双极板及质子交换膜燃料电池制造技术

本发明专利技术公开了一种双极板及质子交换膜燃料电池，该双极板包括若干相互平行的流道，沿所述流道的延伸方向，所述流道包括多个呈曲线形状的流道单元，至少部分所述流道单元的曲线形状为最速降线形式，且每个所述流道单元的弯曲方向一致；其中，最速降线形式的流道单元对应的最速降线方程为：x＝r(θ

【技术实现步骤摘要】
双极板及质子交换膜燃料电池


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别是涉及一种双极板及质子交换膜燃料电池。

技术介绍

[0002]燃料电池作为一种新的高能量密度、高能量转化率、环保型的电源装置而受到全世界的广泛关注，质子交换膜燃料电池为其中一种。
[0003]质子交换膜燃料电池的核心部件之一为双极板，双极板具有流道，其功能是为电化学反应提供介质(包括空气和氢气)，并将反应过程中产生的水排出流道外。双极板的流道结构对燃料电池的发电性能影响较大。
[0004]常见双极板的流道形状多为直线型结构，或者波浪形结构，或者蛇形结构，排水能力不理想，影响燃料电池的发电性能和稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种双极板及质子交换膜燃料电池，该双极板通过对其流道形状进行改进，提升了排水能力，改善了燃料电池内部水热状态，提高了燃料电池的发电性能。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种双极板，包括若干相互平行的流道，沿所述流道的延伸方向，所述流道包括多个呈曲线形状的流道单元，至少部分所述流道单元的曲线形状为最速降线形式，且每个所述流道单元的弯曲方向一致。
[0007]本专利技术提供的双极板，沿着流道的延伸方向，流道包括多个流道单元，将其中至少部分流道单元的曲线形状设计为最速降线形式，如此，与现有的流道形状相比，液体在呈最速降线形式的流道单元内的流动速度比较快，特别是在双极板处于竖直状态放置时，在应用于质子交换膜燃料电池后，能够有效改善燃料电池内部的水热状态，排水能力提升，从而提高燃料电池的发电性能。
[0008]如上所述的双极板，每个所述流道单元的曲线形状都为最速降线形式。
[0009]将每个流道单元都设计为最速降线形式，能够更大程度地提高液体在流道内的流动速度，进一步提升燃料电池的排水能力和发电性能。
[0010]如上所述的双极板，各所述流道单元的中心线的最速降线方程的半径参数均一致。
[0011]如上所述的双极板，所述流道单元包括第一流道单元和第二流道单元；沿着所述流道的延伸方向，所述第一流道单元和所述第二流道单元交替排布；
[0012]所述第一流道单元的中心线的最速降线方程的半径参数为第一半径，所述第二流道单元的中心线的最速降线方程的半径参数为第二半径，所述第一半径与所述第二半径不同。
[0013]如上所述的双极板，沿所述流道的延伸方向，各所述流道单元的中心线的最速降线方程的半径参数逐渐增大，或者先增大后减小。
[0014]如上所述的双极板，所述半径参数的最大值为2mm，最小值为1mm。
[0015]如上所述的双极板，相邻两个所述流道单元的所述半径参数的差值为0.1mm。
[0016]如上所述的双极板，所述流道单元的中心线的最速降线方程的半径参数在0.1～10mm范围内选取，或者，所述流道单元的中心线的最速降线方程的半径参数为所述流道的宽度的0.1～10倍。
[0017]如上所述的双极板，各所述流道单元的中心线的最速降线方程的角度参数一致；或者，沿着所述流道的延伸方向，各所述流道单元的中心线的最速降线方程的角度参数逐渐增大，或者先增大后减小。
[0018]如上所述的双极板，所述流道单元的中心线的最速降线方程的角度参数的取值为90
‑△
θ度至90+
△
θ度，其中，
△
θ在45～90度范围内选取。
[0019]如上所述的双极板，所述双极板为金属或石墨或复合材料双极板；和/或，所述双极板的所述流道通过冲压成型或机加工成型或模压成型或注塑成型。
[0020]本专利技术还提供一种质子交换膜燃料电池，包括质子交换膜和设于所述质子交换膜两侧的双极板，所述双极板为上述任一项所述的双极板，所述双极板的板面处于非水平状态。
[0021]由于上述双极板具有上述技术效果，所以包括该双极板的质子交换膜燃料电池也具有相同的技术效果，此处不再重复论述。
附图说明
[0022]图1为最速降线示意图；
[0023]图2为本专利技术所提供第一实施例的双极板的结构示意图；
[0024]图3为第一实施例中双极板的平面示意图；
[0025]图4为本专利技术所提供第二实施例的双极板的结构示意图；
[0026]图5为第二实施例中双极板的平面示意图；
[0027]图6为本专利技术所提供第三实施例的双极板的结构示意图；
[0028]图7为第三实施例中双极板的平面示意图；
[0029]图8为普通流道的双极板与最速降线流道的双极板的液态水流速的对比示意图；
[0030]图9为普通流道的双极板与最速降线流道的双极板的排水时间的对比示意图。
[0031]附图标记说明：
[0032]双极板10；
[0033]流道11A，流道单元111A，第一过渡壁112A，第二过渡壁113A；
[0034]流道11B，第一流道单元111B，第二流道单元112B；
[0035]流道11C，流道单元一111C，流道单元二112C，流道单元三113C，流道单元四114C，流道单元五115C。
具体实施方式
[0036]为便于理解和描述简洁，下文结合双极板及具有该双极板的质子交换膜燃料电池一并说明，有益效果部分不再重复论述。
[0037]质子交换膜燃料电池包括质子交换膜和设于质子交换膜两侧的双极板，双极板上
设有流道结构，具有为电化学反应提供介质，并将反应过程中产生的水排出流道外的功能，双极板流道结构的设置与燃料电池的发电性能相关。
[0038]本文重点对双极板的流道做了改进，双极板包括若干相互平行的流道，对于一个双极板来说，其上设置的流道的数目与其实际应用需求和设计相关，此处不做限定，即前述若干是指数量不确定，可以为一个或两个或三个或更多个。沿着流道的延伸方向，可将流道分为多个呈曲线形状的流道单元，各流道单元的弯曲方向一致，即各流道单元的都朝一个方向凸出或者凹陷，在这些流道单元中，至少有部分流道单元(比如只一个或几个流道的至少部分流道单元，或者每个流道的至少部分流道单元)的曲线形状为最速降线形式，可以简单理解为这些流道单元的中心线符合最速降线方程。
[0039]最速降线也称摆线或者圆滚线，可理解为一个圆在一条直线上做纯滚动时，圆周上的一个点所形成的轨迹，可参考图1理解，最速降线方程可用下述公式描述：
[0040]x＝r(θ
‑
sinθ)
[0041]y＝r(1
‑
cosθ)
[0042]其中，r为该圆的半径，θ为这个圆滚过的角度，可以理解最速降线的具体形状与半径参数r和角度参数θ相关。
[0043]最速降线的物理意义在于在同一铅直线上的两个点A、B，在所有连接A和B的平面曲线中，仅受重力作用且初速度为零的质点从A点到B点沿这条曲线运动时所需时间最短。基于此，将双极板的流道的至少部分流道单元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.双极板，包括若干相互平行的流道，其特征在于，沿所述流道的延伸方向，所述流道包括多个呈曲线形状的流道单元，至少部分所述流道单元的曲线形状为最速降线形式，且每个所述流道单元的弯曲方向一致；其中，最速降线形式的流道单元对应的最速降线方程为：x＝r(θ
‑
sinθ)，y＝r(1
‑
cosθ)，r为圆的半径，θ为圆滚过的角度。2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，每个所述流道单元的曲线形状都为最速降线形式。3.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于，各所述流道单元的中心线的最速降线方程的半径参数均一致。4.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于，所述流道单元包括第一流道单元和第二流道单元；沿着所述流道的延伸方向，所述第一流道单元和所述第二流道单元交替排布；所述第一流道单元的中心线的最速降线方程的半径参数为第一半径，所述第二流道单元的中心线的最速降线方程的半径参数为第二半径，所述第一半径与所述第二半径不同。5.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于，沿所述流道的延伸方向，各所述流道单元的中心线的最速降线方程的半径参数逐渐增大，或者先增大后减小。6.根据权利要求5所述的双极板，其特征在于，所述半径参数的最大值为2mm，最小值为1mm。7.根据权利要求6所述的双极板，其特征在于，相...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨曦，汪瑶，周嘉珣，刘丽芳，顾欣，侯中军，石伟玉，
申请(专利权)人：上海捷氢科技有限公司，
类型：发明
国别省市：