一種燃料電池雙極板的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及燃料電池技術領域，尤其涉及一種燃料電池雙極板。
【背景技術】
[0002 ]質子交換膜燃料電池具有室溫冷啟動，轉換效率高，高體積比功率密度，產物零污染等優點，因而成為當今國際社會的研究熱點。它同一般的化學電源相比，結構復雜。它除了燃料電池堆本身以外，還包括一些輔助設備。燃料電池系統功率密度大小和電池轉換效率高低是評價燃料電池效能的兩個重要指標，輔助設備的體積及能耗直接影響了燃料電池系統的整體的功率密度。同時也使燃料電池總體能量轉換效率降低。
[0003]目前，一個單電池一般能夠產生0.5-1V的電壓。為了獲得更高的燃料電池電壓，通常在所謂的燃料電池組中串聯很多單電池。為了經濟，通常使一個燃料電池的陰極與對應的燃料電池的陰極集成的方式設計燃料電池組。這可通過所謂的雙極板而實現。雙極板是PEMFC的核心部件，其設計成本在整個PEMFC成本中可占到60%?70%。雙極板的兩側加工有由流道構成的流場，流場的主要功能是引導反應氣均勻分配到電極各處，經電極擴散層達到催化層參與反應。
[0004]在PEMFC中，電極各處均能獲得充足的反應劑，及時把電池生成的水排出是保證燃料電池正常運行的關鍵。如果反應劑在電極各處分布不均勻，就會造成電極各處反應不均勻，從而引起電流密度分布不均勻，導致電池局部過熱，降低電池性能并影響電池壽命，同樣，如果陰極生成的產物水不能及時排出，就會造成“水淹”電極的情況，從而會增大氣體擴散阻力，形成濃差極化，影響電池性能。因此，在流場板的設計中，氣體進出口和冷卻流體的設計非常重要，反應氣體進出口受堵，氣體不能順利到達電堆每片電極處，引起電流密度不均勻，電池性能下降，如果冷卻流體進出口設計不合理，導致冷卻流體進口受阻或出口受堵，都會導致電極反應中的產物水無法順利排出，致使電池局部受熱，影響電池電堆性能。
[0005]在質子交換膜燃料電堆裝配時，雙極板在一定程度上不可避免地會受到裝夾力的影響，流體進出口處很容易因為受力不均勻導致進出口被壓縮封閉，造成堵水堵氣的問題，使得燃料電池電堆中單片電池燃料氣體、氧化劑氣體以及冷卻水流體供給不均，致使燃料電池電堆性能整體下降。具體如圖1所示，其為現有技術所示的雙極板，其包括第一極板1、第二極板2、歧管5、總管9及多個突起的導流槽10。第一極板1和第二極板2的邊緣處投影重合。總管9是由第一極板1和第二極板2的邊緣處上下間隔所形成。總管9與多個突起的導流槽10構成區域4。流體自總管9流入至導流槽10內部空間以及第一極板1和第二極板2之間的空隙內。但是，當雙極板受到裝夾力的影響時，總管9容易貼合在一起，從而導致進出口被封閉。而且由于導流槽10為封閉結構，流體也無法從導流槽10流入。
[0006]基于以上考慮，近年來，PEM燃料電池的大量研究和發展致力于燃料電池的具體物理設計，特別是雙極板的物理設計。
【發明內容】
[0007]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種不易堵水且能使氣體通暢供給燃料電池電堆的燃料電池雙極板雙極板。
[0008]本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案為:
[0009]—種燃料電池雙極板，其包括第一極板和第二極板，所述第一極板為陽極導氫氣流場板，所述第二極板為陰極導空氣流場板，所述第一極板和第二極板之間形成導冷卻流體夾層，所述第一極板的流體進出口區域設置有多個緊鄰歧管的突起的導流槽，所述多個突起的導流槽間隔排布，每兩個相鄰的導流槽之間構成抗壓連接板，每個導流槽的一端設置成流體進出口，每個導流槽的另一端設置為封閉端，流體自每個導流槽的流體進出口流入以及自抗壓連接板與第二極板之間形成的空腔流入，所述多個導流槽的流體進出口所界定的縱截面與流體流向垂直。
[0010]上述方案中，所述多個導流槽的流體進出口所界定的縱截面的投影線與第二極板相應位置的投影線相間隔。
[0011]上述方案中，每個導流槽的縱截面為矩形、三角形、梯形、半圓形或拋物線形。
[0012]上述方案中，所述第二極板上的與第一極板多個導流槽相對應的位置設置為平面。
[0013]上述方案中，所述第二極板上的與第一極板多個導流槽相對應的位置設置為與所述多個導流槽相對應的突起或凹陷的導流槽。
[0014]上述方案中，所述第一極板和第二極板為高強石墨板、模壓石墨板、柔性石墨板或金屬板。
[0015]上述方案中，所述的流體包括燃料氣體，氧化劑氣體和冷卻流體。
[0016]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
[0017]本發明提供的燃料電池雙極板結構能夠有效的避免燃料電池在裝配的過程中受力不均所導致的流場板總管口封閉，從而導致的堵水賭氣的問題，使燃料電池在運行過程中能夠按照設定的氣體供給量給燃料電池提供氧化劑和燃料，保證供氣和供水的平衡，在很大程度上改善因氧化劑或燃料供給不及時而導致的燃料電池效率低的問題。
【附圖說明】
[0018]圖1為現有技術中雙極板流體進出口局部結構示意圖。
[0019]圖2為實施例1中燃料電池雙極板的俯視示意圖。
[0020]圖3為圖1中區域Za局部結構示意圖。
[0021 ]圖4為實施例2中燃料電池雙極板的仰視示意圖。
[0022]圖5為圖4中區域Zd局部結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和實施例闡明本發明的內容。對于本領域的技術人員來說，不難看出本發明具有許多改進和替代形式，只要不背離本發明的范圍和原理，應當理解，本發明不受下列示例性實施方式的限制。
[0024]實施例1
[0025]如圖2和圖3所示，其為本實施例提供的一種燃料電池雙極板，其包括第一極板11、第二極板12及歧管15。第一極板11為陽極導氫氣流場板，第二極板12為陰極導空氣流場板，第一極板11和第二極板12之間形成導冷卻流體夾層。第一極板11的流體進出口區域設置有多個緊鄰歧管15的突起的導流槽20。第二極板12包括由總管17和總管18組成的區域13。多個突起的導流槽20間隔排布，每兩個相鄰的導流槽20之間構成抗壓連接板21，每個導流槽20的一端設置成流體進出口 16，每個導流槽20的另一端設置為封閉端。流體自每個導流槽20的流體進出口 16流入以及自抗壓連接板21與第二極板12之間形成的空腔流入。多個導流槽20的流體進出口 16所界定的縱截面與流體流向垂直。
[0026]多個導流槽20的流體進出口16所界定的縱截面的投影線與第二極板12相應位置的投影線相間隔。在本實施例中，第二極板12相應位置的投影線位于多個導流槽20的流體進出口 16所界定的縱截面的投影線的左側，即遠離流場板的一側。
[0027]每個導流槽20的縱截面為矩形、三角形、梯形、半圓形或拋物線形以及其它各種相類似的可以構成支撐結構的形狀。在本實施例中，每個導流槽20的縱截面為矩形。
[0028]在本實施例中，第二極板12上的與第一極板11多個導流槽20相對應的位置設置為平面。可以理解的是，第二極板12上的與第一極板11多個導流槽20相對應的位置還可以設置為與多個導流槽20相對應的突起或凹陷的導流槽，配合構成支撐結構。
[0029]第一極板11和第二極板12可以為高強石墨板、模壓石墨板、柔性石墨板或金屬板。流體包括燃料氣體，氧化劑氣體和冷卻流體。
[0030]雙極板在受力時，由于多個抗壓連接板21的支撐作用，使得多個抗壓連接板21會先抵抗裝夾力的影響，即使多個抗壓連接板21在裝夾力的影響下貼合而造成進出口封閉，但是由于導流槽20的一側設置有流體進出口 16，流體也可以通過流體進出口 16進出，從而不會受到裝夾力的影響，使流體從流體進出口 16順利出入流場板。
[0031]實施例2
[0032]如圖4和圖5所示，其為本實施例提供的一種燃料電池雙極板，其與實施例1大致相同，不同之處在于:第二極板12相應位置的投影線位于多個導流槽20的流體進出口 16所界定的縱截面的投影線的右側，即靠近流場板的一側。
[0033]這種有利于穩態供氣供水的燃料電池雙極板的設計可有效降低燃料損失，避免堵水。提高燃料利用率，同時提高燃料電池效率。
【主權項】
1.一種燃料電池雙極板，其包括第一極板和第二極板，所述第一極板為陽極導氫氣流場板，所述第二極板為陰極導空氣流場板，所述第一極板和第二極板之間形成導冷卻流體夾層，所述第一極板的流體進出口區域設置有多個緊鄰歧管的突起的導流槽，其特征在于，所述多個突起的導流槽間隔排布，每兩個相鄰的導流槽之間構成抗壓連接板，每個導流槽的一端設置成流體進出口，每個導流槽的另一端設置為封閉端，流體自每個導流槽的流體進出口流入以及自抗壓連接板與第二極板之間形成的空腔流入，所述多個導流槽的流體進出口所界定的縱截面與流體流向垂直。2.如權利要求1所述的燃料電池雙極板，其特征在于，所述多個導流槽的流體進出口所界定的縱截面的投影線與第二極板相應位置的投影線相間隔。3.如權利要求1所述的燃料電池雙極板，其特征在于，每個導流槽的縱截面為矩形、三角形、梯形、半圓形或拋物線形。4.如權利要求1所述的燃料電池雙極板，其特征在于，所述第二極板上的與第一極板多個導流槽相對應的位置設置為平面。5.如權利要求1所述的燃料電池雙極板，其特征在于，所述第二極板上的與第一極板多個導流槽相對應的位置設置為與所述多個導流槽相對應的突起或凹陷的導流槽。6.如權利要求1所述的燃料電池雙極板，其特征在于，所述第一極板和第二極板為高強石墨板、模壓石墨板、柔性石墨板或金屬板。7.如權利要求1所述的燃料電池雙極板，其特征在于，所述的流體包括燃料氣體，氧化劑氣體和冷卻流體。
【專利摘要】本發明涉及一種燃料電池雙極板，其包括第一極板和第二極板，第一極板為陽極導氫氣流場板，第二極板為陰極導空氣流場板，第一極板和第二極板之間形成導冷卻流體夾層，第一極板的流體進出口區域設置有多個緊鄰歧管的突起的導流槽，多個突起的導流槽間隔排布，每兩個相鄰的導流槽之間構成抗壓連接板，每個導流槽的一端設置成流體進出口，每個導流槽的另一端設置為封閉端，流體自每個導流槽的流體進出口流入以及自抗壓連接板與第二極板之間形成的空腔流入，多個導流槽的流體進出口所界定的縱截面與流體流向垂直。本發明提供的燃料電池雙極板結構能夠有效的避免燃料電池在裝配的過程中受力不均所導致的流場板總管口封閉，從而導致的堵水賭氣的問題。
【IPC分類】H01M8/0267, H01M8/026
【公開號】CN105489913
【申請號】CN201510937806
【發明人】潘牧, 宛朝輝, 艾勇誠, 范衛東, 周芬
【申請人】武漢理工新能源有限公司
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月15日