燃料电池的阴极板、双极板及燃料电池制造技术

本公开涉及一种燃料电池的阴极板、双极板及燃料电池，该阴极板沿其长度方向具有相对的第一端和第二端，在第一端设置有空气进口公共通道，在第二端设置有空气出口公共通道，阴极板具有相对的第一表面和第二表面，第一表面上设置有空气流场，以用于为燃料电池的电化学反应提供氧气，空气流场包括蛇形空气流道，该蛇形空气流道的进气端与空气进口公共通道连通、出气端与空气出口公共通道连通，蛇形空气流道自其进气端至出气端依次设置有相连通的第一流道段和第二流道段，第二流道段中每个流道的横截面积之和小于第一流道段中每个流道的横截面积之和。通过上述技术方案，本公开能够解决燃料电池电流密度不均匀及易发生水淹的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池的阴极板、双极板及燃料电池


[0001]本公开涉及燃料电池双极板
，具体地，涉及一种燃料电池的阴极板、双极板及燃料电池。

技术介绍

[0002]双极板作为燃料电池的核心部件，承担进气分配、冷却散热等任务，其流场设计直接影响电池的传热传质性能，对燃料电池的发电效率有着重要影响。相关技术中，双极板的阴极板上设置有空气流场，以为燃料电池的电化学反应提供氧气，然而随着氧气参与电化学反应，在空气流场中的氧气浓度分布不均匀，会造成燃料电池电流密度不均匀以及性能降低，且燃料电池在高密度下运行时，电池阴极催化层会产生大量的水，如果不及时排出，将造成水淹，严重阻碍了反应物的传递从而导致剧烈的浓差极化，降低电堆的净输出性能，同时使得燃料电池电流密度的不均匀分布加剧。

技术实现思路

[0003]本公开的目的是提供一种燃料电池的阴极板、双极板及燃料电池，该燃料电池的阴极板能够解决燃料电池电流密度不均匀及易发生水淹的问题。
[0004]为了实现上述目的，本公开提供一种燃料电池的阴极板，所述阴极板沿其长度方向具有相对的第一端和第二端，在所述第一端设置有空气进口公共通道，在所述第二端设置有空气出口公共通道，所述阴极板具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面上设置有空气流场，以用于为燃料电池的电化学反应提供氧气，所述空气流场包括蛇形空气流道，该蛇形空气流道的进气端与所述空气进口公共通道连通、出气端与所述空气出口公共通道连通，所述蛇形空气流道自其进气端至出气端依次设置有相连通的第一流道段和第二流道段，所述第二流道段中每个流道的横截面积之和小于所述第一流道段中每个流道的横截面积之和。
[0005]可选地，所述第一流道段包括多组并排设置且同向延伸的第一流道组，所述第一流道组包括至少两个并排设置且同向延伸的第一流道，所述第二流道段包括多个并排设置且同向延伸的第二流道，多组所述第一流道组与多个所述第二流道一一对应，且所述第一流道组与对应的所述第二流道相互连通，所述第二流道的横截面积小于所述第一流道组中每个所述第一流道的横截面积之和。
[0006]可选地，所述蛇形空气流道具有多个拐点，以使得所述蛇形空气流道在所述拐点处改变流通方向，所述第一流道段和所述第二流道段的连通处形成其中一个所述拐点，且在所述第一流道段和所述第二流道段形成的所述拐点处，所述第一流道组中的多个第一流道汇合后与对应的所述第二流道连通。
[0007]可选地，所述第二流道的横截面积等于所述第一流道的横截面积。
[0008]可选地，所述第一流道段包括至少两个沿所述宽度方向并排设置且均沿所述长度方向延伸的第一纵向流道段和至少一个沿所述宽度方向延伸的第一横向流道段，所述第一
纵向流道段和所述第一横向流道段依次交替连通，所述第二流道段包括至少一个沿所述长度方向延伸的第二纵向流道段和至少一个沿所述宽度方向延伸的第二横向流道段，位于所述第一流道段上游端的所述第一纵向流道段与所述进气端连通，位于所述第一流道段下游端的所述第一纵向流道段与位于所述第二流道段上游端的所述第二横向流道段连通，位于所述第二流道段下游端的所述第二纵向流道段与所述出气端连通。
[0009]可选地，所述第一纵向流道段和所述第二纵向流道段均包括折线形流道段和位于所述折线形流道段两端的两个直线形流道段，多个所述折线形流道段形成呈矩形的折线形流场区域，所述空气流场位于所述折线形流场区域两侧的流场区域形成两个呈矩形的直线形流场区域，所述折线形流场区域的面积与两个所述直线形流场区域的面积之和的比值为1～4:1。
[0010]可选地，所述阴极板的第二表面上设置有冷却液流场，以用于与阳极板的光面对接后形成双极板冷却液通道，所述冷却液流场包括沿所述阴极板的长度方向并排设置的多个独立的冷却液流道，所述冷却液流道在所述阴极板的宽度方向上具有相对的进液端和出液端，所述阴极板在所述宽度方向上的端部对应每个所述进液端均设置有一个与该进液端连通的冷却液入口公共通道且对应每个所述出液端均设置有一个与该出液端连通的冷却液出口公共通道。
[0011]可选地，所述冷却液流道包括关于所述宽度方向对称设置的两个多蛇形冷却液流道，且该两个多蛇形冷却液通道共用所述冷却液流道的进液端和出液端，所述多蛇形冷却液通道包括关于所述长度方向对称设置且首尾连通的两个蛇形冷却液通道，所述蛇形冷却液流道包括多个沿所述长度方向并排设置且均沿所述宽度方向延伸的第三纵向流道段和多个沿所述长度方向延伸的第三横向流道段，所述第三纵向流道段和所述第三横向流道段依次交替连通。
[0012]本公开的另一方面还提供一种燃料电池的双极板，所述双极板包括阳极板和上述的阴极板，所述阴极板的第二表面上设置有冷却液流场，所述阳极板具有相对的第一面和第二面，所述第一面构造为光面且与所述阴极板的第二表面对接以形成双极板冷却液通道，所述第二面上设置有氢气流场，以用于为燃料电池的电化学反应提供氢气。
[0013]本公开的又一方面还提供一种燃料电池，包括上述的燃料电池的双极板。
[0014]通过上述技术方案，即本公开提供的燃料电池的阴极板，利用靠近出气端的第二流道段中每个流道的横截面积之和小于靠近进气端的第一流道段中每个流道的横截面积之和，能够解决燃料电池电流密度不均匀及易发生水淹的问题。具体的，燃料电池在工作时，空气经由空气进口公共通道、蛇形空气流道的进气端进入第一流道段，当从第一流道段流至第二流道段时，由于第二流道段中每个流道的横截面积之和小于第一流道段中每个流道的横截面积之和，所以随着流道横截面积的减小，流至第二流道段中的空气流速变大，进而能够提高第二流道段中氧气浓度并加强氧气向催化层扩散，由此避免氧气浓度随着空气流动而降低导致的电流密度分布不均，同时由于第二流道段中的空气流速加快，亦能够快速带走第二流道段中累积产生的水分，以防止靠近出气端部分发生水淹。综上所述，本公开提供的燃料电池的阴极板能够解决燃料电池电流不均匀及易发生水淹的问题，同时能够提高燃料电池的性能和可靠性。
[0015]本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0016]附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
[0017]图1是本公开示例性实施方式中提供的燃料电池的阴极板的空气流场的结构示意图；
[0018]图2是图1中A位置的局部放大示意图；
[0019]图3是图1中B位置的局部放大示意图；
[0020]图4是本公开示例性实施方式中提供的燃料电池的阴极板的空气流场的流动方向示意图；
[0021]图5是本公开示例性实施方式中提供的燃料电池的阴极板的冷却液流场的结构示意图；
[0022]图6是图5中C位置的局部放大示意图。
[0023]附图标记说明
[0024]1‑
空气进口公共通道；2
‑
空气出口公共通道；3
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池的阴极板，其特征在于，所述阴极板沿其长度方向具有相对的第一端和第二端，在所述第一端设置有空气进口公共通道(1)，在所述第二端设置有空气出口公共通道(2)，所述阴极板具有相对的第一表面(3)和第二表面(4)，所述第一表面(3)上设置有空气流场，以用于为燃料电池的电化学反应提供氧气，所述空气流场包括蛇形空气流道(5)，该蛇形空气流道(5)的进气端(501)与所述空气进口公共通道(1)连通、出气端(502)与所述空气出口公共通道(2)连通，所述蛇形空气流道(5)自其进气端(501)至出气端(502)依次设置有相连通的第一流道段(510)和第二流道段(520)，所述第二流道段(520)中每个流道的横截面积之和小于所述第一流道段(510)中每个流道的横截面积之和。2.根据权利要求1所述的燃料电池的阴极板，其特征在于，所述第一流道段(510)包括多组并排设置且同向延伸的第一流道组，所述第一流道组包括至少两个并排设置且同向延伸的第一流道(511)，所述第二流道段(520)包括多个并排设置且同向延伸的第二流道(521)，多组所述第一流道组与多个所述第二流道(521)一一对应，且所述第一流道组与对应的所述第二流道(521)相互连通，所述第二流道(521)的横截面积小于所述第一流道组中每个所述第一流道(511)的横截面积之和。3.根据权利要求2所述的燃料电池的阴极板，其特征在于，所述蛇形空气流道(5)具有多个拐点，以使得所述蛇形空气流道(5)在所述拐点处改变流通方向，所述第一流道段(510)和所述第二流道段(520)的连通处形成其中一个所述拐点，且在所述第一流道段(510)和所述第二流道段(520)形成的所述拐点处，所述第一流道组中的多个所述第一流道(511)汇合后与对应的所述第二流道(521)连通。4.根据权利要求2所述的燃料电池的阴极板，其特征在于，所述第二流道(521)的横截面积等于所述第一流道(511)的横截面积。5.根据权利要求1所述的燃料电池的阴极板，其特征在于，所述第一流道段(510)包括至少两个沿所述宽度方向并排设置且均沿所述长度方向延伸的第一纵向流道段(512)和至少一个沿所述宽度方向延伸的第一横向流道段(513)，所述第一纵向流道段(512)和所述第一横向流道段(513)依次交替连通，所述第二流道段(520)包括至少一个沿所述长度方向延伸的第二纵向流道段(522)和至少一个沿所述宽度方向延伸的第二横向流道段(523)，位于所述第一流道段(510)上游端的所述第一纵向流道段(512)与所述进气端(501)连通，位于所述第一流道段(510)下游端的所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪成伟，张彦辉，
申请(专利权)人：北京远大信达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：