一種燃料電池雙極板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種燃料電池雙極板。
【背景技術(shù)】
[0002 ]質(zhì)子交換膜燃料電池具有室溫冷啟動(dòng)，轉(zhuǎn)換效率高，高體積比功率密度，產(chǎn)物零污染等優(yōu)點(diǎn)，因而成為當(dāng)今國(guó)際社會(huì)的研究熱點(diǎn)。它同一般的化學(xué)電源相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。它除了燃料電池堆本身以外，還包括一些輔助設(shè)備。燃料電池系統(tǒng)功率密度大小和電池轉(zhuǎn)換效率高低是評(píng)價(jià)燃料電池效能的兩個(gè)重要指標(biāo)，輔助設(shè)備的體積及能耗直接影響了燃料電池系統(tǒng)的整體的功率密度。同時(shí)也使燃料電池總體能量轉(zhuǎn)換效率降低。
[0003]目前，一個(gè)單電池一般能夠產(chǎn)生0.5-1V的電壓。為了獲得更高的燃料電池電壓，通常在所謂的燃料電池組中串聯(lián)很多單電池。為了經(jīng)濟(jì)，通常使一個(gè)燃料電池的陰極與對(duì)應(yīng)的燃料電池的陰極集成的方式設(shè)計(jì)燃料電池組。這可通過(guò)所謂的雙極板而實(shí)現(xiàn)。雙極板是PEMFC的核心部件，其設(shè)計(jì)成本在整個(gè)PEMFC成本中可占到60%?70%。雙極板的兩側(cè)加工有由流道構(gòu)成的流場(chǎng)，流場(chǎng)的主要功能是引導(dǎo)反應(yīng)氣均勻分配到電極各處，經(jīng)電極擴(kuò)散層達(dá)到催化層參與反應(yīng)。
[0004]在PEMFC中，電極各處均能獲得充足的反應(yīng)劑，及時(shí)把電池生成的水排出是保證燃料電池正常運(yùn)行的關(guān)鍵。如果反應(yīng)劑在電極各處分布不均勻，就會(huì)造成電極各處反應(yīng)不均勻，從而引起電流密度分布不均勻，導(dǎo)致電池局部過(guò)熱，降低電池性能并影響電池壽命，同樣，如果陰極生成的產(chǎn)物水不能及時(shí)排出，就會(huì)造成“水淹”電極的情況，從而會(huì)增大氣體擴(kuò)散阻力，形成濃差極化，影響電池性能。因此，在流場(chǎng)板的設(shè)計(jì)中，氣體進(jìn)出口和冷卻流體的設(shè)計(jì)非常重要，反應(yīng)氣體進(jìn)出口受堵，氣體不能順利到達(dá)電堆每片電極處，引起電流密度不均勻，電池性能下降，如果冷卻流體進(jìn)出口設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致冷卻流體進(jìn)口受阻或出口受堵，都會(huì)導(dǎo)致電極反應(yīng)中的產(chǎn)物水無(wú)法順利排出，致使電池局部受熱，影響電池電堆性能。
[0005]在質(zhì)子交換膜燃料電堆裝配時(shí)，雙極板在一定程度上不可避免地會(huì)受到裝夾力的影響，流體進(jìn)出口處很容易因?yàn)槭芰Σ痪鶆驅(qū)е逻M(jìn)出口被壓縮封閉，造成堵水堵氣的問(wèn)題，使得燃料電池電堆中單片電池燃料氣體、氧化劑氣體以及冷卻水流體供給不均，致使燃料電池電堆性能整體下降。具體如圖1所示，其為現(xiàn)有技術(shù)所示的雙極板，其包括第一極板1、第二極板2、歧管5、總管9及多個(gè)突起的導(dǎo)流槽10。第一極板1和第二極板2的邊緣處投影重合?？偣?是由第一極板1和第二極板2的邊緣處上下間隔所形成?？偣?與多個(gè)突起的導(dǎo)流槽10構(gòu)成區(qū)域4。流體自總管9流入至導(dǎo)流槽10內(nèi)部空間以及第一極板1和第二極板2之間的空隙內(nèi)。但是，當(dāng)雙極板受到裝夾力的影響時(shí)，總管9容易貼合在一起，從而導(dǎo)致進(jìn)出口被封閉。而且由于導(dǎo)流槽10為封閉結(jié)構(gòu)，流體也無(wú)法從導(dǎo)流槽10流入。
[0006]基于以上考慮，近年來(lái)，PEM燃料電池的大量研究和發(fā)展致力于燃料電池的具體物理設(shè)計(jì)，特別是雙極板的物理設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種不易堵水且能使氣體通暢供給燃料電池電堆的燃料電池雙極板雙極板。
[0008]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案為:
[0009]—種燃料電池雙極板，其包括第一極板和第二極板，所述第一極板為陽(yáng)極導(dǎo)氫氣流場(chǎng)板，所述第二極板為陰極導(dǎo)空氣流場(chǎng)板，所述第一極板和第二極板之間形成導(dǎo)冷卻流體夾層，所述第一極板的流體進(jìn)出口區(qū)域設(shè)置有多個(gè)緊鄰歧管的突起的導(dǎo)流槽，所述多個(gè)突起的導(dǎo)流槽間隔排布，每?jī)蓚€(gè)相鄰的導(dǎo)流槽之間構(gòu)成抗壓連接板，每個(gè)導(dǎo)流槽的一端設(shè)置成流體進(jìn)出口，每個(gè)導(dǎo)流槽的另一端設(shè)置為封閉端，流體自每個(gè)導(dǎo)流槽的流體進(jìn)出口流入以及自抗壓連接板與第二極板之間形成的空腔流入，所述多個(gè)導(dǎo)流槽的流體進(jìn)出口所界定的縱截面與流體流向垂直。
[0010]上述方案中，所述多個(gè)導(dǎo)流槽的流體進(jìn)出口所界定的縱截面的投影線與第二極板相應(yīng)位置的投影線相間隔。
[0011]上述方案中，每個(gè)導(dǎo)流槽的縱截面為矩形、三角形、梯形、半圓形或拋物線形。
[0012]上述方案中，所述第二極板上的與第一極板多個(gè)導(dǎo)流槽相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置為平面。
[0013]上述方案中，所述第二極板上的與第一極板多個(gè)導(dǎo)流槽相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置為與所述多個(gè)導(dǎo)流槽相對(duì)應(yīng)的突起或凹陷的導(dǎo)流槽。
[0014]上述方案中，所述第一極板和第二極板為高強(qiáng)石墨板、模壓石墨板、柔性石墨板或金屬板。
[0015]上述方案中，所述的流體包括燃料氣體，氧化劑氣體和冷卻流體。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0017]本發(fā)明提供的燃料電池雙極板結(jié)構(gòu)能夠有效的避免燃料電池在裝配的過(guò)程中受力不均所導(dǎo)致的流場(chǎng)板總管口封閉，從而導(dǎo)致的堵水賭氣的問(wèn)題，使燃料電池在運(yùn)行過(guò)程中能夠按照設(shè)定的氣體供給量給燃料電池提供氧化劑和燃料，保證供氣和供水的平衡，在很大程度上改善因氧化劑或燃料供給不及時(shí)而導(dǎo)致的燃料電池效率低的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中雙極板流體進(jìn)出口局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為實(shí)施例1中燃料電池雙極板的俯視示意圖。
[0020]圖3為圖1中區(qū)域Za局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖4為實(shí)施例2中燃料電池雙極板的仰視示意圖。
[0022]圖5為圖4中區(qū)域Zd局部結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例闡明本發(fā)明的內(nèi)容。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，不難看出本發(fā)明具有許多改進(jìn)和替代形式，只要不背離本發(fā)明的范圍和原理，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不受下列示例性實(shí)施方式的限制。
[0024]實(shí)施例1
[0025]如圖2和圖3所示，其為本實(shí)施例提供的一種燃料電池雙極板，其包括第一極板11、第二極板12及歧管15。第一極板11為陽(yáng)極導(dǎo)氫氣流場(chǎng)板，第二極板12為陰極導(dǎo)空氣流場(chǎng)板，第一極板11和第二極板12之間形成導(dǎo)冷卻流體夾層。第一極板11的流體進(jìn)出口區(qū)域設(shè)置有多個(gè)緊鄰歧管15的突起的導(dǎo)流槽20。第二極板12包括由總管17和總管18組成的區(qū)域13。多個(gè)突起的導(dǎo)流槽20間隔排布，每?jī)蓚€(gè)相鄰的導(dǎo)流槽20之間構(gòu)成抗壓連接板21，每個(gè)導(dǎo)流槽20的一端設(shè)置成流體進(jìn)出口 16，每個(gè)導(dǎo)流槽20的另一端設(shè)置為封閉端。流體自每個(gè)導(dǎo)流槽20的流體進(jìn)出口 16流入以及自抗壓連接板21與第二極板12之間形成的空腔流入。多個(gè)導(dǎo)流槽20的流體進(jìn)出口 16所界定的縱截面與流體流向垂直。
[0026]多個(gè)導(dǎo)流槽20的流體進(jìn)出口16所界定的縱截面的投影線與第二極板12相應(yīng)位置的投影線相間隔。在本實(shí)施例中，第二極板12相應(yīng)位置的投影線位于多個(gè)導(dǎo)流槽20的流體進(jìn)出口 16所界定的縱截面的投影線的左側(cè)，即遠(yuǎn)離流場(chǎng)板的一側(cè)。
[0027]每個(gè)導(dǎo)流槽20的縱截面為矩形、三角形、梯形、半圓形或拋物線形以及其它各種相類似的可以構(gòu)成支撐結(jié)構(gòu)的形狀。在本實(shí)施例中，每個(gè)導(dǎo)流槽20的縱截面為矩形。
[0028]在本實(shí)施例中，第二極板12上的與第一極板11多個(gè)導(dǎo)流槽20相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置為平面。可以理解的是，第二極板12上的與第一極板11多個(gè)導(dǎo)流槽20相對(duì)應(yīng)的位置還可以設(shè)置為與多個(gè)導(dǎo)流槽20相對(duì)應(yīng)的突起或凹陷的導(dǎo)流槽，配合構(gòu)成支撐結(jié)構(gòu)。
[0029]第一極板11和第二極板12可以為高強(qiáng)石墨板、模壓石墨板、柔性石墨板或金屬板。流體包括燃料氣體，氧化劑氣體和冷卻流體。
[0030]雙極板在受力時(shí)，由于多個(gè)抗壓連接板21的支撐作用，使得多個(gè)抗壓連接板21會(huì)先抵抗裝夾力的影響，即使多個(gè)抗壓連接板21在裝夾力的影響下貼合而造成進(jìn)出口封閉，但是由于導(dǎo)流槽20的一側(cè)設(shè)置有流體進(jìn)出口 16，流體也可以通過(guò)流體進(jìn)出口 16進(jìn)出，從而不會(huì)受到裝夾力的影響，使流體從流體進(jìn)出口 16順利出入流場(chǎng)板。
[0031]實(shí)施例2
[0032]如圖4和圖5所示，其為本實(shí)施例提供的一種燃料電池雙極板，其與實(shí)施例1大致相同，不同之處在于:第二極板12相應(yīng)位置的投影線位于多個(gè)導(dǎo)流槽20的流體進(jìn)出口 16所界定的縱截面的投影線的右側(cè)，即靠近流場(chǎng)板的一側(cè)。
[0033]這種有利于穩(wěn)態(tài)供氣供水的燃料電池雙極板的設(shè)計(jì)可有效降低燃料損失，避免堵水。提高燃料利用率，同時(shí)提高燃料電池效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燃料電池雙極板，其包括第一極板和第二極板，所述第一極板為陽(yáng)極導(dǎo)氫氣流場(chǎng)板，所述第二極板為陰極導(dǎo)空氣流場(chǎng)板，所述第一極板和第二極板之間形成導(dǎo)冷卻流體夾層，所述第一極板的流體進(jìn)出口區(qū)域設(shè)置有多個(gè)緊鄰歧管的突起的導(dǎo)流槽，其特征在于，所述多個(gè)突起的導(dǎo)流槽間隔排布，每?jī)蓚€(gè)相鄰的導(dǎo)流槽之間構(gòu)成抗壓連接板，每個(gè)導(dǎo)流槽的一端設(shè)置成流體進(jìn)出口，每個(gè)導(dǎo)流槽的另一端設(shè)置為封閉端，流體自每個(gè)導(dǎo)流槽的流體進(jìn)出口流入以及自抗壓連接板與第二極板之間形成的空腔流入，所述多個(gè)導(dǎo)流槽的流體進(jìn)出口所界定的縱截面與流體流向垂直。2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池雙極板，其特征在于，所述多個(gè)導(dǎo)流槽的流體進(jìn)出口所界定的縱截面的投影線與第二極板相應(yīng)位置的投影線相間隔。3.如權(quán)利要求1所述的燃料電池雙極板，其特征在于，每個(gè)導(dǎo)流槽的縱截面為矩形、三角形、梯形、半圓形或拋物線形。4.如權(quán)利要求1所述的燃料電池雙極板，其特征在于，所述第二極板上的與第一極板多個(gè)導(dǎo)流槽相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置為平面。5.如權(quán)利要求1所述的燃料電池雙極板，其特征在于，所述第二極板上的與第一極板多個(gè)導(dǎo)流槽相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置為與所述多個(gè)導(dǎo)流槽相對(duì)應(yīng)的突起或凹陷的導(dǎo)流槽。6.如權(quán)利要求1所述的燃料電池雙極板，其特征在于，所述第一極板和第二極板為高強(qiáng)石墨板、模壓石墨板、柔性石墨板或金屬板。7.如權(quán)利要求1所述的燃料電池雙極板，其特征在于，所述的流體包括燃料氣體，氧化劑氣體和冷卻流體。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種燃料電池雙極板，其包括第一極板和第二極板，第一極板為陽(yáng)極導(dǎo)氫氣流場(chǎng)板，第二極板為陰極導(dǎo)空氣流場(chǎng)板，第一極板和第二極板之間形成導(dǎo)冷卻流體夾層，第一極板的流體進(jìn)出口區(qū)域設(shè)置有多個(gè)緊鄰歧管的突起的導(dǎo)流槽，多個(gè)突起的導(dǎo)流槽間隔排布，每?jī)蓚€(gè)相鄰的導(dǎo)流槽之間構(gòu)成抗壓連接板，每個(gè)導(dǎo)流槽的一端設(shè)置成流體進(jìn)出口，每個(gè)導(dǎo)流槽的另一端設(shè)置為封閉端，流體自每個(gè)導(dǎo)流槽的流體進(jìn)出口流入以及自抗壓連接板與第二極板之間形成的空腔流入，多個(gè)導(dǎo)流槽的流體進(jìn)出口所界定的縱截面與流體流向垂直。本發(fā)明提供的燃料電池雙極板結(jié)構(gòu)能夠有效的避免燃料電池在裝配的過(guò)程中受力不均所導(dǎo)致的流場(chǎng)板總管口封閉，從而導(dǎo)致的堵水賭氣的問(wèn)題。
【IPC分類】H01M8/0267, H01M8/026
【公開(kāi)號(hào)】CN105489913
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510937806
【發(fā)明人】潘牧, 宛朝輝, 艾勇誠(chéng), 范衛(wèi)東, 周芬
【申請(qǐng)人】武漢理工新能源有限公司
【公開(kāi)日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年12月15日