燃料电池极板结构、燃料电池双极板及燃料电池电堆的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池极板结构、燃料电池双极板及燃料电池电堆。


背景技术：

2.质子交换膜燃料电池具有高效率、高比能量、低污染的特点，双极板是燃料电池的重要组成部分，双极板起到支撑膜电极、隔离反应物、收集并传导电流的作用，同时还负责整个电池系统的散热功能，燃料气和氧化气从双极板的入口进入经过流道后从出口流出。相关技术中，双极板的流场分配不均，不同流道内气体的流量差异较大，导致整板的利用率较低，以及电堆压装过程中受力不均。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种燃料电池极板结构，能够提高双极板气体分配的均匀度，使整板得到充分利用。
4.本实用新型还提出一种具有上述燃料电池极板结构的燃料电池双极板。
5.根据本实用新型的第一方面实施例的燃料电池极板结构，包括：
6.过桥入口与过桥出口；
7.流场，包括多条并列设置的流道；
8.分配部，设置有两个，两个所述分配部分别位于所述流场的两端，每一所述流道的两端分别与两个所述分配部连通，两个所述分配部分别与所述过桥入口和所述过桥出口连通，所述分配部包括多条分配链，多条所述分配链沿所述流道的朝向间隔分布，所述分配部中的多个分配链沿远离所述过桥入口或过桥出口的方向，每一所述分配链均包括多个沿所述流道的排列方向间隔排布的分配凸起，相邻的所述分配凸起之间形成分配间隙，每一所述分配链的始端与末端沿所述流道的排列方向均逐渐靠近所述过桥入口或过桥出口，沿所述流道的排列方向，位于中间区域的所述分配间隙的密集度不大于位于两侧的所述分配间隙的密集度。
9.根据本实用新型实施例的燃料电池极板结构，至少具有如下有益效果：
10.本实用新型实施例中的燃料电池极板结构，设置分配部对进入流场的气体进行分配，分配链由多个分配凸起组成，便于加工，多条分配链能够将过桥入口处的气体分别输送至流场的近端、中间区域及远端，使不同流道内的气体流量更加均匀，气体能够在流道内充分反应，提高燃料电池极板整板的利用率。
11.根据本实用新型的一些实施例，至少部分靠近所述过桥入口或所述过桥出口的所述分配链均包括导向凸起，所述导向凸起位于所述分配链的始端，所述导向凸起具有相互连接的第一导向段与第二导向段，所述第一导向段朝向所述流道的延伸方向并延伸至所述过桥入口或过桥出口，所述第二导向段朝向所述流道的排列方向延伸。
12.根据本实用新型的一些实施例，相邻所述第一导向段之间具有多条间隔排列的引
流通道，所述引流通道的一端与所述过桥入口或所述过桥出口连通，所述引流通道的另一端与所述分配间隙连通。
13.根据本实用新型的一些实施例，至少部分靠近所述过桥入口或所述过桥出口的所述分配链内，所述分配凸起具有导向斜坡，沿所述流道的排列方向，所述导向斜坡朝靠近所述过桥入口或所述过桥出口的方向倾斜。
14.根据本实用新型的一些实施例，沿所述流道的排列方向，至少部分所述分配链中，位于所述分配链末端的若干所述分配凸起的两侧具有导向面，所述导向面为弧面或者斜面。
15.根据本实用新型的一些实施例，沿所述流道的排列方向，位于所述分配链末端的多个所述分配凸起之间的间隔与所述流道之间的间隔相同。
16.根据本实用新型的一些实施例，还包括密封环，所述密封环围设于所述分配部与所述流场的外部。
17.根据本实用新型的一些实施例，还包括气体入口和气体出口，所述气体入口与所述气体出口位于所述密封环的外部，所述气体入口能够与所述过桥入口连通，所述气体出口能够与所述过桥出口连通。
18.根据本实用新型的第二方面实施例的燃料电池双极板，包括至少一个第一方面实施例的燃料电池极板结构。
19.根据本实用新型的第三方面实施例的燃料电池电堆，包括：
20.多个第二方面实施例的燃料电池双极板；
21.膜电极，设置有多个，多个所述膜电极与所述燃料电池双极板交替层叠设置。
22.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
23.下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，其中：
24.图1为本实用新型燃料电池电极板结构一个实施例的结构示意图；
25.图2为图1中部分流场与分配部的结构示意图；
26.图3为图2中分配部的放大图。
27.附图标记：
28.过桥入口100；过桥出口200；流场300，流道310；分配部400，分配链410，分配凸起411，导向斜坡4111，导向面4112，分配间隙412，导向凸起413，第一导向段4131，第二导向段4132，引流通道420；密封环500；气体入口600；气体出口700。
具体实施方式
29.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
30.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、
右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
31.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
32.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
33.本实用新型的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
34.本实用新型的实施例中提供了一种燃料电池极板结构，参照图1与图2，燃料电池极板结构包括过桥入口100、过桥出口200与流场300，过桥入口100用于供气体流入流场300，过桥出口200用于供气体从流场300排出，流场300包括多条并列设置的流道310，流道310供气体流动并对气体的流动进行导向；燃料电池极板结构还包括分配部400，分配部400设置有两个，两个分配部400分别位于流场300的两端，并且每一流道310的两端分别与两个分配部400连通，两个分配部400分别与过桥入口100和过桥出口200连通，从过桥入口100进入的气体经过分配部400的分配，使气体均匀进入流场300的每一流道310内，流道310内的气体流动至另一分配部400汇集，并从过桥出口200处排出。
35.具体的，分配部400包括多条分配链410，多条分配链410沿流道310的朝向间隔分布，从而每条分配链410之间形成可供气体流动的通道，每条分配链410均包括多个沿流道310的排列方向间隔排布的分配凸起411，相邻的分配凸起411之间形成分配间隙412，气体可以从相邻分配链410之间的通道进入分配链410内的分配间隙412，并通过分配间隙412进入下一分配链410内，以使进入分配部400的气体，能够逐级通过不同的分配链410，并得到充分的分配。
36.另外，双极板中的过桥入口100或过桥出口200一般设置于极板的侧部，气体流动至极板远离过桥入口100与过桥出口200的一侧流动距离较长，为避免极板两侧的气体分布不均，分配部400中的多个分配链410沿远离过桥入口100或者过桥出口200的方向，每一分配链410的始端与末端均沿流道310的排列方向逐渐靠近过桥入口100或者过桥出口200。需要说明的是，分配链410靠近过桥入口100或者过桥出口200的一端为始端，远离过桥入口100或过桥出口200的一端为末端，以与过桥入口100连通的分配部400为例，如图2所示，沿流道310的延伸方向，距过桥入口100较近的分配链410的始端，相较于距过桥入口100较远的分配链410的始端，在流道310的安排方向上更远离过桥入口100；并且沿流道310的延伸方向，距过桥入口100较近的分配链410的末端，相较于距过桥入口100较远的分配链410的末端，在流道310的安排方向上更远离过桥入口100。从过桥入口100处流入的气体可以首先
沿最接近的一级分配链410快速向远离过桥入口100的一侧流动，使气体能够分配至流场300远离过桥入口100的位置，避免由于传输距离较长，导致气体分配不均；由于分配链410始端的位置沿流道310的排列方向变化，使从过桥入口100不同位置进入分配部400的气体能够进入不同的分配链410进行分配，提高了分配部400对气体的分配效率；分配链410的末端沿流道310的排列方向逐渐靠近过桥入口100，用于使气体流动的最远端逐渐靠近过桥入口100，从而避免过多的气体分配至流场300的一侧，提高气体分配的均匀度。
37.气体通过过桥入口100时，具有中间流量高，两侧流量低的特点，为避免气体进入流场300后，出现气体中间多、两侧少的情况，本实用新型中，沿流道310的排列方向上，位于流场300中间区域的分配间隙412的密集度，不大于位于流场300两侧的分配间隙412的密集度，也就是流场300中的分配间隙412具有中间少，两侧多的趋势，可以增大气体在流场300两侧的分配量，以中和气体在过桥入口100处流量不均的情况，使气体的分配更为均匀。另外，为了进一步增大流场300两侧气体的流量，位于流场300两侧的流道310直接与过桥入口100连通，如图2所示，过桥入口100的左侧直接与多条流道310连通，使过桥入口100左侧的气体可以直接进入流场300左侧的流道310中，过桥入口100右侧的气体可以在第一级分配链410的导向下，流动至流场300最右侧的流道310内，以充分利用过桥入口100两侧的气体，提高气体在流场300两侧分布的均匀度。
38.从而，本实用新型实施例中的燃料电池极板结构，设置分配部400对进入流场300的气体进行分配，分配链410由多个分配凸起411组成，便于加工，多条分配链410能够将过桥入口100处的气体分别输送至流场300的近端、中间区域及远端，使不同流道310内的气体流量更加均匀，气体能够在流道310内充分反应，提高燃料电池极板整板的利用率。
39.需要说明的是，上述的燃料电池极板结构，可以是燃料电池双极板中的阴极板，分配部400与流场300设置于阴极板的正面，流场300用于供空气、氧气等气体流动，也可以是燃料电池双极板中的阳极板，分配部400与流场300设置于阳极板的正面，流场300用于供氢气流动。过桥入口100与过桥出口200设置于极板相对的边角处，并且过桥入口100与过桥出口200的形状、大小相同，以使过桥出口200与过桥入口100处的压降稳定，避免出现电堆压装过程中受力不稳的情况。
40.参照图3，至少部分靠近过桥入口100或者过桥出口200的分配链410内包括导向凸起413，导向凸起413位于分配链410的始端，导向凸起413具有相互连接的第一导向段4131与第二导向段4132，第一导向段4131朝向流道310的延伸方向并延伸至过桥入口100或过桥出口200处，第二导向段4132朝向流道310的排列方向。导向凸起413用于对进入分配部400的气体进行导向，气体进入分配部400后受第一导向段4131的导向作用向流场300的右侧流动，在第二导向段4132的导向作用下沿相邻分配链410之间的通道流动，使气体能过通过不同分配链410以及不同分配间隙412流动至不同位置的流道310，使气体的分布更为均匀，并且，由于过桥入口100位于极板的左侧，设置导向凸起413可以对气体进行分流，将气体分配至流场300的右侧，避免过多气体直接流动至左侧的流道310，进一步提高气体分配的均匀度。
41.相邻的第一导向段4131之间具有多条间隔排列的引流通道420，引流通道420的一端与过桥入口100或过桥出口200连通，引流通道420的另一端与分配间隙412连通，多条引流通道420同时对气体进行导向，将气体分别导入每一级的分配链410，使气体能够沿不同
的分配链410流动，并且设置多条引流通道420，可以提高每一级分配链410对气体的导流量。需要说明的是，引流通道420远离过桥入口100或者过桥出口200的一端应延伸至相邻分配链410之间所形成的通道内，使气体可以直接沿该通道流动，并且相邻的两个分配链410正是用于对引流通道420进行限位的两个第一导向段4131所在的分配链410。
42.至少部分靠近过桥入口100或者过桥出口200的分配链410内，分配凸起411具有导向斜坡4111，沿流道310的排列方向，导向斜坡4111朝靠近过桥入口100或过桥出口200的方向倾斜，通过设置导向斜坡4111，使每一级的分配链410在向流场300的远端(远离过桥入口100的一侧)传输气体的同时，使气体能够在导向斜坡4111的导向作用下，向流场300的近端(靠近过桥入口100的一侧)流动，从而将气体均匀输送至流场300的不同区域。需要说明的是，分配凸起411可以设置为平行四边形，使分配凸起411的两侧均具有导向斜坡4111，相邻分配凸起411可以共同对气体进行导向，使气体能够沿分配间隙412流动的同时，逐渐靠近过桥入口100。
43.本实用新型的一个实施例中，前四级的分配链410中，位于分配链410中间部分的分配凸起411均呈平行四边形，并且前两级的分配链410中的导向凸起413大于后两级的分配链410中的导向凸起413，从而使前两级分配链410中分配间隙412的密集度小于后两级分配链410中分配间隙412的密集度，以增大气体向流场300远端的输送量，并兼顾气体向流场300中间区域以及近端的流动，使气体的分布更为均匀。
44.另外，沿流道310的排列方向，至少部分的分配链410中，位于分配链410末端的若干分配凸起411的两侧具有导向面4112，该导向面4112为弧面或者斜面，导向面4112用于对气体进行都导向，一方面将气体导向流场300的远端，另一方面使气体通过分配间隙412向流场300的近端流动，以兼顾流场300不同区域气体的分配。在一个实施例中，前两级分配链410末端的多个分配凸起411具有导向面4112，分配凸起411的截面为圆形、三角形、菱形或者多边形；后三级分配链410末端的多个分配凸起411的截面为矩形，沿分配链410流动至流场300远端的气体以及从上一级的分配链410的分配间隙412中分流的气体可以直接通过分配间隙412进入相应的流道310内。
45.沿流道310的排列方向，位于分配链410远端的分配凸起411之间的间隔与流道310之间的间隔相同，已经传输至流场300最远端的气体无需再进行分流，由于分配间隙412与流道310间隔相互对应，便于气体直接向与分配间隙412连通的流道310流动，气体的分配效率更高。
46.如图1与图2所示，燃料电池极板结构还包括密封环500，密封环500围设于分配部400与流场300的外部，密封环500用于将分配部400与流场300封闭，使气体只通过过桥入口100进入分配部400与流场300，并从过桥出口200排出。燃料电池极板结构还包括气体入口600与气体出口700，气体入口600与气体出口700均位于密封环500的外部，且位于极板的两端，气体入口600能够从极板的另一侧与过桥入口100连通，使气体从气体入口600通入过桥入口100，气体出口700能够从极板的另一侧与过桥出口200连通，使气体通过过桥出口200进入过桥出口200后排出。
47.本实用新型还提供了一种燃料电池双极板，包括至少一个上述的燃料电池极板结构，如，燃料电池极板结构作为阴极板使用，双极板还包括阳极板，阳极板与阴极板相互贴合形成双极板；或者双极板包括两个燃料电池极板结构，两个极板结构分别作为阴极板、阳
极板使用，阴极板与阳极板相互贴合形成双极板；双极板流场300内的气体分配均匀，使气体能够充分参加反应，双极板的利用率较高。
48.本实用新型还提供了一种燃料电池电堆，包括多个上述的燃料电池双极板，还包括膜电极，膜电极设置有多个，双极板与膜电极组成单体电池，膜电极与双极板依次交替层叠设置，使多个单体电池相互串联组合，通过前、后端板将单体电池压紧，并通过螺杆紧固，形成燃料电池电堆。
49.上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。