【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，具体涉及一种用于pemfc的双极板及其装配方法。
技术介绍
1、近年来，由于全球工业化进程的加速，化石燃料的消费量一直保持在较高水平。然而，在化石燃料的能量转换过程中，使得全球环境日益恶化，如温室效应和酸雨，已经显著威胁着人类的生存。在碳中和的目标背景下，大力发展清洁能源是当前重中之重。其中，氢能是清洁能源中最重要的一环，而燃料电池是氢能源产业的关键环节。美欧日韩等国均大力开展燃料电池在汽车等各种应用的研究，在技术水平和示范运行规模方面均处于领先优势。我国对燃料电池汽车及其相关技术提出了明确的发展规划。目前已在多地开展示范运营，这标志着燃料电池产业在我国已形成一定规模。由于质子交换膜燃料电池(pemfc)具有低污染、高功率密度、高能量转换效率、对负载变化的快速响应、低噪音、启动时间短和低工作温度等的优势，使其成为解决交通行业带来的环境污染、资源和能源短缺问题的有效方案之一。
2、质子交换膜燃料电池作为一种通过氢气和氧气电化学反应直接将化学能转化为电能的高效能量转换装置，因其发电过程中不用燃烧，不受卡诺循环限制，因而具有能量转化率高，环境友好等特点，应用前景广阔、潜力巨大，被广泛应用于便携式设备、交通及固定发电等领域。双极板的功能是在电池之间有效地传输电流，提供气体反应物，并为电池提供结构支撑。对于双极板的材质，必须不透水、耐用、耐腐蚀，并且是电和热的良好导体。目前，双极板的制造材料主要是复合材料、石墨或金属。
3、在现有技术中，双极板中的反应物流道设计是燃料电池系统开发中最活跃的研
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种用于pemfc的双极板及其装配方法，解决以下技术问题：
2、如何提升燃料电池的输出性能、寿命和能耗？
3、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
4、第一方面，本专利技术公开了一种用于的双极板，包括叠装为一体式的阴极板和阳极板，所述阴极板和阳极板相互远离的一侧均设置有气体流场，所述气体流场包括多组依次连通的流道进气区、主流道和流道出气区，其中，主流道内分隔为多组分配流道，分配流道呈具有多个折角拐点的折线形，且主流道与流道进气区、流道出气区的连接处均设置有多个圆形凸台；
5、在阴极板上设有与自身的流道进气区入口相连的空气入口以及与自身流道出气区出口相连通的空气出口；在阳极板上设有与自身的流道进气区入口相连的氢气入口以及与自身的流道出气区出口相连通的氢气出口。
6、在本专利技术更进一步的方案中：所述阴极板的一端开设有阴极板空气入孔和阴极板氢气入孔,另一端开设有阴极板空气出孔和阴极板氢气出孔；所述阳极板的一端开设有分别与阴极板空气入孔和阴极板氢气入孔对应连通的阳极板空气入孔和阳极板氢气入孔，另一端开设有分别与阴极板空气出孔和阴极板氢气出孔对应连通的阳极板空气出孔和阳极板氢气出孔；
7、其中，阴极板空气入孔与阳极板空气入孔合并形成了空气流入区,阴极板氢气入孔和阳极板氢气入孔合并形成了氢气流入区，阴极板空气出孔和阳极板空气出孔合并形成了空气流出区，阴极板氢气出孔和阳极板氢气出孔合并形成了氢气流出区；
8、空气流入区与空气入口连通，空气流出区与空气出口连通；氢气流入区与氢气入口连通，氢气流出区与氢气出口连通。
9、在本专利技术更进一步的方案中：在阴极板与阳极板的相叠侧设置有多组并列排布的空气入口隔条、空气出口隔条、氢气入口隔条、氢气出口隔条；
10、其中：每根空气入口隔条连接于阴极板空气入孔与空气入口之间，相邻的两空气入口隔条之间形成了气体流道；每根空气出口隔条连接于阴极板空气出孔与空气出口之间，相邻的两空气出口隔条之间形成了气体流道；每根氢气入口隔条连接于阴极板氢气入孔与阳极板氢气入孔之间，相邻的两氢气入口隔条之间形成了气体流道；每根氢气出口隔条连接于阴极板氢气出孔与阳极板氢气出孔之间，相邻的两氢气出口隔条之间形成了气体流道。
11、在本专利技术更进一步的方案中：在阴极板的一端还开设有阴极板水入孔，另一端开设有阴极板水出孔，在阳极板上分别开设有与对应连通的阳极板水入孔以及和阴极板水出孔连通的阳极板水出孔；其中，阴极板水入孔和阳极板水入孔合并形成了水流入区，阴极板水出孔和阳极板水出孔合并形成了水流出区，在阴极板与阳极板的相叠侧设置有水流道；水流入区与水流道入口连通，水流出区与水流道出口连通。
12、在本专利技术更进一步的方案中：在阴极板与阳极板的相叠侧设置有多组并列排布的水入口隔条和水出口隔条，其中，每根水入口隔条连接于水流道与阴极板水入孔之间，相邻的两水入口隔条之间形成了水流道；每根水出口隔条连接于水流道与阴极板水出孔之间，相邻的两水出口隔条之间形成了水流道。
13、在本专利技术更进一步的方案中：所述阴极板水入孔位于阴极板空气入孔与阴极板氢气入孔之间，所述阴极板水出孔位于阴极板空气出孔与阴极板氢气出孔之间。
14、在本专利技术更进一步的方案中：所述水流道为直线形。
15、在本专利技术更进一步的方案中：所述流道进气区与流道出气区均为蛇形。
16、在本专利技术更进一步的方案中：所述空气流入区与空气流出区分布于阴极板的对角，所述氢气流入区与氢气流出区也分布于阴极板的对角。
17、第二方面，本专利技术还公开了一种如上所述的用于pemfc的双极板的装配方法，包括如下步骤：
18、在所述阴极板与阳极板的外表面分别叠装膜电极。
19、本专利技术的有益效果：
20、(1)在使用本专利技术的用于pemfc的双极板时，以阴极板侧的气体流场为例，氢气流入区的氢气通过阳极板与阴极板的叠装侧的氢气气体流道流出至氢气入口，再从氢气入口中分别均匀流入多组流道进气区中，氢气在流道进气区中沿着蛇形轨迹流动至主流道的左端，可以延长氢气的流动时间，促进氢气与膜电极发生电化学反应；
21、(2)电化学反应生成的水会穿过膜电极而排出气体流场，由于主流道分隔为多个分配流道且主流道的进出口处均设有多个圆形凸台，同时分配流道设置为折线形，因此，氢气从流道进气区中进入时，以及从主流道中流出至流道出气区中时会经过圆形凸台，可以实现氢气流体的均一分配，并增加氢气以及电化学反应生成的水的阻力，从而将水尽快排出，提高氢气的传输效率；
22、(3)氢气经过主流道的多个拐点需要消耗更长的时间，可以进一步延缓氢气的流出时间，促进氢气与膜电极之间的充分反应，提高能量转化效率，减少能量损失，提升能耗，同时提高燃料电池的性能的稳定性，延长其使用寿命。
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1.一种用于PEMFC的双极板，其特征在于，包括叠装为一体式的阴极板(100)和阳极板(200)，所述阴极板(100)和阳极板(200)相互远离的一侧均设置有气体流场(300)，所述气体流场(300)包括多组依次连通的流道进气区(301)、主流道(302)和流道出气区(303)，其中，主流道(302)内分隔为多组分配流道(302A)，分配流道(302A)呈具有多个折角拐点的折线形，且主流道(302)与流道进气区(301)、流道出气区(303)的连接处均设置有多个圆形凸台(302B)；
2.根据权利要求1所述的用于PEMFC的双极板，其特征在于，所述阴极板(100)的一端开设有阴极板空气入孔(101A)和阴极板氢气入孔(103A),另一端开设有阴极板空气出孔(101B)和阴极板氢气出孔(103B)；所述阳极板(200)的一端开设有分别与阴极板空气入孔(101A)和阴极板氢气入孔(103A)对应连通的阳极板空气入孔(201A)和阳极板氢气入孔(203A)，另一端开设有分别与阴极板空气出孔(101B)和阴极板氢气出孔(103B)对应连通的阳极板空气出孔(201B)和阳极板氢
3.根据权利要求2所述的用于PEMFC的双极板，其特征在于，在阴极板(100)与阳极板(200)的相叠侧设置有多组并列排布的空气入口隔条(105A)、空气出口隔条(105B)、氢气入口隔条(106A)、氢气出口隔条(106B)；
4.根据权利要求3所述的用于PEMFC的双极板，其特征在于，在阴极板100的一端还开设有阴极板水入孔(102A)，另一端开设有阴极板水出孔(102B)，在阳极板(200)上分别开设有与(102)对应连通的阳极板水入孔(202A)以及和阴极板水出孔(102B)连通的阳极板水出孔(202B)；其中，阴极板水入孔(102A)和阳极板水入孔(202A)合并形成了水流入区，阴极板水出孔(102B)和阳极板水出孔(202B)合并形成了水流出区，在阴极板(100)与阳极板(200)的相叠侧设置有水流道(400)；水流入区与水流道(400)入口连通，水流出区与水流道(400)出口连通。
5.根据权利要求4所述的用于PEMFC的双极板，其特征在于，在阴极板100与阳极板200的相叠侧设置有多组并列排布的水入口隔条(107A)和水出口隔条(107B)，其中，每根水入口隔条(107A)连接于水流道400与阴极板水入孔(102A)之间，相邻的两水入口隔条(107A)之间形成了水流道；每根水出口隔条(107B)连接于水流道(400)与阴极板水出孔(102B)之间，相邻的两水出口隔条(107B)之间形成了水流道。
6.根据权利要求5所述的用于PEMFC的双极板，其特征在于，所述阴极板水入孔(102A)位于阴极板空气入孔(101A)与阴极板氢气入孔(103A)之间，所述阴极板水出孔(102B)位于阴极板空气出孔(101B)与阴极板氢气出孔(103B)之间。
7.根据权利要求6所述的用于PEMFC的双极板，其特征在于，所述水流道(400)为直线形。
8.根据权利要求1所述的用于PEMFC的双极板，其特征在于，所述流道进气区(301)与流道出气区(303)均为蛇形。
9.根据权利要求2所述的用于PEMFC的双极板，其特征在于，所述空气流入区与空气流出区分布于阴极板(100)的对角，所述氢气流入区与氢气流出区也分布于阴极板(100)的对角。
10.一种基于权利要求1-9任一所述的用于PEMFC的双极板的装配方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于pemfc的双极板，其特征在于，包括叠装为一体式的阴极板(100)和阳极板(200)，所述阴极板(100)和阳极板(200)相互远离的一侧均设置有气体流场(300)，所述气体流场(300)包括多组依次连通的流道进气区(301)、主流道(302)和流道出气区(303)，其中，主流道(302)内分隔为多组分配流道(302a)，分配流道(302a)呈具有多个折角拐点的折线形，且主流道(302)与流道进气区(301)、流道出气区(303)的连接处均设置有多个圆形凸台(302b)；
2.根据权利要求1所述的用于pemfc的双极板，其特征在于，所述阴极板(100)的一端开设有阴极板空气入孔(101a)和阴极板氢气入孔(103a),另一端开设有阴极板空气出孔(101b)和阴极板氢气出孔(103b)；所述阳极板(200)的一端开设有分别与阴极板空气入孔(101a)和阴极板氢气入孔(103a)对应连通的阳极板空气入孔(201a)和阳极板氢气入孔(203a)，另一端开设有分别与阴极板空气出孔(101b)和阴极板氢气出孔(103b)对应连通的阳极板空气出孔(201b)和阳极板氢气出孔(203b)；
3.根据权利要求2所述的用于pemfc的双极板，其特征在于，在阴极板(100)与阳极板(200)的相叠侧设置有多组并列排布的空气入口隔条(105a)、空气出口隔条(105b)、氢气入口隔条(106a)、氢气出口隔条(106b)；
4.根据权利要求3所述的用于pemfc的双极板，其特征在于，在阴极板100的一端还开设有阴极板水入孔(102a)，另一端开设有阴极板水出孔(102b)，在阳极板(200)上分别开设有与(102)对应连通的阳极板水入孔(202a)以及和阴极板水出孔(102b)连通的阳极...
【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，王远亮，孙悦，张林松，潘永志，王朝云，
申请(专利权)人：安徽明天氢能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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