本發(fā)明涉及燃料電池，具體涉及一種燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及燃料電池堆。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，燃料電池應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越廣泛。燃料電池是一種可以將氫氣等反應(yīng)燃料通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，因其具有功率密度高、啟動(dòng)速度快、轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境污染小、原料易得、清潔高效等優(yōu)點(diǎn)在未來(lái)具有廣泛的發(fā)展應(yīng)用前景。

2、燃料電池包括膜電極和雙極板，雙極板固定于膜電極的兩側(cè)，起到分隔氧化劑、還原劑和冷卻液的作用。膜電極包括氣體擴(kuò)散層和催化層，氧化劑或還原劑穿過(guò)氣體擴(kuò)散層在催化層進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)會(huì)有水生成。其中沖壓成型的極板氣側(cè)和水側(cè)在結(jié)構(gòu)上互相影響，極板上氣側(cè)的脊背結(jié)構(gòu)在水路為流道槽結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在雙極板上構(gòu)成冷卻水流通的通路。

3、現(xiàn)有的沖壓陰陽(yáng)極板大多采用所有流道槽深度都一致的結(jié)構(gòu)，難以使反應(yīng)氣體實(shí)現(xiàn)相鄰流道槽間的流動(dòng)，也就不利于排除脊下擴(kuò)散層中的液態(tài)水，液態(tài)水的積聚會(huì)降低燃料電池的性能，且極板組合強(qiáng)度不高，受到?jīng)_擊或顛簸易出現(xiàn)散架漏氣等現(xiàn)象，進(jìn)一步降低電池的電化學(xué)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及燃料電池堆，解決以下技術(shù)問(wèn)題：

2、如何提高燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度性能和電化學(xué)性能。

3、本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

4、第一方面，本發(fā)明公開了一種燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，包括相疊設(shè)置的陰極單極板和陽(yáng)極單極板，二者之間形成冷卻水流場(chǎng)；

5、所述陰極單極板外側(cè)為空氣流場(chǎng)，所述陰極單極板在空氣流場(chǎng)側(cè)包括依次交錯(cuò)設(shè)置的多個(gè)陰極板凸脊和陰極板流道槽，相鄰的兩個(gè)陰極板流道槽的深度不同，任意一個(gè)陰極板流道槽分別與相隔的兩個(gè)陰極板流道槽深度相同，以使多個(gè)陰極板流道槽的深度呈深、淺交錯(cuò)式分布；

6、所述陽(yáng)極單極板外側(cè)為燃料氣體流場(chǎng)，所述陽(yáng)極單極板在燃料氣體流場(chǎng)側(cè)包括依次交錯(cuò)設(shè)置的多個(gè)陽(yáng)極板凸脊和陽(yáng)極板流道槽，相鄰的兩個(gè)陽(yáng)極板凸脊的寬度不同，任意一個(gè)陽(yáng)極板凸脊分別與相隔的兩個(gè)陽(yáng)極板凸脊的寬度相同，以使多個(gè)陽(yáng)極板凸脊的寬度呈寬、窄交錯(cuò)式分布；

7、多個(gè)陰極板流道槽與多個(gè)陽(yáng)極板凸脊的位置一一對(duì)應(yīng)。

8、在本發(fā)明更進(jìn)一步的方案中：較深的陰極板流道槽與較窄的陽(yáng)極板凸脊的位置對(duì)應(yīng)，較淺的陰極板流道槽與較寬的陽(yáng)極板凸脊的位置對(duì)應(yīng)。

9、在本發(fā)明更進(jìn)一步的方案中：較深的陰極板流道槽在冷卻水流場(chǎng)側(cè)形成凸脊，較窄的陽(yáng)極板凸脊在冷卻水流場(chǎng)側(cè)形成凹槽，所述凸脊嵌設(shè)貼合于對(duì)應(yīng)的所述凹槽中，形成嵌套結(jié)構(gòu)。

10、在本發(fā)明更進(jìn)一步的方案中：一個(gè)較寬的陽(yáng)極板凸脊及其兩側(cè)的陽(yáng)極板流道槽

11、與

12、一個(gè)較淺的陰極板流道槽及其兩側(cè)的陰極板凸脊之間在冷卻水流場(chǎng)側(cè)形成冷卻劑腔。

13、在本發(fā)明更進(jìn)一步的方案中：較深的陰極板流道槽的深度范圍為0.3-0.5mm，較淺的陰極板流道槽的深度范圍為0.2-0.3mm。

14、在本發(fā)明更進(jìn)一步的方案中：相鄰的兩個(gè)陰極板流道槽的寬度相同；相鄰的兩個(gè)陰極板凸脊的寬度相同、高度相同。

15、在本發(fā)明更進(jìn)一步的方案中：較窄的陽(yáng)極板凸脊的寬度范圍為0.5-1.0mm，較寬的陽(yáng)極板凸脊的寬度范圍為0.6-1.2mm；所述陽(yáng)極板流道槽的深度范圍為0.2-0.35mm。

16、在本發(fā)明更進(jìn)一步的方案中：相鄰的兩個(gè)陽(yáng)極板凸脊的高度相同；相鄰的兩個(gè)陽(yáng)極板流道槽的寬度相同、深度相同。

17、在本發(fā)明更進(jìn)一步的方案中：所述陰極單極板和陽(yáng)極單極板的加工方式包括沖壓成型、模壓成型、蝕刻成型。

18、第二方面，本發(fā)明還公開了一種燃料電池堆，包括串聯(lián)堆疊的雙極板和膜電極，所述雙極板為如上所述的燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。

19、本發(fā)明的有益效果：

20、(1)本發(fā)明的燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)中，陰極單極板上相鄰的兩個(gè)陰極板流道槽的深度不同，陽(yáng)極板凸脊的寬度不同，較深的陰極板流道槽在冷卻水流場(chǎng)中形成了凸脊，較窄的陽(yáng)極板凸脊在冷卻水流場(chǎng)中形成了凹槽，凸脊嵌設(shè)于對(duì)應(yīng)的所述凹槽中所形成的嵌套結(jié)構(gòu)在雙極板中一方面起到了定位的作用，且通過(guò)這些嵌套結(jié)構(gòu)的定位，使得陰極單極板和陽(yáng)極單極板形成了穩(wěn)定的冷卻水腔，這些冷卻水腔可作為冷卻液流通的通道；另一方面，陰極板流道槽形成的凸脊與陰極板流道槽形成的凹槽緊密貼合連接，形成雙極板的電子通路；另外，嵌套結(jié)構(gòu)也加強(qiáng)了雙極板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，支撐起了冷卻液腔體的同時(shí)對(duì)膜電極起支撐作用。

21、(2)本發(fā)明的燃料電池堆中，由于相鄰的陰極板流道槽的深度呈現(xiàn)出深、淺交替變化，相鄰的陽(yáng)極板凸脊的寬度呈現(xiàn)出窄、寬交替變化，可以使得較深的陰極板流道槽在冷卻水流場(chǎng)中形成了凸脊，較窄的陰極板流道槽在冷卻水流場(chǎng)中形成了凹槽，凸脊嵌設(shè)于對(duì)應(yīng)的所述凹槽中實(shí)現(xiàn)了雙極板組合結(jié)構(gòu)，該嵌合結(jié)構(gòu)可以使得雙極板整體厚度更小，有利于減小電堆堆芯長(zhǎng)度，進(jìn)而提高電堆體積功率密度。

22、(3)本發(fā)明的燃料電池堆中，由于相鄰的陰極板流道槽的深度呈現(xiàn)出深、淺交替變化，可以使得氣體在相鄰陰極板流道槽中的流速不同，可以促進(jìn)流速快的陰極板流道槽的槽間氣體流動(dòng)流經(jīng)脊下擴(kuò)散層，將脊下擴(kuò)散層中積聚的水吹向相鄰的流速慢的陰極板流道槽，并跟隨流道槽氣體排出，可防止因積水影響反應(yīng)的進(jìn)行，提高燃料電池的反應(yīng)速率。

技術(shù)特征：

1.一種燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括相疊設(shè)置的陰極單極板(1)和陽(yáng)極單極板(2)，二者之間形成冷卻水流場(chǎng)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，較深的陰極板流道槽(102)與較窄的陽(yáng)極板凸脊(201)的位置對(duì)應(yīng)，較淺的陰極板流道槽(102)與較寬的陽(yáng)極板凸脊(201)的位置對(duì)應(yīng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，較深的陰極板流道槽(102)在冷卻水流場(chǎng)側(cè)形成凸脊，較窄的陽(yáng)極板凸脊(201)在冷卻水流場(chǎng)側(cè)形成凹槽，所述凸脊嵌設(shè)貼合于對(duì)應(yīng)的所述凹槽中，形成嵌套結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，一個(gè)較寬的陽(yáng)極板凸脊(201)及其兩側(cè)的陽(yáng)極板流道槽(202)

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，較深的陰極板流道槽(102)的深度范圍為0.3-0.5mm，較淺的陰極板流道槽(102)的深度范圍為0.2-0.3mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，相鄰的兩個(gè)陰極板流道槽(102)的寬度相同；相鄰的兩個(gè)陰極板凸脊(101)的寬度相同、高度相同。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，較窄的陽(yáng)極板凸脊(201)的寬度范圍為0.5-1.0mm，較寬的陽(yáng)極板凸脊(201)的寬度范圍為0.6-1.2mm；所述陽(yáng)極板流道槽(202)的深度范圍為0.2-0.35mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，相鄰的兩個(gè)陽(yáng)極板凸脊(201)的高度相同；相鄰的兩個(gè)陽(yáng)極板流道槽(202)的寬度相同、深度相同。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述陰極單極板(1)和陽(yáng)極單極板(2)的加工方式包括沖壓成型、模壓成型、蝕刻成型。

10.一種燃料電池堆，包括串聯(lián)堆疊的雙極板和膜電極，其特征在于，所述雙極板為權(quán)利要求1-7任一所述的燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及燃料電池堆，包括相疊設(shè)置的陰極單極板和陽(yáng)極單極板，陰極單極板外側(cè)為空氣流場(chǎng)，在空氣流場(chǎng)側(cè)包括依次交錯(cuò)設(shè)置的多個(gè)陰極板凸脊和陰極板流道槽，相鄰的兩個(gè)陰極板流道槽的深度不同，多個(gè)陰極板流道槽的深度呈深、淺交錯(cuò)式分布；陽(yáng)極單極板外側(cè)為燃料氣體流場(chǎng)，陽(yáng)極單極板在燃料氣體流場(chǎng)側(cè)包括依次交錯(cuò)設(shè)置的多個(gè)陽(yáng)極板凸脊和陽(yáng)極板流道槽，相鄰的兩個(gè)陽(yáng)極板凸脊的寬度不同，多個(gè)陽(yáng)極板凸脊的寬度呈寬、窄交錯(cuò)式分布；多個(gè)陰極板流道槽與多個(gè)陽(yáng)極板凸脊的位置一一對(duì)應(yīng)；該雙極板的強(qiáng)度高，應(yīng)用于燃料電池堆時(shí)，可以提高電堆體積功率密度，提高燃料電池的反應(yīng)速率。

技術(shù)研發(fā)人員：張林松,楊宜勇,鄭子濤,潘永志,王朝云
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽明天氫能科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2