一种储热控温型双极板制造技术

本发明专利技术公开一种储热控温型双极板，包括板本体、外壳、外壳包覆形成的空腔，外壳包覆形成的空腔内填充有所述的相变材料，通过选用具有合适的物性的相变材料吸收过热区域的热量，将双极板温度控制在合理范围并均匀双极板温度；解决了反应物浓度分布不均引起的局部过热问题，并将反应产生的多余热量通过内翅片迅速通入相变材料中储存，这部分热量进一步向外界传递或作为电池再启动的热量以降低再启动时间。

A heat storage and temperature control bipolar plate

【技术实现步骤摘要】
一种储热控温型双极板
本专利技术涉及电化学反应装置领域，尤其涉及一种储热控温型双极板。
技术介绍
温室效应、环境污染是当代工业社会发展带来的系列问题，化石能源的利用在未来将进一步受到限制，发展清洁、高效、可靠的能源绿色利用方式是促进工业转型升级的必由之路。在新能源及其技术中，电化学反应装置因其将化学能以电化学反应的方式转化为电能过程无污染的特点，得到了关注。电化学反应装置中本质发生的是氧化还原反应，在催化剂的作用下持续可控的向外输出电能。电化学反应装置主要包括以燃料电池为代表的电化学供能装置，和以液流电池为代表的电化学储能装置。燃料电池是一种将化学能向电能直接转换的高效清洁无污染的电化学反应器，其具有热力效率高、低排放甚至零排放等特点，并可模块化组装，是能源领域研究的热点。液流电池可进行充放电操作，通过各自循环的正负极电解质溶液的价态变化实现充放电，是一种容量高、使用范围广、使用寿命长的电化学储能装置。作为电化学反应装置，燃料电池和液流电池在工作原理和装置结构上相似。两者的主要部件均包括双极板这一重要组件，双极板在电池中主要起集流、支撑作用。双极板上的流场分配流体到反应活性面积上，直接影响了反应活性面积上的化学反应速率进而影响电池的整体性能。受催化剂分布不均、反应物分布不均、流场结构固有的缺陷等的影响，电池上不可避免的出现温度不均匀的情况，甚至出现局部过热现象。电化学反应装置的热管理是影响其性能好坏的一大关键。现有技术中，只能依靠外部外加结构对电化学反应装置进行热管理操作，而没有从双极板内部结构提出新的设计。此外，电化学反应装置所转化的化学能部分的以热能的形式向外耗散，降低了整体的能量利用率。这部分热量具有难以利用及影响电池性能的双重特性，因此，有必要对这部分热量进行合理处置。因此，本领域的技术人员致力于开发一种储热控温型双极板。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种储热控温型双极板，解决电化学反应装置局部过热的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种储热控温型双极板，包括板本体、外壳和外壳包覆形成的空腔；所述的外壳构成板本体的外层骨架，外壳向上凸起形成空心的肋板，两个肋板之间形成下凹的流道，流道和肋板在板本体上间隔分布，所述空腔内分布有与外壳相连并均匀分布的内翅片，所述空腔内填充相变材料。进一步，所述空心肋板内部和板本体上下表面均设置有内翅片。进一步，所述板本体上下表面设置的内翅片与板本体垂直设置，空心肋板两侧内壁上的内翅片倾斜设置。进一步，所述内翅片为薄片状，厚度为0.1-0.3mm。进一步，所述的流道与肋板高度和宽度相同。进一步，所述外壳和内翅片采用铜、铝或合金材料制成。进一步，所述空腔内填充的相变材料熔点为50-80℃。进一步，所述相变材料为石蜡。本专利技术具有以下技术效果：1.本专利技术针对燃料电池中存在的温度分布不均、局部过热问题，采用相变材料填充在双极板内部，通过选用具有合适的物性的相变材料吸收过热区域的热量，将双极板温度控制在合理范围并均匀双极板温度；解决了反应物浓度分布不均引起的局部过热问题，并将反应产生的多余热量通过内翅片迅速通入相变材料中储存，这部分热量进一步向外界传递或作为电池再启动的热量以降低再启动时间。2.本专利技术通过在双极板内部设置导热内翅片，有效解决相变材料导热性差的问题，强化热量向相变材料中传递和储存的过程。3.本专利技术结构简单可以通过采用3D打印技术打印得到，降低所述带有温度调控功能的双极板的制造工艺难度。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例的双极板示意图；图2是含有本专利技术的燃料电池示意图；图中：1、板本体；2、外壳；3、空腔；4、肋板；5、流道；6、内翅片；7、相变材料；8、膜电极。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细描述，但不作为对本专利技术的限定。在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本专利技术并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。如图1所示，本专利技术的储热控温型双极板，包括板本体1、外壳2、外壳包覆形成的空腔3、肋板4、流道5、内翅片6、相变材料7，外壳2构成板本体1的外层骨架，流道5与肋板4高度与宽度相同且间隔排列在板本体1上，内翅片6与外壳2相连并分布在外壳包覆形成的空腔3内，外壳包覆形成的空腔3内填充有相变材料7。薄片状的内翅片6厚度为0.1-0.3mm，在外壳2内部均匀排列，所述内翅片6包括分布在肋板4内部的倾斜的内翅片与分布于双极板上下表面并与之垂直的内翅片；外壳2和内翅片6采用相同的材料，在本实施例中采用具有高导热系数的铜、铝或合金材料。外壳包覆形成的空腔3内填充的相变材料7相变潜热大、化学性质稳定、熔点在50-80℃，在本实施例中为石蜡。通过在计算机中绘制好本专利技术所提供的双极板结构图纸，输入到3D打印机中逐层打印制作，制成所述的燃料电池温控双极板。如图2所示，燃料电池反应物经外部管路分别进入燃料电池阳极及阴极，并经由双极板上的流道向膜电极方向传质；阴阳极反应物分别在位于膜电极8上的阴阳极催化层发生电池半反应，反应过程伴随着热量的释放；膜电极8上生成的热量向外传导，流经具有高导热系数的外壳2时，热量储存在所述外壳包覆形成的空腔3内填充的相变材料7中；所述内翅片6因其高导热特性，强化了储热过程。燃料电池有合适的工作温度，如质子交换膜燃料电池的高效工作温度区间为70-90℃。当燃料电池在工作-停止-再启动的过程时，相变材料内部储存的热量向膜电极释放，使燃料电池能快速启动并达到额定工作状态。最后应该说明的是：以上实施例仅用于说明本专利技术的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本专利技术进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本专利技术的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本专利技术精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储热控温型双极板，其特征在于，包括板本体(1)、外壳(2)和外壳包覆形成的空腔(3)；/n所述的外壳(2)构成板本体(1)的外层骨架，外壳(2)向上凸起形成空心的肋板(4)，两个肋板(4)之间形成下凹的流道(5)，流道(5)和肋板(4)在板本体(1)上间隔分布，所述空腔(3)内分布有与外壳(2)相连并均匀分布的内翅片(6)，所述空腔(3)内填充相变材料(7)。/n

【技术特征摘要】
1.一种储热控温型双极板，其特征在于，包括板本体(1)、外壳(2)和外壳包覆形成的空腔(3)；
所述的外壳(2)构成板本体(1)的外层骨架，外壳(2)向上凸起形成空心的肋板(4)，两个肋板(4)之间形成下凹的流道(5)，流道(5)和肋板(4)在板本体(1)上间隔分布，所述空腔(3)内分布有与外壳(2)相连并均匀分布的内翅片(6)，所述空腔(3)内填充相变材料(7)。


2.如权利要求1所述的一种储热控温型双极板，其特征在于，所述空心肋板(4)内部和板本体(1)上下表面均设置有内翅片。


3.如权利要求2所述的一种储热控温型双极板，其特征在于，所述板本体(1)上下表面设置的内翅片(6)与板本体(1)垂直设置，空心肋板(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李印实，邓世培，谢超，
申请(专利权)人：西安交通大学深圳研究院，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：广东;44