本发明专利技术提供了一种厚度补偿流场板及含有其的电堆结构与燃料电池，所述厚度补偿流场板中流场过渡区的厚度及流场活性区的厚度均大于流场交接区的厚度。本发明专利技术通过对现有技术中厚度一致的极板流场进行厚度补偿，使流场过渡区及流场活性区增厚并与膜电极中对应的区域厚度进行匹配，以便于在电堆结构中，相对应的各个区域的总厚度相等，进而保证了膜电极中的气体扩散层的变形量基本一致，膜电极三个区域中各部分组件所受到的压强和应力更加均匀一致，保护了膜电极中质子膜的机械强度和完整性，本发明专利技术以简单方便的手段大幅度地提高了耐久性，有效延长了电堆寿命。有效延长了电堆寿命。有效延长了电堆寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种厚度补偿流场板及含有其的电堆结构与燃料电池
[0001]本专利技术属于燃料电池领域，具体涉及一种厚度补偿流场板及含有其的电堆结构与燃料电池。
技术介绍
[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)由许多单电池组成，而每个单电池由膜电极和双极板两部分组成。双极板是PEMFC中的重要组成部分，其成本、重量分别占PEMFC的45％和80％。双极板的作用是分隔气体并通过流场将燃料反应气体导入燃料电池，收集并传导电流并支撑膜电极，同时还担负起整个电池系统的散热功能。膜电极由质子交换膜、催化剂层、边框以及气体扩散层组成。膜电极是燃料电池发电中心，是电化学反应发生场所，成本占据燃料电池的60％以上，因此膜电极直接决定了燃料电池的性能、寿命及成本上限。
[0003]目前，商用车燃料电池寿命为6000
‑
15000h，还达不到与内燃机相媲美的寿命要求，因此提升寿命是商用车燃料电池推广应用需要解决的最重要的问题之一；在实际运用中发现，对于石墨板电堆来说，其寿命的短板在于膜电极的寿命。具体地说，膜电极与边框结合处边缘发生的性能衰减最为严重，主要原因是边缘处的膜电极与边框结合处应力集中，对质子膜的剪切力过大造成了质子膜机械性能的下降；同时，在大电流密度条件下，膜电极生成的水较多，为防止膜电极因水淹而引起的氢饥饿问题，还需要极板能及时排出多余的液态水。
[0004]在电堆结构中，与膜电极直接接触的部件是双极板，若要解决膜电极与边框结合处应力集中以及水淹的问题，就要保证在电堆装配好后，膜电极的边缘处与其他部分受力一致，也就是说双极板与膜电极相匹配的部位需要结构匹配，同时极板还要有足够的自发排水能力，以防止膜电极在大电密条件下发生水淹。
[0005]CN113903961A公开了一种双极板组件及燃料电池，其中双极板组件包括双极板和调节件，双极板包括双极板主体以及设置于双极板主体的多个流道脊，任意相邻两个流道脊之间形成输送凹槽，输送凹槽用于输送流体；调节件用于调节输送凹槽的流体流量。燃料电池包括双极板组件；该专利技术实现了对输送凹槽内的流体流量进行调节，从而保证多个输送凹槽内流体流量的均匀性，提高了燃料电池的性能。
[0006]CN113921845A公开了一种用于燃料电池的双极板和具有其的燃料电池、车辆，所述双极板包括：对应布置的两个单极板，两个所述单极板均包括主反应区和位于所述主反应区的相对两侧的分配区，在所述分配区，所述单极板上设有朝外凸出的分配凸起，所述分配凸起为多个且间隔设置以限定出气体流道，两个所述单极板中的一个上设有朝内凹陷的加强凹槽，所述加强凹槽的底壁与另一个所述单极板的内底壁抵接；该专利技术的用于燃料电池的双极板，抗压能力强，可靠性高。同时可以有效地降低设计难度和制造难度，缩短设计周期，降低加工成本。
[0007]CN113571729A公开了一种燃料电池用双极板和电堆结构，该燃料电池用双极板包括：上下相对布置的阴极板和阳极板，在所述阴极板上设有阴极流场，在所述阳极板上设有
阳极流场，所述阴极流场和所述阳极流场均包括主反应区、进气过渡区和出气过渡区，所述进气过渡区和所述出气过渡区分别位于所述主反应区的前后两侧，所述进气过渡区和所述出气过渡区中的至少一个包括：第一过渡区和第二过渡区，所述第二过渡区设在所述第一过渡区朝向所述主反应区的一侧，所述第一过渡区的流道延伸方向和所述第二过渡区的流道延伸方向不同；该专利技术可以更好地调节过渡区的气体分配均匀性，提升燃料电池的性能。
[0008]上述专利考虑的均是通过改变极板的流场结构或其他特征结构来提高气体流动的均匀性以及极板结构强度，但都未综合考虑极板结构与膜电极相配合时，对其耐久性的影响。因此，尚需开发一种新的技术方案，使得双极板与膜电极形成的电堆结构能同时解决应力不均及排水的问题，大幅度提升耐久性。
技术实现思路
[0009]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种厚度补偿流场板及含有其的电堆结构与燃料电池，所述厚度补偿流场板中流场过渡区的厚度及流场活性区的厚度均大于流场交接区的厚度。本专利技术通过对现有技术中厚度一致的极板流场进行厚度补偿，使流场过渡区及流场活性区增厚并与膜电极中对应的区域厚度进行匹配，以便于在电堆结构中，相对应的各个区域的总厚度相等，进而保证了膜电极中的气体扩散层的变形量基本一致，膜电极三个区域中各部分组件所受到的压强和应力更加均匀一致，保护了膜电极中质子膜的机械强度和完整性，本专利技术以简单方便的手段大幅度地提高了耐久性，有效延长了膜电极及电堆结构的寿命。
[0010]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，一种厚度补偿流场板，所述厚度补偿流场板一侧表面的中部设置有流场，所述流场包括流场活性区，所述流场活性区的两端均依次设置有流场交接区及流场过渡区；
[0012]且所述流场过渡区的厚度及所述流场活性区的厚度均大于所述流场交接区的厚度。
[0013]本专利技术通过对现有技术中厚度一致的极板流场进行厚度补偿，使流场过渡区及流场活性区增厚，目的在于将流场的厚度与膜电极中各个对应区域的厚度进行匹配，以使得所述厚度补偿流场板与膜电极在形成电堆结构时，所述流场与膜电极各个对应区域各自的厚度之和均是相等的，进而能使膜电极中的气体扩散层的变形量基本一致，使膜电极三个区域中各部分组件所受到的压强和应力更加均匀一致，相比于现有技术中使用的流场厚度一致的极板来说，本专利技术更加有效地保护了膜电极里的质子膜的机械强度和完整性，能以简单方便的手段大幅度地提高了膜电极的耐久性，有效延长了电堆寿命。
[0014]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0015]作为本专利技术优选的技术方案，所述流场的厚度为300～800μm，例如300μm、350μm、400μm、450μm、500μm、550μm、600μm、650μm、700μm、750μm或800μm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0016]本专利技术中所述流场的最大和最小厚度应有所限制，即，流场交接区的厚度优选大于等于300μm；流场过渡区及所述流场活性区中的厚度最大值优选小于等于800μm。
[0017]作为本专利技术优选的技术方案，所述流场的表面粗糙度为1～5μm，例如1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm等，静态接触角为15～50
°
，例如15
°
、20
°
、25
°
、30
°
、35
°
、40
°
、45
°
或50
°
等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018]本专利技术优选通过对所述流场进行表面处理，如使用等离子喷枪喷涂处理10～30mi本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种厚度补偿流场板，其特征在于，所述厚度补偿流场板一侧表面的中部设置有流场，所述流场包括流场活性区，所述流场活性区的两端均依次设置有流场交接区及流场过渡区；所述流场过渡区的厚度及所述流场活性区的厚度均大于所述流场交接区的厚度。2.根据权利要求1所述的厚度补偿流场板，其特征在于，所述流场的厚度为300～800μm。3.根据权利要求1或2所述的厚度补偿流场板，其特征在于，所述流场的表面粗糙度为1～5μm，静态接触角为15～50
°
。4.根据权利要求1
‑
3任意一项所述的厚度补偿流场板，其特征在于，所述流场交接区包括脊槽结构；优选地，所述流场过渡区包括点阵结构和/或脊槽结构；优选地，所述流场活性区包括脊槽结构；优选地，所述脊槽结构包括直流道脊槽结构和/或蜿蜒流道脊槽结构；优选地，所述点阵结构中，点的直径为0.8～2mm，点间距为0.5～5mm；优选地，所述脊槽结构中的脊槽周期为0.5～2mm；优选地，所述蜿蜒流道脊槽结构中的蜿蜒周期为10～20mm，蜿蜒角为100～150
°
。5.根据权利要求1
‑
4任意一项所述的厚度补偿流场板，其特征在于，所述流场的两侧分别设置进口区与出口区；优选地，所述进口区包括冷却进口，以及分别设置于所述冷却进口上下两侧的阳极进口与阴极进口；优选地，所述出口区包括冷却出口，以及分别设置于所述冷却出口上下两侧的阴极出口与阳极出口。6.一种电堆结构，其特征在于，所述电堆结构包括膜电极，所述膜电极的一侧或两侧均设置有权利要求1
‑
5任意一项所述的厚度补偿流场板，所述厚度补偿流场板带有流场的一侧与所述膜电极接触；所述膜电极包括与所述流场活性区、所述流场交接区及所述流场过渡区分别对应的膜电极活性区、膜电极交接区及膜电极过渡区；所述流场交接区与所述膜电极交接区的厚度之和等于所述流场活性区与所述膜电极活性区的厚度之和等于所述流场过渡区与所述膜电极过渡区的厚度之和。7.根据权利要求6所述的电堆结构，其特征在于，所述膜电极的一侧设置有所述厚度补偿流场板时，所述厚度补偿流场板为阴极板；所述阴极板的流场交接区的厚度为第一基础厚度；所述阴极板的流场过渡区的厚度等于所...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩建，崔龙，米新艳，崔新然，孙宗华，郭轩成，何仕豪，苏中辉，
申请(专利权)人：一汽解放汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：
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