一种燃料电池用双极板制造技术

本发明专利技术公开一种燃料电池用双极板。该双极板包括阴极板和阳极板，由阴极板和阳极板粘接而成，所述阴极板和阳极板均包括进气腔、出气腔、流场；所述阴极板上设置有氧化剂流场，所述阳极板上设置有燃料流场，所述阴极板和阳极板之间设置有冷却液流场；所述氧化剂流场、所述燃料流场、所述冷却液流场中的每一者均包括依次连通的进气腔、进气口、进气过渡区、反应区、出气过渡区、出气口、出气腔。本发明专利技术提出一种燃料电池用双极板，旨在提升极板气体分布均匀性、降低反应气体压降，从而提升燃料电池性能。本发明专利技术双极板整体开孔率高、利用率高，极板各个细节特征满足加工精度要求，为燃料电池电堆的组装提供便捷，为极板的批量化应用节约了成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池用双极板


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种燃料电池用双极板。

技术介绍

[0002]氢能由于其来源广泛、清洁无污染、储运方便、利用率高等特点，被誉为21世纪最具发展前景的二次能源，而氢能利用是实现碳中和的重要途经之一。质子交换膜燃料电池是一项通过将化学能直接转化为氢能的能量转化装置，具有能量转化率高、功率密度高、噪音低、辐射低、适用范围广等特点，是氢能应用的核心方式。
[0003]双极板作为质子交换膜燃料电池的核心部件之一，起到支撑膜电极、提供流体通道、传导电子、消散反应热等作用。在现有的双极板技术中，常规的双极板主要采用两板三场结构，即阳极板的一侧提供燃料流场、阴极板的一侧提供氧化剂流场，两板的背侧连接形成冷却液流场。常规双极板主要分为公共管道区、过渡区、反应区和密封区，公共管道区为阴极板和阳极板共用的气体进出腔区域，常与外部管道相连接；过渡区为反应气体进出反应区的过渡区域，合理的过渡区区结构设计是保证气体分布均匀的必要途径；反应区为双极板的活性区域，是反应气体发生反应的场所；密封区则为双极板靠近双极板轮廓的一圈或多圈开孔槽体，是防止气体泄漏及互窜的必要措施。目前，受限于制造设备及加工技术，双极板过渡区的合理设计成为了双极板工业化应用的研究院热点，是实现燃料电池气体均匀分布、改善水热管理的重要途经。
[0004]在现有的双极板技术中，气体分布不均现象严重，气体在流场中分布不均且压降较大，从而在提升燃料电池的功率密度、耐久性及水热管理等方面产生不利影响；此外，双极板局部位置特征设置不合理，难以满足加工精度需求，为双极板的批量化应用增加了成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术克服上述缺陷，提供一种燃料电池用双极板，通过对双极板气体流场的改进，在保证加工精度的同时，旨在解决极板气体分布不均以及气体压降过大的问题，从而提升燃料电池的性能。本专利技术在保证加工精度的同时，通过对双极板流场的合理设计，尤其是过渡区流场对气体的多级分配，促使气体更加均匀的进入反应区流道中，且气体压降更小，从而进一步提升燃料电池的性能，为燃料电池电堆的水热管理提供便捷。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种燃料电池用双极板，包括阴极板和阳极板，所述双极板由阴极板和阳极板粘接而成，所述阴极板和阳极板均包括进气腔、出气腔、流场以及密封槽；所述阴极板上设置有氧化剂流场，所述阳极板上设置有燃料流场，所述阴极板和阳极板之间设置有冷却液流场；所述阴极板的流场一侧设置有阴极密封槽，所述阳极板的燃料流场一侧设置有阳极密封槽，所述阳极板的背面设置有冷却液密封槽；所述氧化剂流场、所述燃料流场、所述冷却液流场中的每一者均包括依次连通的
进气腔、进气口、进气过渡区、反应区、出气过渡区、出气口、出气腔；所述氧化剂流场由依次连通的氧化剂进气腔、氧化剂进气孔、氧化剂进气过渡区、氧化剂反应区流道、氧化剂出气过渡区、氧化剂出气孔和氧化剂出气腔组成；所述燃料流场由依次连通的燃料进气腔、燃料进气孔、燃料进气过渡区、燃料反应区流道、燃料出气过渡区、燃料出气孔和燃料出气腔组成；所述冷却液流场由依次连通的冷却液进气腔、冷却液进气孔、冷却液进气过渡区、冷却液反应区流道、冷却液出气过渡区、冷却液出气孔和冷却液出气腔组成；其中所述氧化剂进气过渡区与氧化剂出气过渡区相对于极板几何中心呈中心对称分布，所述燃料进气过渡区与燃料出气过渡区相对于极板几何中心呈中心对称分布，所述冷却液进气过渡区与冷却液出气过渡区相对于极板几何中心呈中心对称分布；所述阴极板的氧化剂进气过渡区与氧化剂出气过渡区，均包括第一过渡区和第二过渡区，阳极板的燃料进气过渡区与燃料出气过渡区均被导流脊分为多个区域；所述阴极板的氧化剂进气过渡区与氧化剂出气过渡区和所述阳极板的燃料进气过渡区与燃料出气过渡区均沿双极板几何中心呈中心对称布置；所述的第一过渡区设置在靠近进气口的位置，所述的第二过渡区设置在靠近反应区的一侧；所述第一过渡区由斜向的气体分配区流道组成（与第一方向的水平线组成的倾斜角大于100
°
），所述第二过渡区由横向的气体分配区流道组成，所述第二过渡区和第一过渡区的流道延伸方向不同；所述的第一过渡区为平行均匀分布的直流道，所述的第二过渡区由多个局部梯形区组成，且所述局部梯形区内的第二过渡区流道与所述反应区的流道之间留有等间距空隙；所述第一过渡区的一根流道对应于所述第二过渡区的一根流道、三根流道、四根流道中的一种，沿第二方向，所述第一过渡区流道对应的第二过渡区流道数量越多，且所述局部梯形内的几根流道中，流道宽度沿所述第二方向逐渐减小；所述第二过渡区远离进气腔的最外侧位置，所述第一过渡区的一根流道与所述第二过渡区的一根流道相连接，且与所述反应区的流道一一对应；所述第二过渡区靠近进气腔的最外侧位置，所述第一过渡区与所述第二过渡区组成的局部流域由仿生鱼骨区及梯形区拼接而成。
[0007]本专利技术的双极板，所述反应区的流道形状为直流道、波浪型流道、蛇形流道、交趾型流道的一种或几种的组合，流道长度和宽度均可调节，但所述反应区的流道数量大于所述第一过渡区的流道数量。
[0008]本专利技术的双极板，所述的进气腔包括燃料进气腔、冷却液进气腔、氧化剂进气腔，其中冷却液进气腔布置在中间位置，所述的氧化剂进气腔为剩余进气腔中面积较大的一个，所述燃料进气腔为面积最小的一个腔。
[0009]进一步地，所述阴极板反应区流道、所述阳极板反应区流道、所述冷却液反应区流道宽度为0.2
‑
0.9mm。
[0010]进一步地，所述阴极板反应区流道、所述阳极板反应区流道、所述冷却液反应区流道深度为0.1
‑
0.5mm。
[0011]进一步地，所述密封槽的宽度为0.2
‑
0.5mm、深度为0.1
‑
0.5mm。
[0012]进一步地，所述进气腔和所述出气腔、所述进气过渡区和所述出气过渡区相对于极板几何中心呈中心对称分布。
[0013]进一步地，所述进气腔和所述出气腔的面积相等，所述氧化剂进气腔面积为所述
燃料进气腔面积的1.5
‑
3倍。
[0014]进一步地，所述氧化剂进气孔靠近氧化剂进气腔处设置有直槽口。
[0015]进一步地，所述过渡区的流道深度为0.1
‑
0.5mm。
[0016]进一步地，所述第一过渡区的流道宽度为0.5
‑
1.2mm。
[0017]进一步地，所述第二过渡区的流道宽度为0.5
‑
1mm。
[0018]进一步地，所述第二过渡区与所述反应区之间的空隙宽度为0.5
‑
1.5mm。
[0019]进一步地，所述反应区呈近似平行四边形设计，所述燃料进气口为沿燃料进气腔均匀分布的直槽口，所述燃料进气过渡区被所述的两根导流脊分为三个区域，沿所述第二方向分别为第一区域、第二区域和第三区域，其中所述第一区域由沿直线均匀分布的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用双极板，其特征在于：包括阴极板（1）和阳极板（2），所述双极板由阴极板（1）和阳极板（2）粘接而成，所述阴极板（1）和阳极板（2）均包括进气腔、出气腔、流场以及密封槽；所述阴极板（1）上设置有氧化剂流场，所述阳极板（2）上设置有燃料流场，所述阴极板（1）和阳极板（2）之间设置有冷却液流场；所述阴极板（1）的流场一侧设置有阴极密封槽（3），所述阳极板的燃料流场一侧设置有阳极密封槽（3），所述阳极板的背面设置有冷却液密封槽；所述氧化剂流场、所述燃料流场、所述冷却液流场中的每一者均包括依次连通的进气腔、进气口、进气过渡区、反应区、出气过渡区、出气口、出气腔；所述氧化剂流场由依次连通的氧化剂进气腔（6）、氧化剂进气孔（7）、氧化剂进气过渡区（8）、氧化剂反应区流道（9）、氧化剂出气过渡区（8a）、氧化剂出气孔（7a）和氧化剂出气腔（6a）组成；所述燃料流场由依次连通的燃料进气腔（16）、燃料进气孔（18）、燃料进气过渡区（19）、燃料反应区流道（20）、燃料出气过渡区（19a）、燃料出气孔（18a）和燃料出气腔（16a）组成；所述冷却液流场由依次连通的冷却液进气腔（17）、冷却液进气孔、冷却液进气过渡区、冷却液反应区流道、冷却液出气过渡区、冷却液出气孔和冷却液出气腔（17a）组成；其中所述氧化剂进气过渡区（8）与氧化剂出气过渡区（8a）相对于极板几何中心呈中心对称分布，所述燃料进气过渡区（19）与燃料出气过渡区（19a）相对于极板几何中心呈中心对称分布，所述冷却液进气过渡区与冷却液出气过渡区相对于极板几何中心呈中心对称分布；所述阴极板的氧化剂进气过渡区与氧化剂出气过渡区，均包括第一过渡区（10）和第二过渡区（11），阳极板的燃料进气过渡区与燃料出气过渡区均被导流脊（24）分为多个区域；所述阴极板的氧化剂进气过渡区与氧化剂出气过渡区和所述阳极板的燃料进气过渡区与燃料出气过渡区均沿双极板几何中心呈中心对称布置；所述的第一过渡区（10）设置在靠近进气口的位置，所述的第二过渡区（11）设置在靠近反应区的一侧；所述第一过渡区（10）由斜向的气体分配区流道组成，所述第二过渡区（11）由横向的气体分配区流道（14）组成，所述第二过渡区（11）和第一过渡区（10）的流道延伸方向不同；所述的第一过渡区（10）为平行均匀分布的直流道，所述的第二过渡区（11）由多个局部梯形区（13）组成，且所述局部梯形区（13）内的第二过渡区（11）流道与所述反应区的流道之间留有等间距空隙（15）；所述第一过渡区（10）的一根流道对应于所述第二过渡区（11）的一根流道、三根流道、四根流道中的一种，沿第二方向，所述第一过渡区（10）流道对应的第二过渡区（11）流道数量越多，且所述局部梯形内的几根流道中，流道宽度沿所述第二方向逐渐减小；所述第二过渡区（11）远离进气腔的最外侧位置，所述第一过渡区（10）的一根流道与所述第二过渡区（11）的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宏，卢泽琴，池滨，朱涛，樊毅，廖世军，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：