燃料电池、以及用于燃料电池的极板和双极板组件制造技术

本申请公开了燃料电池、以及用于燃料电池的极板和双极板组件。该极板包括：基板，第一流场结构，位于基板的第一表面上，用于向膜电极组件供给第一反应物，贯穿基板的第一贯穿孔、第一连通孔以及第二贯穿孔；其中，第一贯穿孔邻近基板的第一侧边，第二贯穿孔邻近基板的第二侧边，第一反应物在基板的第二表面经第一导流结构流入第一连通孔，通过第一连通孔进入基板的第一表面，经第二导流结构进入第一流场结构，第一反应物流入第一流场结构需经过至少两级导流结构以减小湍流。阳极和阴极均采用在极板的背面进出气的方式，可减小气体湍动强度，提高分布均一性，提高电化学性能；同时，可提高气体在电池阴阳极板间的密封性，减小气体泄漏的风险。的风险。的风险。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池、以及用于燃料电池的极板和双极板组件


[0001]本专利技术涉及燃料电池，更具体地，涉及燃料电池、以及用于燃料电池的极板和双极板组件。

技术介绍

[0002]燃料电池是通过甲醇或氢等燃料在膜电极组件的催化剂层与氧化气体发生电化学反应，获取电能的发电装置。燃料电池包括电解质膜以及位于电解质膜两侧表面的催化剂层、扩散层以及阳极极板和阴极极板。
[0003]在燃料电池工作期间，燃料流体通过双极板的阳极流场的流道被传递到膜电极组件表面，在膜电极组件内部的传递过程为燃料流体通过扩散层扩散到阳极催化层，并在催化剂层催化剂的作用下，放出电子形成阳离子。电子从催化剂表面经由扩散层传递到双极板，再从双极板传递到外部电路，再从外部电路传送到阴极双极板，从阴极双极板传递到扩散层，从扩散层传送至阴极催化剂层；阳离子则经由电解质膜传递到阴极侧催化剂层。氧化气体在阴极催化剂层上与从阳极传递过来的电子结合形成形成阴离子，阴离子与经由电解质膜迁移过来的阳离子结合生成水，从而形成完整的电子回路和离子回路。电解质膜兼有离子通道和阻挡气体以及电子的作用。
[0004]燃料电池中的流体进入主流场反应区之前，湍动强度过大会增大其在流场内部传质的难度，造成流体在反应面的分布不均一，从而造成电池的电化学性能低。且燃料电池的极板对加工的精度要求比较高，而其加工流程又较为繁琐，从而造成了其加工效率及良品率比较低。
[0005]产业界期望有更好的解决方案，能进一步降低燃料电池反应物进入主反应区前的湍动程度，提高其在反应面的分布均匀性，并降低燃料电池的制造成本。

技术实现思路

[0006]鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供燃料电池、以及用于燃料电池的极板和双极板组件，其中，极板采用一种新型的进出气及分配方式，燃料气体及氧化气体均采用在极板的背面进出气的方式，此种方式可减小气体进入或流出流场前的湍动强度，降低传质难度，提高气体在反应面的分布均一性，从而提高电池的电化学性能；同时，可提高气体在电池阴极基板和阳极极板间的密封性，减小气体泄漏的风险。
[0007]根据本专利技术的第一方面，提供一种用于燃料电池的极板，其特征在于，包括：基板；至少一个第一流场结构，位于所述基板的第一表面上，用于向燃料电池的膜电极组件供给第一反应物；至少一个第一贯穿孔，邻近所述基板的第一侧边且贯穿所述基板，分别经由其侧壁在所述基板的第二表面上的横向开口与相应的第一导流结构的一端相连接；至少一个第一连通孔，与所述第一贯穿孔相对应且贯穿所述基板，所述第一连通孔在所基板的第二表面上与所述第一导流结构的另一端相连，所述第一连通孔在所述基板的第一表面上通过其侧壁上的横向开口经由第二导流结构与相应的第一流场结构相连接以流入或流出第一
反应物；以及至少一个第二贯穿孔，邻近所述基板的第二侧边且贯穿所述基板，分别通过其侧壁上的横向开口经由第三导流结构与相应的第一流场结构相连接以流出或流入第一反应物，所述第一侧边与所述第二侧边彼此相对；其中，所述第一反应物从所述第一贯穿孔流入所述第一流场结构或从所述第一流场结构流出需经过至少两级导流结构以减小所述第一流场结构中的湍流。
[0008]优选地，所述极板还包括：至少一个第二连通孔，与所述第二贯穿孔相对应且贯穿所述基板，所述第二连通孔在所述基板的第一表面上通过其侧壁上的横向开口经由所述第三导流结构与相应的第一流场结构相连接，所述第二连通孔在所述基板的第二表面上通过其侧壁上的横向开口经由第四导流结构与所述第二贯穿孔相连接。
[0009]优选地，所述至少一个第一贯穿孔的横向开口与所述至少一个第二贯穿孔中的相应第二贯穿孔的横向开口沿着所述第一侧边的方向彼此相对。
[0010]优选地，所述第一流场结构包括由多个脊彼此隔开的多个第一流道，所述多个第一流道从所述第一流场结构的入口侧延伸至所述第一流场结构的出口侧。
[0011]优选地，所述第一导流结构和所述第四导流结构位于所述基板的第二表面，所述第二导流结构和所述第三导流结构位于所述基板的第一表面；所述第一导流结构包括由多个第一侧壁彼此隔开的多个第一导流槽，所述多个第一导流槽并列排布，从相应的第一贯穿孔的横向开口延伸至所述第一连通孔；所述第二导流结构包括由多个第二侧壁彼此隔开的多个第二导流槽，所述多个第二导流槽呈放射状分布，从相应的第一连通孔的横向开口延伸至所述第一流场结构的入口侧；所述第三导流结构包括由多个第三侧壁彼此隔开的多个第三导流槽，所述多个第三导流槽呈放射状分布，从相应的第二连通孔的横向开口延伸至所述第一流场结构的出口侧；所述第四导流结构包括由多个第四侧壁彼此隔开的多个第四导流槽，所述多个第四导流槽并列排布，从相应的第二贯穿孔的横向开口延伸至所述第二连通孔。
[0012]优选地，所述第一流场结构的多个第一流道为直线形、曲线形、蛇形流道中的任意一种。
[0013]优选地，所述极板还包括：至少一个凹槽，所述凹槽位于所述基板的第一表面，所述凹槽与所述第二导流结构或所述第三导流结构并列设置且不与其连通，所述凹槽用于减轻所述极板的重量。
[0014]优选地，所述第二导流结构的第二导流槽和所述第三导流结构的第三导流槽的数量分别为3至9个。
[0015]优选地，所述极板还包括：至少一个第三贯穿孔，邻近所述基板的第一侧边且贯穿所述基板，用于流入第二反应物；至少一个第四贯穿孔，邻近所述基板的第二侧边且贯穿所述基板，用于流出第二反应物；至少一个第五贯穿孔，邻近所述基板的第一侧边且贯穿所述基板，用于流入冷却介质；以及至少一个第六贯穿孔，邻近所述基板的第二侧边且贯穿所述基板，用于流出冷却介质。
[0016]优选地，所述第一贯穿孔、所述至少一个第二贯穿孔、所述至少一个第三贯穿孔、所述至少一个第四贯穿孔、和所述至少一个第五贯穿孔按照第一贯穿孔、第五贯穿孔、第三贯穿孔的顺序在所述基板的第一侧边排列成行，所述至少一个第二贯穿孔、所述至少一个第四贯穿孔和所述至少一个第六贯穿孔按照第四贯穿孔、第六贯穿孔、第二贯穿孔的顺序
在所述基板的第二侧边排列成行。
[0017]优选地，所述第三贯穿孔的截面面积为所述第一贯穿孔的截面面积的1
‑
4倍，所述第三贯穿孔的截面面积为所述第五贯穿孔的截面面积的1.5
‑
5倍，所述第五贯穿孔的截面面积为所述第一贯穿孔的截面面积的1.5
‑
4倍。
[0018]优选地，所述极板还包括：至少一个冷却单元，所述至少一个冷却单元位于所述基板的第二表面上，与所述至少一个第五贯穿孔和所述至少一个第六贯穿孔相连接，用于向极板的第二表面供给冷却介质。
[0019]优选地，所述极板还包括：至少一个第一连通区，与所述第三贯穿孔相对应且位于所述基板的第二表面，所述第三贯穿孔通过其侧壁上的横向开口经由第五导流结构与相应的所述第一连通区相连接，所述第五导流结构包括由多个第五侧壁彼此隔开的多个第五导流槽，所述多个第五导流槽并列排布；至少一个第二连通区，与所述第四贯穿孔相对应且位于所述基板的第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池的极板，其特征在于，包括：基板；至少一个第一流场结构，位于所述基板的第一表面上，用于向燃料电池的膜电极组件供给第一反应物；至少一个第一贯穿孔，邻近所述基板的第一侧边且贯穿所述基板，分别经由其侧壁在所述基板的第二表面上的横向开口与相应的第一导流结构的一端相连接；至少一个第一连通孔，与所述第一贯穿孔相对应且贯穿所述基板，所述第一连通孔在所述基板的第二表面上与所述第一导流结构的另一端相连，所述第一连通孔在所述基板的第一表面上通过其侧壁上的横向开口经由第二导流结构与相应的第一流场结构相连接以流入或流出第一反应物；以及至少一个第二贯穿孔，邻近所述基板的第二侧边且贯穿所述基板，分别通过其侧壁上的横向开口经由第三导流结构与相应的第一流场结构相连接以流出或流入第一反应物，所述第一侧边与所述第二侧边彼此相对；其中，所述第一反应物从所述第一贯穿孔流入所述第一流场结构或从所述第一流场结构流出需经过至少两级导流结构以减小所述第一流场结构中的湍流。2.根据权利要求1所述的极板，其中，所述极板还包括：至少一个第二连通孔，与所述第二贯穿孔相对应且贯穿所述基板，所述第二连通孔在所述基板的第一表面上通过其侧壁上的横向开口经由所述第三导流结构与相应的第一流场结构相连接，所述第二连通孔在所述基板的第二表面上通过其侧壁上的横向开口经由第四导流结构与所述第二贯穿孔相连接。3.根据权利要求2所述的极板，其中，所述至少一个第一贯穿孔的横向开口与所述至少一个第二贯穿孔中的相应第二贯穿孔的横向开口沿着所述第一侧边的方向彼此相对。4.根据权利要求2所述的极板，其中，所述第一流场结构包括由多个脊彼此隔开的多个第一流道，所述多个第一流道从所述第一流场结构的入口侧延伸至所述第一流场结构的出口侧。5.根据权利要求4所述的极板，其中，所述第一导流结构和所述第四导流结构位于所述基板的第二表面，所述第二导流结构和所述第三导流结构位于所述基板的第一表面；所述第一导流结构包括由多个第一侧壁彼此隔开的多个第一导流槽，所述多个第一导流槽并列排布，从相应的第一贯穿孔的横向开口延伸至所述第一连通孔；所述第二导流结构包括由多个第二侧壁彼此隔开的多个第二导流槽，所述多个第二导流槽呈放射状分布，从相应的第一连通孔的横向开口延伸至所述第一流场结构的入口侧；所述第三导流结构包括由多个第三侧壁彼此隔开的多个第三导流槽，所述多个第三导流槽呈放射状分布，从相应的第二连通孔的横向开口延伸至所述第一流场结构的出口侧；所述第四导流结构包括由多个第四侧壁彼此隔开的多个第四导流槽，所述多个第四导流槽并列排布，从相应的第二贯穿孔的横向开口延伸至所述第二连通孔。6.根据权利要求4所述的极板，其中，所述第一流场结构的多个第一流道为直线形、曲线形、蛇形流道中的任意一种。7.根据权利要求5所述的极板，其中，所述极板还包括：至少一个凹槽，所述凹槽位于所述基板的第一表面，所述凹槽与所述第二导流结构或
所述第三导流结构并列设置且不与其连通，所述凹槽用于减轻所述极板的重量。8.根据权利要求5所述的极板，其中，所述第二导流结构的第二导流槽和所述第三导流结构的第三导流槽的数量分别为3至9个。9.根据权利要求5所述的极板，还包括：至少一个第三贯穿孔，邻近所述基板的第一侧边且贯穿所述基板，用于流入第二反应物；至少一个第四贯穿孔，邻近所述基板的第二侧边且贯穿所述基板，用于流出第二反应物；至少一个第五贯穿孔，邻近所述基板的第一侧边且贯穿所述基板，用于流入冷却介质；以及至少一个第六贯穿孔，邻近所述基板的第二侧边且贯穿所述基板，用于流出冷却介质。10.根据权利要求9所述的极板，其中，所述第一贯穿孔、所述至少一个第二贯穿孔、所述至少一个第三贯穿孔、所述至少一个第四贯穿孔、和所述至少一个第五贯穿孔按照第一贯穿孔、第五贯穿孔、第三贯穿孔的顺序在所述基板的第一侧边排列成行，所述至少一个第二贯穿孔、所述至少一个第四贯穿孔和所述至少一个第六贯穿孔按照第四贯穿孔、第六贯穿孔、第二贯穿孔的顺序在所述基板的第二侧边排列成行。11.根据权利要求9所述的极板，其中，所述第三贯...

【专利技术属性】
技术研发人员：方谋，孙敏敏，王志辉，
申请(专利权)人：北京朔景新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：