CN2484648Y - 一种燃料电池的导流极板 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种燃料电池的导流极板,包括可导入氢气或氧化剂或冷却流体的石墨板,该石墨板的表面设有导流槽,该导流槽的首尾端设有导流孔,所述的导流槽在近导流孔的位置设有一横向凹槽,还包括一封桥,该封桥设在所述的凹槽内。与现有技术相比,本实用新型的导流槽不会因电池组的密封挤压而堵塞,同时,也避免了导流孔入口处流体抄近路窜进其他流体导流槽的情况发生。

Description

一种燃料电池的导流极板
本实用新型涉及一种燃料电池的导流极板。
电化学燃料电池是一种能够将氢燃料及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学反应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。
在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。
在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。
在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达：
阳极反应：
阴极反应：
在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导电极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导电极板可以是金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导电极板上的导流孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流极板与阴极氧化剂的导流极板。这些导流极板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流极板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。
为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。
一个典型电池组通常包括：(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或由甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组后进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。
一般的极板导流场中氧化剂如空气、燃料氢气以及冷却流体如水，分别从各自流体通道进入或流出导流场，都是直接从导流孔流入或流出，导流槽与导流孔直接相连，这种设计有以下缺点：
1)、当膜电极两边流体压力不平衡，或在电池组的巨大紧固压力下，膜电极在流体入口处或膜电极边缘的延伸材料在流体入口处，由于挤压而导致挤入入口处导流槽中，严重时会堵塞导流槽。
2)、一般情况下，入口处的密封很重要，否则入口流体会抄近路，不按导流槽通道走，窜进其他流体槽，导致电池运行时部分区域失效。
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可防止导流孔附近的导流槽堵塞以及导流槽内的流体掺混的燃料电池的导流极板。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池的导流极板，包括可导入氢气或氧化剂或冷却流体的石墨板，该石墨板的表面设有导流槽，该导流槽的首尾端设有导流孔，所述的导流槽与导流孔相通，其特点是，还包括一封桥，该封桥为一四方体块状物，所述的导流槽在近导流孔的位置设有一横向凹槽，所述的封桥设在该凹槽内，该封桥横跨近导流孔的各导流槽，该封桥的上表面与石墨板的表面平齐。
还包括至少一监控孔，该监控孔设在所述的石墨板的端面。
所述的石墨板上设有冷却水孔。
所述的石墨板上设有定位连接孔。
所述的封桥采用不锈钢片或钛合金片或钢性塑料片。
本实用新型由于采用了以上技术方案，即在导流孔附近的导流槽上加设了一封桥，因此，使导流孔附近的导流槽不会因电池组的密封挤压而堵塞，同时，也避免了导流孔入口处流体抄近路窜进其他流体槽而导致电池部分区域失效。此外，本实用新型还可在石墨板对角端部设置可放置监控探头的监控孔，以随时监控燃料电池的运行状况。
下面结合附图及具体实施例，对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1的仰视图；
图4为图1中A-A的剖视图。
如图所示，一种燃料电池的导流极板，包括可导入氢气或氧化剂或冷却流体的石墨板1，该石墨板1的表面设有导流槽2、冷却水孔3、定位连接孔4，所述的导流槽2的首尾端设有导流孔5，该导流孔5与导流槽2相通；还包括一封桥6，该封桥6为一四方体块状物，它采用不锈钢316片制作，所述的导流槽2在近导流孔5的位置设有一横向凹槽7，所述的封桥6设在该凹槽7内，该封桥6横跨近导流孔5的各导流槽2，该封桥6的上表面与石墨板1的表面平齐；还包括二个可放置监控探头(图未示)的监控孔8，该监控孔8设在所述的石墨板1的两个相对的端面，通过设在该监控孔8内的监控探头可以对各单电池的电压进行监控，以确保燃料电池安全有效地运行。

Claims (5)

1.一种燃料电池的导流极板，包括可导入氢气或氧化剂或冷却流体的石墨板，该石墨板的表面设有导流槽，该导流槽的首尾端设有导流孔，所述的导流槽与导流孔相通，其特征在于，还包括一封桥，该封桥为一四方体块状物，所述的导流槽在近导流孔的位置设有一横向凹槽，所述的封桥设在该凹槽内，该封桥横跨近导流孔的各导流槽，该封桥的上表面与石墨板的表面平齐。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池的导流极板，其特征在于，还包括至少一监控孔，该监控孔设在所述的石墨板的端面。
3.根据权利要求1或2所述的一种燃料电池的导流极板，其特征在于，所述的石墨板上设有冷却水孔。
4.根据权利要求3所述的一种燃料电池的导流极板，其特征在于，所述的石墨板上设有定位连接孔。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池的导流极板，其特征在于，所述的封桥采用不锈钢片或钛合金片或钢性塑料片。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN1303716C (zh) * 2002-04-26 2007-03-07 上海神力科技有限公司 一种可实现输出电压数倍增加的燃料电池
CN100464455C (zh) * 2004-04-07 2009-02-25 上海神力科技有限公司 一种带有电压监控检测槽孔的燃料电池导流极板
CN102332586A (zh) * 2011-10-12 2012-01-25 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种水中动力用半燃料电池
CN101689673B (zh) * 2007-07-10 2013-03-13 精工电子有限公司 燃料电池

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