阴极板、电池单体及电堆制造技术

本申请提供一种阴极板、电池单体及电堆，阴极板包括板体，所述板体设有对应于所述电池单体的电化学反应区的活性区域，在所述活性区域上，所述板体形成有多个并行设置的脊；相邻的两个所述脊之间限定出沟槽，用于供参与电化学反应的气体流动；每一所述脊包括多个峰部、多个谷部和多个过渡部，相邻的峰部和谷部之间通过过渡部连接；所述板体在每一所述沟槽内均形成有凸出所述沟槽的底槽壁的凸出部，所述凸出部对应所述谷部设置；其中，在对应于同一谷部的位置处，相邻的两个沟槽中仅有一个设有所述凸出部。本申请旨在提供一种能提高氧化气体扩散能力的阴极板。扩散能力的阴极板。扩散能力的阴极板。

【技术实现步骤摘要】
阴极板、电池单体及电堆


[0001]本申请涉及电池
，具体涉及一种阴极板、电池单体及电堆。

技术介绍

[0002]燃料电池的类型有多种。质子交换膜燃料电池是一种以氢气为最佳燃料，以电化学反应的方式，将燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的高效能量转换发电装置。它不经过热机过程，不受卡诺循环的限制，实际能量转换效率高达50％至80％。质子交换膜燃料电池，是继碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池之后发展起来的第五代燃料电池。其具有无污染、启动快、寿命长、比功率和比能量高、工作温度低等优点，被公认为最有可能替代内燃机成为新能源汽车的理想动力源，能开发为各种便携式电源和分布式独立电源，市场极为广泛。
[0003]质子交换膜(Proton Exchange Membrane，简称PEM)燃料电池单体主要包括膜电极组件(Membrane Electrode Assemblies，简称MEA组件)和两个极板。MEA组件由质子交换膜、气体扩散层、催化层组成，是燃料电池产生电能的核心部件。MEA组件两侧是阴极板和阳极板。阳极板上的导流孔和流场给MEA组件一侧提供氢燃料。阴极板上的导流孔和流场给MEA组件另一侧提供空气作为氧化剂。在阳极，氢经催化反应产生质子(氢离子)和电子，质子透过质子交换膜迁移到阴极，而电子通过极板引出至外电路，电子流过外电路到达阴极。在阴极，空气中的氧经催化反应得到电子形成负离子，与迁移过来的质子反应生成水。在整个电化学反应过程中，极板引出的电流正是燃料电池的发电结果。r/>[0004]多个燃料电池单体根据需要串联，组成不同功率的燃料电池组(电堆)。在燃料电池组中，极板叠加串联。在组堆的工艺中，通常有两种。第一种是先将两个极板焊接为双极板结构，按照双极板(阴极侧)
‑
膜电极
‑
双极板(阳极侧)交替的方式依次堆叠形成电堆。第二种是先按照阴极板
‑
膜电极
‑
阳极板进行压装形成单电池，再将单电池进行堆叠形成电堆。
[0005]然而，现有技术，氧化气体容易过槽流动而扩散至气体扩散层的能力有限，导致功率密度相对较低。而且，由于流道脊部对气体扩散层有压缩作用；气体扩散层被压缩后，质地更佳致密，因而气体很难渗透进入气体扩散层被压缩的区域，导致反应速率不足，也会导致功率密度的降低。

技术实现思路

[0006]本申请提供一种阴极板、电池单体及电堆，旨在解决现有技术中氧化气体在阴极侧的扩散能力有限的技术不足。
[0007]本申请提出一种阴极板，用于电池单体，包括板体，所述板体设有对应于所述电池单体的电化学反应区的活性区域，在所述活性区域上，所述板体形成有多个并行设置的脊；
[0008]相邻的两个所述脊之间限定出沟槽，用于供参与电化学反应的气体流动；
[0009]每一所述脊包括多个峰部、多个谷部和多个过渡部，相邻的峰部和谷部之间通过
过渡部连接；
[0010]所述板体在每一所述沟槽内均形成有凸出所述沟槽的底槽壁的凸出部，所述凸出部对应所述谷部设置，且所述凸出部未凸出所述脊；其中，在对应于同一谷部的位置处，相邻的两个沟槽中仅有一个设有所述凸出部。
[0011]可选地，每一所述凸出部均具有迎风面和顶面；所述迎风面自对应的沟槽的底槽壁延伸至所述顶面；其中，所述迎风面与对应的沟槽的底槽壁倾斜设置，且两者的夹角
ɑ
为钝角；其中，所述顶面与所述沟槽的底槽壁在所述板体厚度方向上的间距为H2；所述沟槽的槽深为H1；所述槽深H1大于所述间距H2。
[0012]可选地，所述夹角
ɑ
与所述槽深H1呈负相关设置。
[0013]可选地，所述沟槽具有在所述板体长度方向上相对设置的入口端和出口端；其中，在同一沟槽内，所述顶面与该沟槽的底槽壁的间距在所述入口端到所述出口端的方向上依次增大或者呈阶梯式增大。
[0014]可选地，所述板体具有高度方向；在所述高度方向上沿同一列的所述凸出部中，所述凸出部的顶面与对应的沟槽的底槽壁的间距在所述高度方向上从上至下依次变大或者呈阶梯式增大。
[0015]可选地，所述过渡部包括前侧过渡部，所述前侧过渡部位于对应的谷部在气流方向上的前侧，且所述前侧过渡部与对应的谷部相交且彼此倾斜，并限定出前侧交接处；其中，每一所述凸出部的迎风面均位于各自对应的所述前侧交接处在气流方向上的前侧。
[0016]可选地，所述谷部具有用于限定所述沟槽的侧槽壁的第一侧面，所述过渡部具有用于限定所述沟槽的侧槽壁的第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面相交；其中，其中，所述第一侧面和所述第二侧面的切平面形成的二面角为钝角，所述二面角在所述前侧过渡部从所述峰部延伸至所述谷部的方向上先减小到最小值后再增大。
[0017]可选地，同一所述沟槽内，在其对应的相邻的两个谷部的位置处仅有一处设有所述凸出部。
[0018]可选地，所述凸出部冲压形成；和/或所述凸出部的长度与同一脊上的相邻的两个谷部之间的间距的比值为1：6至1：3。
[0019]本申请还提出一种电池单体，包括：
[0020]阳极板；
[0021]膜电极组件；以及
[0022]如前所述的阴极板，所述阳极板和所述阴极板分别贴合在所述膜电极组件的相对两侧。
[0023]本申请还提出一种电堆，包括多个如前所述的电池单体；其中，两个相邻的电池单体中的一个电池单体的阴极板与另一电池单体的阳极板之间形成用于冷却液流通的流道。
[0024]本申请的技术方案中，在所述活性区域上，所述板体形成有多个并行设置的脊。相邻的两个所述脊之间限定出沟槽。气体在气体引导区域的引导下进入到每一个沟槽内，进而气体进入到活性区域内并进行扩散，以在电化学反应区内参与电化学反应。根据脊的形态，每一脊包括多个峰部、多个谷部和多个过渡部，每一个脊的峰部和谷部在高度方向上错落排列，并且通过两者之间的过渡部连接。在使用过程中，每一个脊的峰部在高度方向(重力方向)上位于谷部的上侧；也即每一个脊的峰部相比较于谷部位于更高处。如此，气体在
沟槽内的行程相比较于笔直的沟槽而言具有更长的流动距离，有利于空气或者氧气在电化学反应区内的充分扩散。所述板体在每一所述沟槽内均形成有凸出所述沟槽的底槽壁的凸出部；凸出部的设置使得空气或氧气在此处由于流动截面变小，而形成局部高压，为其向低压区流动提供有利条件，可以迫使空气或氧气朝向低压区流动，有利于空气或氧气的扩散。所述凸出部对应所述谷部设置，有凸出部的位置气体压力较高，而相邻槽部没有凸出部的位置压力较低，因此气体从压力较高的位置向压力较低的位置流动，就需要翻过脊部，由此气体就更容易进入气体扩散层中。并且，此时气体翻越脊部是经过了气体扩散层被脊部压缩的区域，可以提高压缩区域的气体扩散效果，提升极板整体性能。。在对应于同一谷部的位置处，相邻的两个沟槽中仅有一个设有所述凸出部，有利于空气或氧气由于凸出部的设置而在相邻的沟槽中对应的谷部形成仅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阴极板，用于电池单体，包括板体，所述板体设有对应于所述电池单体的电化学反应区的活性区域，其特征在于，在所述活性区域上，所述板体形成有多个并行设置的脊；相邻的两个所述脊之间限定出沟槽，用于供参与电化学反应的气体流动；每一所述脊包括多个峰部、多个谷部和多个过渡部，相邻的峰部和谷部之间通过过渡部连接；所述板体在每一所述沟槽内均形成有凸出所述沟槽的底槽壁的凸出部，所述凸出部对应所述谷部设置；其中，在同一所述沟槽内，在其对应的相邻的两个谷部的位置处仅有一处设有所述凸出部，在对应于同一谷部的位置处，相邻的两个沟槽中仅有一个设有所述凸出部。2.如权利要求1所述的阴极板，其特征在于，每一所述凸出部均具有迎风面和顶面；所述迎风面自对应的沟槽的底槽壁延伸至所述顶面；其中，所述迎风面与对应的沟槽的底槽壁倾斜设置，且两者的夹角
ɑ
为钝角；其中，所述顶面与所述沟槽的底槽壁在所述板体厚度方向上的间距为H2；所述沟槽的槽深为H1；所述槽深H1大于或等于所述间距H2。3.如权利要求2所述的阴极板，其特征在于，所述夹角
ɑ
与所述槽深H1呈负相关设置。4.如权利要求2所述的阴极板，其特征在于，所述沟槽具有在所述板体长度方向上相对设置的入口端和出口端；其中，在同一沟槽内，所述顶面与该沟槽的底槽壁的间距在所述入口端到所述出口端的方向上依次增大或者呈阶梯式增大。5.如权利要求2所述的阴极板，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红涛，伍兴俊，孔令兴，唐厚闻，刘晴晴，
申请(专利权)人：上海氢晨新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：