状与流通通道21的形状相同即可。

本实施例中，流通通道21设置为直线型流道，且流通通道21的延伸方向与极板的延伸方向相同。分流道42的与流通通道21连通的一端也为直线型流道，且分流道42的与流通通道21连通的一端的延伸方向与极板的延伸方向相同。

本方案中，多个主流道41沿极板的宽度方向倾斜设置，且主流道41的远离歧管口30的一端朝向极板的第二长边02倾斜。如此设置，使得多个主流道41为放射状，便于实现多个分流道42的排布。

如图1至图5所示，本实用新型实施例二提供了一种单电池组件，单电池组件包括极板和膜电极组件50。极板为上述实施例一的极板，极板设置有两个；膜电极组件50设置在两个极板之间，膜电极组件50包括内外排布的反应区52和边框区51，反应区52至少覆盖极板的活化区20和分配区10，边框区51的外轮廓与极板的外轮廓相适配。上述设置，使得膜电极组件50的反应区52可对应极板的活化区20和分配区10设置，与传统技术中的膜电极组件的反应区只对应极板的活化区相比，本方案的设置，提升了单电池组件的发电面积，提升了单电池组件的发电功率。

具体地，极板包括阳极板和阴极板，阳极板上的树枝流道40的数量少于阴极板上的树枝流道40的数量。

氢气和氧气进入至燃料电池的动力源不同，通常情况下，空气压缩机的动力较大，氢气循环泵的动力较小，从而导致阴阳极板的压降有所区别。另外，一般情况下，阳极通入的氢气会全部参与反应，浓度的极化损失较小，敏感性弱，压降小；而阴极一般会通入空气，实际情况中只有空气中的氧气参与反应，氧气含量占空气的21％左右，因此，阴极的浓度极化损失大，敏感性强，对电化学的影响较大，压降大。综上，阴极板的分配区10和阳极板的活化区20的宽度相同的条件下，阴极板的树枝流道40的数量多于阳极板上的树枝流道40的数量，即阴极板上的流道设计需要更加的精细化，分配区10内的流道的数量更多。

进一步地，阴极板上的供空气流通的歧管口30和阳极板上供氢气流通的歧管口30沿单电池组件的宽度方向错位设置。如此设置，使得阴极板上的分配区10内的各个流道与阳极板上的分配区内的各个流道相互交错，提升了氧气和氢气的反应效果，提升了燃料电池的发电效率。

本实用新型实施例三提供了一种燃料电池，其包括实施二的单电池组件。

本实用新型实施例四提供了一种燃料电池，其包括阴极板、阳极板和膜电极组件50，其中，阴极板和阳极板均为实施例一的极板，阳极板上的树枝流道40的数量少于阴极板上的树枝流道40的数量。阴极板、阳极板和膜电极组件50均设置有多个，阴极板、膜电极组件50和阳极板依次堆叠设置。阴极板上的供空气流通的歧管口30和阳极板上供氢气流通的歧管口30沿极板的宽度方向错位设置。膜电极组件50包括由内至外排布的反应区52和边框区51，反应区52至少覆盖极板的活化区20和分配区10设置，边框区51的外轮廓与极板的外轮廓相适配。

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，所述极板包括分配区(10)和活化区(20)，所述分配区(10)远离所述活化区(20)的一端，且靠近所述极板的第一长边(01)设置有歧管口(30)，所述分配区(10)包括多个与所述歧管口(30)连通的树枝流道(40)，多个所述树枝流道(40)沿所述极板的宽度方向分布；沿流体的流通方向，所述树枝流道(40)包括相连通的主流道(41)和多个分流道(42)，靠近所述第一长边(01)的所述树枝流道(40)中所述分流道(42)的数量多于远离所述第一长边(01)的所述树枝流道(40)中所述分流道(42)的数量。

2.根据权利要求1所述的极板，其特征在于，每个所述主流道(41)对应的所述分流道(42)的数量为1至5个。

3.根据权利要求1所述的极板，其特征在于，所述分流道(42)包括直流道、弯折流道和变径流道中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的极板，其特征在于，所述活化区(20)包括多个沿所述极板的宽度方向间隔设置的流通通道(21)，所述分流道(42)与所述流通通道(21)一一对应连通。

5.根据权利要求4所述的极板，其特征在于，多个所述分流道(42)与所述流通通道(21)的连通处沿所述极板的宽度方向等间距间隔分布。

6.根据权利要求5所述的极板，其特征在于，所述流通通道(21)为直线型流道，且所述流通通道(21)的延伸方向与所述极板的延伸方向相同。

7.根据权利要求1所述的极板，其特征在于，多个所述主流道(41)沿所述极板的宽度方向倾斜设置，且所述主流道(41)的远离所述歧管口(30)的一端朝向所述极板的第二长边(02)倾斜。

8.一种单电池组件，其特征在于，所述单电池组件包括：

极板，所述极板为权利要求1至7中任意一项所述的极板，所述极板设置有两个；

膜电极组件(50)，设置在两个所述极板之间，所述膜电极组件(50)包括内外排布设置的反应区(52)和边框区(51)，所述反应区(52)至少覆盖所述极板的活化区(20)和分配区(10)，所述边框区(51)的外轮廓与所述极板的外轮廓相适配。

9.根据权利要求8所述的单电池组件，其特征在于，所述极板包括阳极板和阴极板，所述阳极板上的树枝流道(40)的数量少于所述阴极板上的树枝流道(40)的数量。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括权利要求1至7中任意一项所述的极板。