一种双极板及燃料电池电堆制造技术

本实用新型专利技术实施例提供了一种双极板及燃料电池电堆，双极板包括阴极板和阳极板；阴极板的阴极流场包括阴极进气腔、阴极进气过渡区、阴极反应区、阴极出气过渡区、阴极出气腔，阴极进气过渡区、阴极出气过渡区均包括阴极第一过渡区和阴极第二过渡区；阳极板的阳极流场包括阳极进气腔、阳极进气过渡区、阳极反应区、阳极出气过渡区、阳极出气腔，阳极进气过渡区、阳极出气过渡区均包括阳极第一过渡区和阳极第二过渡区，阳极第二过渡区与阳极反应区之间设置有变截面空隙通道，在第二方向上，变截面空隙通道的截面积由靠近阳极进气腔的一侧向远离阳极进气腔的另一侧呈缩小趋势或由靠近阳极出气腔的一侧向远离阳极出气腔的另一侧呈缩小趋势。呈缩小趋势。呈缩小趋势。

【技术实现步骤摘要】
一种双极板及燃料电池电堆


[0001]本技术涉及燃料电池
，具体而言，涉及一种双极板及燃料电池电堆。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种将燃料的化学能直接转变为电能的发电装置，其主要由发电部件MEA(膜电极组件：质子交换膜、催化剂、气体扩散层)和氧化剂气体(氧气或空气)、燃料气体(氢气)、冷却剂流体(去离子水或去离子水与乙二醇的混合物)三种流体分配部件双极板交错叠加并加以密封垫圈、绝缘板、集流体和端板等零部件组装而成。由于燃料电池的发电过程无污染、无噪音，并且具有发电效率高、使用寿命长的优点，燃料电池被广泛应用于航天、交通、移动电源等领域。
[0003]其中，双极板作为燃料电池的核心部件，在燃料电池中起到了膜电极结构支撑、分隔燃料和氧化剂、收集电子、传导热量、提供燃料和氧化剂通道、排出反应生成的水、提供冷却液流道等诸多重要作用，是影响燃料电池电堆功率密度和水热管理的重要因素，其性能很大程度取决于流场结构。但是，在现有技术中，大多数双极板的气体在流场中分布不均且压降较大，在提升燃料电池的功率密度、耐久性及水热管理等方面易产生不利影响，对燃料电池性能的影响较大。

技术实现思路

[0004]本说明书提供一种双极板及燃料电池电堆，用以解决现有技术中燃料电池极板气体分布不均匀的问题，通过对双极板流场的合理设计，使极板气体均匀地进入反应区流道中，提升极板气体分布的均匀性，从而提高燃料电池的性能。
[0005]第一方面，根据本说明书实施例，提供了一种双极板，所述双极板包括：背面相连的阴极板和阳极板，所述阴极板的正面设置有阴极流场，所述阳极板的正面设置有阳极流场，所述阳极板的背面和所述阴极板的背面耦合构成冷却流场；
[0006]所述阴极流场包括沿第一方向依次连通的阴极进气腔、阴极进气过渡区、阴极反应区、阴极出气过渡区、阴极出气腔，所述阴极进气腔、阴极出气腔分别位于所述阴极板沿第二方向中部的两端，所述阴极进气过渡区、阴极出气过渡区均包括阴极第一过渡区和阴极第二过渡区，所述阴极第一过渡区、阴极第二过渡区分别沿所述阴极反应区在所述第二方向上的中心线对称布置，所述阴极第二过渡区设置于所述阴极第一过渡区朝向所述阴极反应区的一侧，所述阴极第二过渡区与所述阴极反应区之间设置有恒截面空隙通道，所述阴极进气腔与所述阴极出气腔以及所述阴极进气过渡区与所述阴极出气过渡区均相对于所述阴极板的几何中心呈中心对称布置；
[0007]所述阳极流场包括沿所述第一方向依次连通的阳极进气腔、阳极进气过渡区、阳极反应区、阳极出气过渡区、阳极出气腔，在所述第二方向上，所述阳极进气腔、阳极出气腔分别位于所述阴极进气腔、阴极出气腔的一侧，所述阳极进气过渡区、阳极出气过渡区均包括流道延伸方向不同的阳极第一过渡区和阳极第二过渡区，所述阳极第二过渡区设置于所
述阳极第一过渡区朝向所述阳极反应区的一侧，所述阳极第二过渡区与所述阳极反应区之间设置有变截面空隙通道，在所述第二方向上，所述变截面空隙通道的截面积由靠近所述阳极进气腔的一侧向远离所述阳极进气腔的另一侧逐渐缩小或由靠近所述阳极出气腔的一侧向远离所述阳极出气腔的另一侧逐渐缩小，所述阳极进气腔与所述阳极出气腔以及所述阳极进气过渡区与所述阳极出气过渡区均相对于所述阳极板的几何中心呈中心对称布置；
[0008]其中，所述第一方向与所述第二方向相互垂直。
[0009]通过上述方案可知，本申请实施例中阴极流场和阳极流场中的过渡区均分为第一过渡区和第二过渡区，实现了气体在流场过渡区的多级分配，保证了气体在流场区域分布的均匀性，同时，在阴极第二过渡区与阴极反应区之间设置恒截面空隙通道，并在阳极第二过渡区与阳极反应区之间设置有变截面空隙通道，对气体在进入主反应区之前进行微调，进一步协同实现了气体在过渡区之间的多级分配，达到了提升气体分布均匀性、降低压降的目的。
[0010]可选地，所述冷却流场包括沿所述第一方向依次连通的冷却剂进气腔、冷却剂进气过渡区、冷却剂反应区、冷却剂出气过渡区、冷却剂出气腔，所述冷却剂进气腔与所述冷却剂出气腔以及所述冷却剂进气过渡区与所述冷却剂出气过渡区均相对于所述双极板的几何中心呈中心对称布置；
[0011]所述阴极反应区的流道、所述阳极反应区的流道以及所述冷却剂反应区的流道中每一者的流道宽度为0.2
–
0.8mm，流道深度为0.2
–
0.5mm。
[0012]通过上述方案可知，本申请实施例中的阴极进出气腔设置于三腔的中间位置，在一定程度上提高了过渡区的利用率，在提升气体分布均匀性、降低压降方面产生了有利影响。
[0013]进一步可选地，所述阴极进气腔的面积与所述阳极进气腔的面积相等，所述冷却剂进气腔的面积为所述阳极进气腔的面积的1.5
–
3倍。
[0014]可选地，所述阴极第一过渡区呈弓形，所述弓形的弦设置于远离所述阴极反应区的一端，且所述阴极第一过渡区均匀设置有多个第一圆柱体，所述阴极反应区呈矩形，所述阴极第二过渡区的流道布置于所述阴极第一过渡区与所述阴极反应区之间，所述阴极第二过渡区的流道与所述阴极反应区的流道之间呈钝角设置，且所述阴极第二过渡区的流道的截面积沿靠近所述阴极反应区的方向逐渐缩小。
[0015]通过上述方案可知，本申请实施例中的阴极第一过渡区采用弓形设计，阴极第二过渡区的流道采用变截面流体通道设计，对氧化剂气体从阴极进气腔进入阴极进气过渡区后的流向及流量大小进行初步调控，从而保证氧化剂气体的压降大小处于合理区间，并在过渡区内大体上分布均匀。
[0016]进一步可选地，所述阴极第二过渡区沿所述第二方向的中部设置有至少一对相对于所述弓形的中心线对称布置的月牙形挡板，所述月牙形挡板与所述弓形的中心线呈锐角设置，且所述月牙形挡板的弧面向远离所述弓形的中心线的方向拱起。
[0017]通过上述方案可知，本申请实施例通过在阴极第二过渡区的中部设置至少一对月牙形挡板，避免氧化剂气体在流场中部区域的过度集中，进一步保证氧化剂气体在流场中分布的均匀性。
[0018]进一步可选地，所述阴极进气过渡区和所述阴极出气过渡区的流道深度为0.2
–
0.5mm，流道最宽处不大于1.2mm，流道最窄处不小于所述阴极反应区的流道宽度；所述第一圆柱体的直径为0.5
–
2mm；所述恒截面空隙通道的宽度不小于所述阴极反应区的流道宽度，不大于1.2mm，所述恒截面空隙通道的深度为0.2
–
0.5mm。
[0019]可选地，所述阳极第一过渡区与所述阳极进气腔或所述阳极出气腔之间设置有均匀分布的多个第二圆柱体，所述阳极第一过渡区的流道沿所述第二方向延伸，且所述阳极第一过渡区的流道的截面积沿远离所述阳极进气腔或所述阳极出气腔的方向逐渐扩大，所述阳极第二过渡区的流道与所述阳极反应区的流道之间呈钝角设置，所述阳极第一过渡区的每一根流道分别对应所述阳极第二过渡区不同的多个流道，且流道对应数量由远离所述第二圆柱体的一侧向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双极板，其特征在于，所述双极板包括：背面相连的阴极板和阳极板，所述阴极板的正面设置有阴极流场，所述阳极板的正面设置有阳极流场，所述阳极板的背面和所述阴极板的背面耦合构成冷却流场；所述阴极流场包括沿第一方向依次连通的阴极进气腔、阴极进气过渡区、阴极反应区、阴极出气过渡区、阴极出气腔，所述阴极进气腔、阴极出气腔分别位于所述阴极板沿第二方向中部的两端，所述阴极进气过渡区、阴极出气过渡区均包括阴极第一过渡区和阴极第二过渡区，所述阴极第一过渡区、阴极第二过渡区分别沿所述阴极反应区在所述第二方向上的中心线对称布置，所述阴极第二过渡区设置于所述阴极第一过渡区朝向所述阴极反应区的一侧，所述阴极第二过渡区与所述阴极反应区之间设置有恒截面空隙通道，所述阴极进气腔与所述阴极出气腔以及所述阴极进气过渡区与所述阴极出气过渡区均相对于所述阴极板的几何中心呈中心对称布置；所述阳极流场包括沿所述第一方向依次连通的阳极进气腔、阳极进气过渡区、阳极反应区、阳极出气过渡区、阳极出气腔，在所述第二方向上，所述阳极进气腔、阳极出气腔分别位于所述阴极进气腔、阴极出气腔的一侧，所述阳极进气过渡区、阳极出气过渡区均包括流道延伸方向不同的阳极第一过渡区和阳极第二过渡区，所述阳极第二过渡区设置于所述阳极第一过渡区朝向所述阳极反应区的一侧，所述阳极第二过渡区与所述阳极反应区之间设置有变截面空隙通道，在所述第二方向上，所述变截面空隙通道的截面积由靠近所述阳极进气腔的一侧向远离所述阳极进气腔的另一侧逐渐缩小或由靠近所述阳极出气腔的一侧向远离所述阳极出气腔的另一侧逐渐缩小，所述阳极进气腔与所述阳极出气腔以及所述阳极进气过渡区与所述阳极出气过渡区均相对于所述阳极板的几何中心呈中心对称布置；其中，所述第一方向与所述第二方向相互垂直。2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述冷却流场包括沿所述第一方向依次连通的冷却剂进气腔、冷却剂进气过渡区、冷却剂反应区、冷却剂出气过渡区、冷却剂出气腔，所述冷却剂进气腔与所述冷却剂出气腔以及所述冷却剂进气过渡区与所述冷却剂出气过渡区均相对于所述双极板的几何中心呈中心对称布置；所述阴极反应区的流道、所述阳极反应区的流道以及所述冷却剂反应区的流道中每一者的流道宽度为0.2
–
0.8mm，流道深度为0.2
–
0.5mm。3.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于，所述阴极进气腔的面积与所述阳极进气腔的面积相等，所述冷却剂进气腔的面积为所述阳极进气腔的面积的1.5
–
3倍。4.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述阴极第一过渡区呈弓形，所述弓形的弦设置于远离所述阴极反应区的一端，且所述阴极第一过渡区均匀设置有多个第一圆柱体，所述阴极反应区呈矩形，所述阴极第二过渡区的流道布置于所述阴极第一过渡区与所述阴极反应区之间，所述阴极第二过渡区的流道与所述阴极反应区的流道之间呈钝角设置，且所述阴极第二过渡区的...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢泽琴，陈兴威，池滨，樊毅，
申请(专利权)人：广东云韬氢能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：