燃料电池双极板、燃料电池及动力系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种燃料电池双极板、燃料电池及动力系统。所述燃料电池双极板包括形成在双极板上的连续流道，所述连续流道包括曲线形流道，所述曲线形流道包括多个沿设定方向延伸的多个平行段和连接相邻平行段的连接段，且所述多个平行段的深度沿设定方向呈阶梯式变化。较之现有技术，本实用新型专利技术通过对燃料电池双极板的流道结构进行改良设计，使流道深度沿流体行进方向增大，特别是阶梯式增大，可以有效解决流体在双极板流道内流经过程中压力、浓度不均等问题，从而显著改善燃料电池的工作效率。

Fuel cell bipolar plate, fuel cell and power system

The utility model discloses a fuel cell bipolar plate, a fuel cell and a power system. The fuel cell bipolar plate includes a continuous flow channel formed on the bipolar plate, the continuous flow channel includes a curved flow channel, the curved flow channel includes a plurality of parallel sections extending along a set direction and a connection section connecting adjacent parallel sections, and the depth of the multiple parallel sections changes in a stepped manner along a set direction. Compared with the prior art, the utility model improves the structure of the flow passage of the fuel cell bipolar plate, so that the depth of the flow passage increases along the flow direction of the fluid, especially the step-by-step increase, which can effectively solve the problems of uneven pressure and concentration in the flow process of the fluid in the bipolar plate flow passage, thereby significantly improving the working efficiency of the fuel cell.

【技术实现步骤摘要】
燃料电池双极板、燃料电池及动力系统
本技术涉及一种燃料电池，特别是一种双极板的流道结构、双极板及其于燃料电池中的应用。
技术介绍
双极板又称集流板，是燃料电池的重要部件之一。双极板的主要功能是提供气体流道，防止电池气室中的氢气与氧气串通，并在串联的阴阳两极之间建立电流通路。目前常用的双极板材料大多选自炭质材料、金属材料或者金属与炭质的复合材料。其中，石墨双极板具有化学性质稳定、与MEA之间接触电阻小等优点。然而，现有的商业化燃料电池石墨板的流道基本都是U型走向，在纵向上深度相同，气体从石墨板一侧进入流道，从另一侧流出石墨板。当MEA工作时，氢气和氧气会穿过扩散层进行反应发生消耗，这样可能会导致氢气和氧气在进气口处的压力及浓度高于出气口处的压力，从而造成整张MEA(膜电极，membraneelectrodeassembly)上压力不均匀及气体浓度不均匀，进而降低MEA的实际效率。
技术实现思路
本技术的主要目的在于提供一种燃料电池双极板、燃料电池及动力系统，以克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本技术采用的技术方案包括：本技术实施例提供了一种燃料电池双极板，包括形成在双极板上的连续流道，所述连续流道的深度沿设定方向连续或阶梯式的增大，所述设定方向为流体在所述连续流道内的行进方向。在一些实施方案中，所述连续流道的深度沿设定方向阶梯式的增大。本技术实施例还提供了所述燃料电池双极板的应用，例如在制备燃料电池、动力系统及相应装置中的用途。较之现有技术，本技术通过对燃料电池双极板的流道结构进行改良设计，使流道深度沿流体行进方向增大，特别是阶梯式增大，可以有效解决流体在双极板流道内流经过程中压力、浓度不均等问题，从而显著改善燃料电池的工作效率。附图说明图1是本技术一典型实施例中一种燃料电池双极板流道结构的俯视图。图2是图1所示燃料电池双极板流道结构沿A-A向的剖视图。图3是本技术实施例1中燃料电池双极板的部分流道结构俯视图；图4是本技术实施例1中燃料电池双极板的部分流道结构立体图。具体实施方式为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。又及，需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本技术实施例提供了一种燃料电池双极板，包括形成在双极板上的连续流道，所述连续流道的深度沿设定方向连续或阶梯式的增大，所述设定方向为流体在所述连续流道内的行进方向。其中，所述连续流道的流体入口和流体出口可以分布于所述双极板的同一侧或不同侧，例如相对的两侧，但不限于此。在一些优选的方案中，所述连续流道的深度沿设定方向阶梯式的增大。在一些更为具体的实施案例中，请参阅图1所示，所述燃料电池双极板1上的连续流道10包括曲线形流道，所述曲线形流道10包括多个沿设定方向延伸的多个平行段101和连接相邻平行段的连接段102。进一步地，请参阅图2所示，所述多个平行段的深度沿设定方向呈阶梯式变化。更进一步地，一平行段内所有区域的深度相同或不同，优选为相同，以利于更方便、准确的加工。进一步地，沿所述的设定方向，所述多个平行段的深度变化满足如下计算公式：Hn＝αn-1H1其中，Hn是第n个平行段的深度，H1是第一个平行段的深度，k为系数因子，l为单个平行段的长度，d为相邻平行段的间距，n为平行段的数量。更进一步地，n、l、w、d还满足以下关系式：(n-1)d+nw＝l其中，w为单个平行段的宽度。通过前述的设计，可以消除连续流道内有流体经过时，连续流道内不同区域流体压力、浓度不均匀的缺陷。在一些应用例中，当将该实施例的燃料电池双极板与膜电极(MEA)配合工作时，输入所述连续流道内的氢气、氧气等在流体入口(亦可定义为进气口)处的压力及浓度将与流体出口(可定义为出气口)处的基本相等，从而避免MEA上不同部位压力、气浓度不均衡的问题，进而显著改善燃料电池的工作性能。前述膜电极(MEA)的定义如本领域技术人员已知的，可以理解为是包含阳极、阴极及电解质隔膜的一体结构。本实施例的燃料电池双极板包括石墨板等，但不限于此，例如还可以为金属材料、金属与炭质的复合材料的双极板等。相应的，本技术的一些实施例还提供了一类改良的燃料电池双极板，它具有前述改良的燃料电池双极板流道结构。进一步地，本技术的一些实施例还提供了一类燃料电池，包括电极、电解质隔膜与双极板等组件，其中所述的双极板采用所述改良的燃料电池双极板。更进一步地，在所述燃料电池中，电极与电解质隔膜可以一体设置，形成前述的膜电极(MEA)结构。进一步地，本技术的一些实施例还提供了一类动力系统，包括电机及电源，所述的电源包括所述的燃料电池。进一步地，本技术的一些实施例还提供了一类装置，包括所述的燃料电池或所述的动力系统。所述的装置包括但不限于电动车、电动船舶、电动飞行器等交通工具，亦可以是铲车、推土机、采矿机等工程机械，还可以是机械、电子加工设备等等。而所述燃料电池或所述动力系统在这些装置内的安装方式及使用方式均可以是已知的，此处不再赘述。以下将结合若干更为具体的实施例对本技术的技术方案作更为详尽的说明。实施例1：该实施例提供的燃料电池双极板的基本结构如图1、图2所示，其具有连续的曲线形流道，该曲线形流道包括多个沿流体流动方向延伸的n个平行段和连接相邻平行段的连接段。该n个平行段的深度沿设定方向呈阶梯式变化。进一步的，若定义该n个平行段的深度分别为H1、H2、...、Hn，则第n个平行段与第一个平行段的关系满足以下公式：Hn＝αn-1H1其中，k为系数因子，且在α中的各个参数均为常数时，系数α为常数。优选的，n、l、w、d应满足以下关系式：(n-1)d+nw＝l。同时请参阅图3及图4，前列各个公式中，各符号的含义及其单位分别如下：v[mL·s-1]：进气口气体流速；u[mol·cm-2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池双极板，包括形成在双极板上的连续流道，其特征在于：所述连续流道包括曲线形流道，所述曲线形流道包括多个沿设定方向延伸的多个平行段和连接相邻平行段的连接段，且所述多个平行段的深度沿设定方向呈阶梯式的增大，所述设定方向为流体在所述连续流道内的行进方向；/n并且，沿所述的设定方向，所述多个平行段的深度变化满足如下计算公式：/nH

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池双极板，包括形成在双极板上的连续流道，其特征在于：所述连续流道包括曲线形流道，所述曲线形流道包括多个沿设定方向延伸的多个平行段和连接相邻平行段的连接段，且所述多个平行段的深度沿设定方向呈阶梯式的增大，所述设定方向为流体在所述连续流道内的行进方向；
并且，沿所述的设定方向，所述多个平行段的深度变化满足如下计算公式：
Hn＝αn-1H1



其中，Hn是第n个平行段的深度，H1是第一个平行段的深度，k为系数因子，l为单个平行段的长度，d为相邻平行段的间距，n为平行段的数量。


2.如权利要求1所述燃料电池双极板，其特征在于：一平行段内所有区域的深度相同或不同。


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【专利技术属性】
技术研发人员：孙璟耀，王中奇，
申请(专利权)人：苏州天际创新纳米技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32