燃料电池的双极板及其燃料电池制造技术

燃料电池的双极板及其燃料电池，所述双极板包括：具有至少一个作用面的基板；所述作用面上设有多个导流块；每个所述导流块为具有一定高度，且具有前曲面、后曲面、侧面和顶面，所述前曲面朝向反应流的逆向，所述后曲面朝向反应流的同向；所述多个导流块以重复和交错的方式排列成多排，相邻两排都保持一定的距离，并且每排中相邻两个导流块之间留有间隙。进一步地，所述前曲面为一个凹面，所述后曲面为一个凸面。本实用新型专利技术提供的燃料电池极板及其燃料电池，使反应流体反射、收缩、扩展、分流成多条流体，改进了反应流的分布、扩散及水的管理。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及燃料电池，特别涉及燃料电池的双极板及其燃料电池。
技术介绍
引证专利号 美国专利文件，专利号 6358642 70813106699614 6706436 7029784 70672167087337 7115336 7147677 71695027175931 7195836 7229564 7241474 72522187258263 7261124 7285353 7306875 74023587459227 7468216燃料电池被认为是一种有多项用途的新型动力源及能源转换器。有相当多不同种 类的燃料电池，其中之一被称为质子交换膜燃料电池(PEMFC)。PEMFC被主要设计成一堆双 极板和夹在双极板中间的膜电极组件(MEA)，双极板上有各种类型的流场以输送反应流体 到MEA上的反应界面，并且排出在PEMFC里通过电化学反应产生的多余热量和水。多年的实 践表明，双极板的设计存在着许多缺陷，比如对反应物的分配效率、热量及水的管理等。虽 然经过多年的努力，但这些问题依然是优化燃料电池的性能及寿命的主要障碍。 如何有效提供足够的反应流体到反应界面的每一部分，以及如何有效地去除在燃 料电池里电化学反应产生的热量和水同时，能很好地维持电池温度及膜片湿度是每位燃料 电池板的设计者都铭记于心的设计要求。因此，有必要去改进燃料电池极板的设计并优化 燃料电池的性能和寿命。
技术实现思路
本技术的目的在于，提供一种改进的燃料电池的双极板及其燃料电池，以优 化燃料电池的性能，提高燃料电池的寿命。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案一种燃料电池的双极板，包括具有至少一个作用面的基板；所述作用面上设有多个导流块；每个所述导流块为具有一定高度，且具有前曲面、后曲面、侧面和顶面，所述前曲 面朝向反应流的逆向，所述后曲面朝向反应流的同向；所述多个导流块以重复和交错的方式排列成多排，相邻两排都保持一定的距离， 并且每排中相邻两个导流块之间留有间隙。进一步地，所述前曲面为一个凹面，所述后曲面为一个凸面，所述顶面为平面。进一步地，所述多排中的每个导流块具有一中线，该中线与位于前一排的两个相 邻导流块之间间隙的中线对齐并且与位于后一排的两个相邻导流块之间间隙的中线对齐。进一步地，所述导流块的长度方向横向于反应流的运动方向，所述间隙与反应流 的方向横向一致。进一步地，所述导流块的前曲面具有第一终点、第二终点和半径rl ；所述后曲面 具有第三终点、第四终点和半径R1，所述前曲面及后曲面具有同样的中心角度θ。进一步地，相邻的第一导流块、第二导流块、第三导流块的排列方式为从第一导 流块后曲面的第三终点、第四终点画两条与后曲面相切的线，两切线的在交点相交后延伸 后分别相切于后一排相邻的第二导流块和第三导流块的两个前曲面的第一终点和第二终 点，所述交点接近于第一导流块后曲面的中点，所述交点和中点在相邻第二导流块和第三 导流块之间的间隙的中线上。进一步地，所述导流块的凹面反射反应流的角度大于或等于90°小于180°。进一步地，所述导流块的凸面反射反应流的角度大于或等于90°小于180°。进一步地，所述后曲面由多于一个的凹面组成的凸面。进一步地，所述导流块的前曲面由多于一个的凹面组成的凹面，所述后曲面由多 于一个的凹面组成的凸面。进一步地，所述导流块的前曲面为由两个凹面组成的凹面，所述后曲面为由两个 凹面组成的凸面。本技术还提供一种燃料电池，包括双极板和透气层所述双极板采用上述双极板；所述极板的基板的作用面压设于透气层上形成一边界元素；所述极板的导流块的顶面压设于所述的边界元素；一组流道，形成于所述极板的导流块之间以及所述极板的基板和所述边界元素之 间的空间。本技术提供的燃料电池极板及其燃料电池，在流道中可能存在停留水滴的水 袋区域，但是在如此被严重干扰的流道中，这些水袋区域被极大地限制在小范围内，不大可 能发生因水流过剩而造成的淤塞现象，并且这些小范围的水袋区域则极有可能成为加湿 源。因此，与现有的使用光滑和多半层流方式或长线流道或大幅增加速度和压力等的传统 设计不同的是，本技术大幅改善了燃料电池的流场设计，即通过呈现的反应流通道，其 中的反应流在持续受到干扰的环境里被反射、分流、收缩及扩展，实现反应流的分布、热量 与水的管理被充分优化。以下提供详细的描述以表明本技术的更多运用范围。应当理解的是，以下详 细的模范图纸和描述，同时表明了本技术的一些优选的实现方案，旨在描述本实用新 型的目的，不是对本技术范围的限制。附图说明图1是燃料电池双极板的立体示意图，一组带箭头的假想线表示在流道结构中的 反应流的通道及方向，技术特征之一的流道结构具有若干排的导流块；图2是图1的平面图，在图的右侧(入口)和左侧(出口)具有更多带箭头的假 想线，以描述通过流道的反应流的方向及通道；图3为本技术的燃料电池双极板结构细节的示意图；图4为本技术中一小组导流块的结构属性及导流块之间的关联示意图；图5为本技术的导流块透视图；图6为本技术的一种导流块的结构属性的设计方案示意图；图7为本技术的另一种导流块的结构属性的设计方案示意图；图8为本技术双极板燃料电池的截面示意图；图9为由导流块所形成的多条通道的部分示意图，以描述反应流方式收缩、扩 展、反射及分流，包括两次流向变化等于或大于90°角，如带箭头的假想线所示；图10本技术的燃料电池中部分的流道及透气层的断面示意图，图中反应流 穿过流道，碰上前方的导流块，被迫改变流向。根据本技术，其中一个方向的变化是面 向透气层的，如三条带箭头的虚线所示。图11为本技术中液态水滴在流道中可能形成、积聚及驻留的局部区域或位 置示意图。具体实施方式实施例一如图1所示，一种燃料电池的双极板1，包括具有至少一个作用面的基板2 ；所述作用面上设有多个导流块3，每个所述导流块3为具有一定高度，且具有前曲面、后曲面、侧面和顶面，所述前 曲面朝向反应流的逆向，所述后曲面朝向反应流的同向；所述多个导流块3以重复和交错的方式排列成多排，相邻两排都保持一定的距 离，并且每排中相邻两个导流块3之间留有间隙。通过基板2作用面上的导流块3构成的分流及反射反应流的流道，反应流在流道 中不断地被收缩、扩展，并分成不止一条流体，以大于或等于90° (最大不可能超过180° ) 的流向反射，并且被保持在持续的干扰状态下，改进了反应流的分布、扩展及水的管理。以 下对于优选的具有代表性的实施例进行说明，但该实施例并非用于限制本技术的应用 或保护范围。如图1和图2为燃料电池双极板1与多个反应流(即富含氢的燃料或者空气)流 道的立体图和平面图。反应流从流道右边流向左边，图中显示了反应流的主要流向，并且反 应流的流道及方向用带箭头的假想线来表示。反应流的流道在具有多个导流块3的基板2 上形成。如图3所示，导流块3分组排列成多排，标为排Rl、R2、R3、R4、…、Rn,并且每排 包含了多个导流块，如导流块6和导流块7排列在一排中，并且导流块8、导流块9、导流块 10排在另一排中，所述导流块的长度方向横向于反应流的运动方向，并且每排中相邻两个 导流块之间的间隙G作为部分流道。所有排都以交本文档来自技高网...

【技术保护点】
燃料电池的双极板，其特征在于包括：　　具有至少一个作用面的基板；　　所述作用面上设有多个导流块；　　每个所述导流块为具有一定高度，且具有前曲面、后曲面、侧面和顶面，所述前曲面朝向反应流的逆向，所述后曲面朝向反应流的同向；　　所述多个导流块以重复和交错的方式排列成多排，相邻两排都保持一定的距离，并且每排中相邻两个导流块之间留有间隙。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高勇，秦川，
申请(专利权)人：上海恒劲动力科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[]