阴极板、双极板、燃料电池电堆、动力总成和交通工具制造技术

本发明专利技术提供一种阴极板、双极板、燃料电池电堆、动力总成和交通工具，阴极板呈弧形，阴极板上设有阴极气体流场，阴极气体流场包括多个阴极气体分流道，阴极气体分流道位于阴极板的周壁上，阴极气体分流道包括第一进气口和第一出气口，多个第一进气口沿着阴极板的轴向布置，多个第一出气口沿着阴极板的轴向布置。阴极板上与阴极气体流场相对设置的一侧开设有第一冷却水流道。本发明专利技术燃料电池的阴极板能够增加反应气体传质能力同时又不显著增加流动阻力。

Cathode plate, bipolar plate, fuel cell stack, power assembly and vehicle

【技术实现步骤摘要】
阴极板、双极板、燃料电池电堆、动力总成和交通工具
本专利技术涉及燃料电池
，具体地说，是涉及一种燃料电池的阴极板和双极板、燃料电池堆、动力总成以及交通工具。
技术介绍
燃料电池是将“燃料气体”的化学能直接转化为直流电能的能量转换器。在当前能源和环境形势逐渐严峻的情况下，氢能作为一种优质、高效、洁净的能源材料逐步受到人们的关注。与此同时，燃料电池作为氢能利用的重要形式之一，也吸引了诸多科研和产业力量的倾注。以氢氧燃料电池为例，其产物是水和热。燃料电池内部包含的核心部件包括膜电极和极板。在工作过程中，膜电极应保持一定的含水量，以使得质子具有较小的传输阻力，同时又不能造成“水淹”，以免加速催化层的腐蚀、降低电池寿命。因此在燃料电池实际操作过程中，一方面要对反应气体进行加湿，从而避免反应气体把膜吹干，另一方面还要将反应生成水及时排出。此外，反应生成热还需要冷却系统及时带走。综上所述，水热管理是燃料电池应用中的一大挑战。膜电极的结构一般相对固定，因此，良好的水热管理过程主要体现在极板的结构设计上。燃料电池的阴阳两极反应气体的送入，均需要消耗泵功，这一部分泵功是燃料电池的寄生功率。在现有的燃料电池构型中，一般流通性较好的通道内，反应气体的传质能力较差，容易造成电极上的浓差极化；而通过增加反应气体通道几何复杂度(如增加扰流结构)增加传质能力的做法，显著增加了流动阻力，往往造成较大的流动压降，极有可能得不偿失，造成燃料电池净输出功率的下降。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种能够增加反应气体传质能力同时又不显著增加流动阻力的燃料电池的阴极板。本专利技术的第二目的是提供一种具有上述阴极板的双极板。本专利技术的第三目的是提供一种具有上述双极板的燃料电池电堆。本专利技术的第四目的是提供一种具有上述燃料电池的动力总成。本专利技术的第五目的是提供一种具有上述燃料电池的交通工具。为实现上述第一目的，本专利技术提供一种燃料电池的阴极板，阴极板呈弧形。阴极板上设有阴极气体流场，阴极气体流场包括多个阴极气体分流道，阴极气体分流道位于阴极板的周壁上，阴极气体分流道包括第一进气口和第一出气口，多个第一进气口沿着阴极板的轴向布置，多个第一出气口沿着阴极板的轴向布置。阴极板上与阴极气体流场相对设置的一侧开设有第一冷却水流道。一个优选的方案是，阴极板上设置有多个第一底壁和多个自第一底壁向外突出的第一间隔凸起，第一底壁与第一间隔凸起沿着阴极板的轴向间隔布置，第一底壁和两个第一间隔凸起围成阴极气体分流道。进一步的方案是，阴极板上还设置有多个第二底壁和多个自第二底壁向外突出的第二间隔凸起，第二底壁和两个第二间隔凸起围成第一冷却水流道。再进一步的方案是，第一间隔凸起与第二间隔凸起沿着阴极板的轴向间隔布置。一个优选的方案是，阴极气体分流道的延伸方向垂直于阴极板的轴向。一个优选的方案是，阴极气体分流道倾斜设置。一个优选的方案是，阴极板上还设有阴极气体入口，阴极气体入口位于阴极板的轴向的中部。为实现上述第二目的，本专利技术提供一种燃料电池的双极板，包括相贴合设置的阳极板和上述的燃料电池的阴极板。一个优选的方案是，阳极板呈弧形，阳极板与阴极板同轴设置，阳极板上设有阳极气体流场，阴极气体流场和阳极气体流场均位于阴极板和阳极板之间。一个优选的方案是，阳极气体流场包括多个阳极气体分流道，阳极气体分流道位于阳极板的周壁上，阳极气体分流道包括第二进气口和第二出气口，多个第二进气口沿着阳极板的周向布置，多个第二出气口沿着阳极板的周向布置。进一步的方案是，阳极气体分流道的延伸方向平行于阳极板的轴向。一个优选的方案是，阳极板上设置有多个第三底壁和多个自第三底壁向外突出的第三间隔凸起，第三底壁与第三间隔凸起沿着阳极板的轴向间隔布置，第三底壁和两个第三间隔凸起围成阳极气体分流道。进一步的方案是，阳极板上与阳极气体流场相对设置的一侧开设有第二冷却水流道，阳极板上还设置有多个第四底壁和多个自第四底壁向外突出的第四间隔凸起，第四底壁和两个第四间隔凸起围成第二冷却水流道。再进一步的方案是，第三间隔凸起与第四间隔凸起沿着阳极板的轴向间隔布置。一个优选的方案是，阳极板上还设有第一阳极气体入口和第一冷却水入口，第一阳极气体入口与阳极气体分流道连通，第一冷却水入口与第二冷却水流道连通，第一冷却水入口和第一阳极气体入口均位于双极板的同一轴向端。一个优选的方案是，阳极板上还设有第二阳极气体入口和第二冷却水入口，第二阳极气体入口与阳极气体分流道连通，第二冷却水入口与第二冷却水流道连通，第二冷却水入口和第二阳极气体入口分别位于双极板的两个轴向端。一个优选的方案是，阴极板和阳极板均由金属材料制成。为实现上述第三目的，本专利技术提供一种燃料电池电堆，该燃料电池电堆包括燃料电池，燃料电池包括膜电极和上述的双极板，膜电极位于阳极板与阴极板之间。一个优选的方案是，燃料电池的数量为多个，多个燃料电池堆叠，相邻两个燃料电池在燃料电池的径向上邻接且同轴设置。为实现上述第四目的，本专利技术提供一种动力总成，包括电连接的电机和上述的燃料电池电堆。为实现上述第五目的，本专利技术提供一种交通工具，包括上述的动力总成。本专利技术的有益效果是，在燃料电池工作过程中，为了提高排水性能，往往会设置较高的气体流动速度，本专利技术采用螺旋形流道结构，使得阴极气体流动具有较高的径向加速度，对膜电极产生冲刷作用，从而提高阴极气体分流道内反应气体通过扩散层向催化层传质的能力，提高燃料电池性能，同时避免气体循环泵功的显著增加。阳极气体分流道为直通型，其传质不受螺旋流动中离心力的影响。通常增强传质的手段是增加流道几何复杂度，这意味着较大流通阻力的增加。在平直流道中引入扰流结构，使得流动过程中形成了较多的漩涡结构，虽然强化了传质，但也显著增加了流动阻力，而本专利技术提供一种螺纹式的气体分流道，减小物质浓度场与速度场的夹角，强化传质，并且不增加流道内部的几何复杂度，没有扰流结构，尽管弧形流道相比于平直流道的流动阻力略大，流动阻力会有所增加，但是流通阻力增加并不显著，因此不会造成较大的流动压降。另外，由于反应生成水的在阴极板上出现，燃料电池整体上存在从阴极板到阳极板的水净迁移，这种螺旋式的结构也有利于强化阳极生成水的扩散程度，在适当的控制条件下，阳极气体或可免于加湿即可保证质子交换膜的润湿状态。由于阳极气体采用了沿竖直方向的流动路径，从而使得冷却水的流动路径中主要包含了规则的直通型流道，同时也包含了一定的螺旋形扰动，有效降低了冷却水流动阻力，同时避免冷却水的流动不均匀导致的传热能力不足。同时，现有的燃料电池的结构呈现扁平化的特征，扁平化的设计导致反应气体进口和冷却水的进口趋于在同一个平面甚至同侧布置，这严重影响了空间利用率，也容易造成燃料电池中工质流动的不均匀性。本专利技术的技术方案，使得燃料电池结构立体化，充分利用空间位置布置反应气体流道和冷却水流道，提高了流动均匀性。附图说明图1是本专利技术燃料电池第一实施例中双极板和膜电极的结构图。图2是本专利技术燃料电池第一实施例中双极板的结构图。图3是本专利技术燃料电池第一实施例中双极板和膜电极第一视角的结构分解图。图4是本专利技术燃料电池第一实施例中双极板和膜电极第二视角的结构分解图。图5是本专利技术燃料电池第二实施例中双极板和膜电极的结构图。图6是本专利技术燃料电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.燃料电池的阴极板，其特征在于：所述阴极板呈弧形；所述阴极板上设有阴极气体流场，所述阴极气体流场包括多个阴极气体分流道，所述阴极气体分流道位于所述阴极板的周壁上，所述阴极气体分流道包括第一进气口和第一出气口，多个所述第一进气口沿着所述阴极板的轴向布置，多个所述第一出气口沿着所述阴极板的轴向布置；所述阴极板上与所述阴极气体流场相对设置的一侧开设有第一冷却水流道。

【技术特征摘要】
1.燃料电池的阴极板，其特征在于：所述阴极板呈弧形；所述阴极板上设有阴极气体流场，所述阴极气体流场包括多个阴极气体分流道，所述阴极气体分流道位于所述阴极板的周壁上，所述阴极气体分流道包括第一进气口和第一出气口，多个所述第一进气口沿着所述阴极板的轴向布置，多个所述第一出气口沿着所述阴极板的轴向布置；所述阴极板上与所述阴极气体流场相对设置的一侧开设有第一冷却水流道。2.根据权利要求1所述的燃料电池的阴极板，其特征在于：所述阴极板上设置有多个第一底壁和多个自所述第一底壁向外突出的第一间隔凸起，所述第一底壁与所述第一间隔凸起沿着所述阴极板的轴向间隔布置，所述第一底壁和两个所述第一间隔凸起围成所述阴极气体分流道。3.根据权利要求2所述的燃料电池的阴极板，其特征在于：所述阴极板上还设置有多个第二底壁和多个自所述第二底壁向外突出的第二间隔凸起，所述第二底壁和两个所述第二间隔凸起围成所述第一冷却水流道。4.根据权利要求3所述的燃料电池的阴极板，其特征在于：所述第一间隔凸起与所述第二间隔凸起沿着所述阴极板的轴向间隔布置。5.根据权利要求1至4任一项所述的燃料电池的阴极板，其特征在于：所述阴极气体分流道的延伸方向垂直于所述阴极板的轴向。6.根据权利要求1至4任一项所述的燃料电池的阴极板，其特征在于：所述阴极气体分流道倾斜设置。7.根据权利要求1至4任一项所述的燃料电池的阴极板，其特征在于：所述阴极板上还设有阴极气体入口，所述阴极气体入口位于所述阴极板的轴向的中部。8.燃料电池的双极板，其特征在于，包括相贴合设置的阳极板和权利要求1至7任一项所述燃料电池的阴极板。9.根据权利要求8所述的燃料电池的双极板，其特征在于：所述阳极板呈弧形，所述阳极板与所述阴极板同轴设置，所述阳极板上设有阳极气体流场，所述阴极气体流场和所述阳极气体流场均位于所述阴极板和所述阳极板之间。10.根据权利要求9所述的燃料电池的双极板，其特征在于：所述阳极气体流场包括多个阳极气体分流道，所述阳极气体分流道位于所述阳极板的周壁上，所述阳极气体分流道包括第二进气口和第二出气口，多个所述第二进气口沿着所述阳极板的周向布置，多个所述第二出气口沿着所述阳极板的周向布置。11.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭建明，肖彪，张永，
申请(专利权)人：珠海格力电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44