CN110896147A - 燃料电池的双极板和燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本公开公开了一种燃料电池的双极板和燃料电池，涉及燃料电池领域，该双极板包括第一极板和第二极板，第一极板和第二极板均具有开口，第一极板和第二极板之间形成有对应开口的环形腔，环形腔围绕相应的开口且与相应的开口相通，第一极板具有第一密封胶线容纳槽，第二极板具有第二密封胶线容纳槽，环形腔内具有多个支撑结构，多个支撑结构在第一极板上的正投影位于第一密封胶线容纳槽内，第二密封胶线容纳槽在第一极板上的正投影与第一密封胶线容纳槽重合。在压紧双极板时，压力在密封胶线和支撑结构上传递，第一极板和第二极板上的密封胶线的压力共线，压力可以均匀地作用在密封胶线上，避免了密封胶线长时间受力不均导致的密封性能下降的问题。
Description
技术领域
本公开涉及燃料电池领域，特别涉及一种燃料电池的双极板和燃料电池。
背景技术
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。
双极板是燃料电池中的重要结构，在燃料电池中通常包括叠置的多组双极板，每组双极板包括一个阴极板和一个阳极板，阴极板和阳极板相互重叠。相邻两组双极板之间夹有膜电极。在阴极板和阳极板上都设置有密封胶线容纳槽，其中设置有密封胶线，同一双极板中，阴极板上的密封胶线容纳槽和阳极板上的密封胶线容纳槽是错位布置的。
在燃料电池中，多组双极板叠置后会采用较大的压力压紧，使密封胶线与膜电极形成密封。由于阴极板上的密封胶线容纳槽和阳极板上的密封胶线容纳槽是错位布置的，因此密封胶线也是错位布置的，使得受压时，阴极板上的密封胶线受到的压力和阳极板上的密封胶线受到的压力不共线，从而导致密封胶线受力不均匀，长时间后容易出现密封胶线的密封性能下降的问题，存在泄漏的风险。
发明内容
本公开实施例提供了一种燃料电池的双极板和燃料电池，能够提高密封胶线的密封性。所述技术方案如下：
一方面，本公开实施例提供了一种燃料电池的双极板，包括相互重叠的第一极板和第二极板，所述第一极板和所述第二极板中的一个为阴极板，另一个为阳极板，所述第一极板和所述第二极板上均具有若干个开口，所述若干个开口包括氧化剂入口、燃料入口、冷却液入口、氧化剂出口、燃料出口、冷却液出口中的至少一种，所述第一极板和所述第二极板均具有相反的第一表面和第二表面，所述第一极板的第一表面和所述第二极板的第一表面之间形成有对应所述开口的环形腔，所述环形腔围绕相应的所述开口且与相应的所述开口相通，所述第一极板的第二表面具有沿所述环形腔延伸的第一密封胶线容纳槽，所述第二极板的第二表面具有沿所述环形腔延伸的第二密封胶线容纳槽，所述环形腔内具有多个支撑结构，所述多个支撑结构围绕所述开口间隔分布，所述多个支撑结构支撑在所述第一极板和所述第二极板之间，所述多个支撑结构在所述第一极板上的正投影位于所述第一密封胶线容纳槽内，所述第二密封胶线容纳槽在所述第一极板上的正投影与所述第一密封胶线容纳槽重合。
可选地，所述多个支撑结构包括由所述第一密封胶线容纳槽的槽底形成的多个第一冲压凸起，所述多个第一冲压凸起的端面均与所述第二极板相接触。
可选地，所述多个支撑结构包括由所述第一密封胶线容纳槽的槽底形成的多个第一冲压凸起和由所述第二密封胶线容纳槽的槽底形成的多个第二冲压凸起，所述多个第一冲压凸起的端面均与所述第二极板相接触，所述多个第二冲压凸起的端面均与所述第一极板相接触，所述多个第一冲压凸起和所述多个第二冲压凸起沿所述环形腔交替间隔分布。
可选地，每个所述支撑结构均包括由所述第一密封胶线容纳槽的槽底形成的第一冲压凸起和由所述第二密封胶线容纳槽的槽底形成的第二冲压凸起，所述第一冲压凸起和所述第二冲压凸起一一对应布置，所述第一冲压凸起的端面与相应的所述第二冲压凸起的端面相接触。
可选地，所述第一冲压凸起和所述第二冲压凸起的高度相同。
可选地，所述第一密封胶线容纳槽内和所述第二密封胶线容纳槽内均设置有密封胶线。
可选地，至少位于所述第一密封胶线容纳槽内的所述密封胶线具有多个凸块，位于所述第一密封胶线容纳槽内的所述密封胶线的所述凸块与所述第一冲压凸起一一对应，所述凸块位于相应的所述第一冲压凸起内。
可选地，所述密封胶线注射成型于所述第一密封胶线容纳槽内。
可选地，所述支撑结构呈圆柱状、椭圆柱状或棱柱状。
另一方面，本公开实施例还提供了一种燃料电池，包括如前一方面所述的双极板。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
通过在环形腔中设置支撑结构，支撑结构支撑在第一极板和第二极板之间，使得可以通过支撑结构传递压力。第一极板上具有第一密封胶线容纳槽，第二极板上具有第二密封胶线容纳槽，由于第二密封胶线容纳槽在第一极板上的正投影与第一密封胶线容纳槽重合，使得在布置密封胶线时，第一极板和第二极板上的密封胶线可以重叠。并且支撑结构在第一极板上的正投影位于第一密封胶线容纳槽内，这样燃料电池内，在压紧双极板时，压力在密封胶线和支撑结构上传递，第一极板上的密封胶线和第二极板上的密封胶线的压力共线，压力可以均匀地作用在密封胶线上，避免了密封胶线长时间受力不均导致的密封性能下降的问题，提高了密封性。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，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。
图1是相关技术中的一种燃料电池的双极板的结构示意图；
图2是图1中的A-A截面图；
图3是本公开实施例提供的一种燃料电池的双极板的结构示意图；
图4是图3中的A`-A`截面图；
图5是本公开实施例提供的另一种双极板的局部结构示意图；
图6是本公开实施例提供的另一种双极板的局部结构示意图；
图7是本公开实施例提供的一种双极板的局部结构示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
图1是相关技术中的一种燃料电池的双极板的结构示意图。图2是图1中的A-A截面图。结合图1和图2所示，该双极板包括相互重叠的第一极板11和第二极板12。第一极板11可以是阴极板和阳极板中的一个，第二极板12是阴极板和阳极板中的另一个。第一极板11和第二极板12的中部是流道区B，流道区B分布有流体通道。在流道区B的两端是燃料、氧化剂和冷却液的进出口区域，在该区域具有开口，开口包括氧化剂入口D、燃料入口E、冷却液入口F、氧化剂出口d、燃料出口e、冷却液出口f。
第一极板11和第二极板12均具有相反的第一表面和第二表面，第一极板11的第一表面和第二极板12的第一表面之间形成有对应开口的环形腔10a，环形腔10a围绕相应的开口且与相应的开口相通。第一极板11的第二表面具有沿环形腔10a延伸的第一密封胶线容纳槽11a，第二极板12的第二表面具有沿环形腔10a延伸的第二密封胶线容纳槽12a。第一密封胶线容纳槽11a和第二密封胶线容纳槽12a错位布置。这使得布置在第一密封胶线容纳槽11a和第二密封胶线容纳槽12a中的密封胶线20也是错位的，如图2所示，两个密封胶线20受到的压力F不共线，密封胶线20之间不能均匀地传递压力，密封胶线20受力不均匀，在长时间受压的状态下，密封胶线20的密封性能会下降，存在泄漏的风险。并且第一极板11和第二极板12上的密封胶线20受力不同，在设计时也需要单独进行设计以确保密封性，设计难度和成本较高。
图3是本公开实施例提供的一种燃料电池的双极板的结构示意图。图4是图3中的A`-A`截面图。如图3和4所示，该双极板包括相互重叠的第一极板11和第二极板12。第一极板11和第二极板12中的一个为阴极板，另一个为阳极板，本公开并不具体限定第一极板11为阴极板还是阳极板。
第一极板11和第二极板12上均具有若干个开口C，若干个开口C包括氧化剂入口D、燃料入口E、冷却液入口F、氧化剂出口d、燃料出口e、冷却液出口f中的至少一种。本公开以开口C为氧化剂入口D为例。
第一极板11和第二极板12均具有相反的第一表面和第二表面。第一极板11的第一表面和第二极板12的第一表面之间形成有对应开口C的环形腔10a，环形腔10a围绕相应的开口C且与相应的开口C相通。第一极板11的第二表面具有沿环形腔10a延伸的第一密封胶线容纳槽11a，第二极板12的第二表面具有沿环形腔10a延伸的第二密封胶线容纳槽12a。
如图4所示，环形腔10a内具有多个支撑结构30，多个支撑结构30围绕开口C间隔分布，多个支撑结构30支撑在第一极板11和第二极板12之间。多个支撑结构30在第一极板11上的正投影位于第一密封胶线容纳槽11a内，第二密封胶线容纳槽12a在第一极板11上的正投影与第一密封胶线容纳槽11a重合。
通过在环形腔中设置支撑结构，支撑结构支撑在第一极板和第二极板之间，使得可以通过支撑结构传递压力。第一极板上具有第一密封胶线容纳槽，第二极板上具有第二密封胶线容纳槽，由于第二密封胶线容纳槽在第一极板上的正投影与第一密封胶线容纳槽重合，使得在布置密封胶线时，第一极板和第二极板上的密封胶线可以重叠。并且支撑结构在第一极板上的正投影位于第一密封胶线容纳槽内，这样燃料电池内，在压紧双极板时，压力在密封胶线和支撑结构上传递，第一极板上的密封胶线和第二极板上的密封胶线的压力共线，压力可以均匀地作用在密封胶线上，避免了密封胶线长时间受力不均导致的密封性能下降的问题，提高了密封性。
如图4所示，每个支撑结构30可以包括由第一密封胶线容纳槽11a的槽底形成的第一冲压凸起31和由第二密封胶线容纳槽12a的槽底形成的第二冲压凸起32。第一冲压凸起31和第二冲压凸起32一一对应布置，第一冲压凸起31的端面与相应的第二冲压凸起32的端面相接触。即有对应设置的一个第一冲压凸起31和第二冲压凸起32构成一个支撑结构30。第一极板11上具有多个第一冲压凸起31，第二极板12上具有多个第二冲压凸起32，通常阴极板和阳极板均是采用金属板冲压制成，利用第一密封胶线容纳槽11a的槽底形成多个第一冲压凸起31，利用第二密封胶线容纳槽12a的槽底形成的多个第二冲压凸起32，在冲压制作第一极板11时，可以同时冲压出第一冲压凸起31，在冲压制作第二极板12时，可以同时冲压出第二冲压凸起32，便于制作，方便双极板的量产。并且第一冲压凸起31的端面与相应的第二冲压凸起32的端面相接触，第一冲压凸起31和第二冲压凸起32叠加，共同起到支撑作用，第一冲压凸起31和第二冲压凸起32的高度均较小，便于冲压成型，在冲压过程中不容易出现残次品。
可选地，第一冲压凸起31和第二冲压凸起32的高度之和可以为0.1mm～0.6mm，第一冲压凸起31和第二冲压凸起32的高度之和过大会增加工艺难度，高度之和过小会影响环形腔10a内的介质流动，这里的介质可以是氧化剂、燃料、冷却液中的任意一种。
如图4所示，第一冲压凸起31和第二冲压凸起32的高度h可以相同。在冲压第一冲压凸起31和第二冲压凸起32时，冲压的行程相同，第一极板11和第二极板12冲压的难易程度相当，使第一极板11和第二极板12的产品质量相当。
图5是本公开实施例提供的另一种双极板的局部结构示意图。图5所示部位与图3中的M向视图所示的部位相同。图5中为了便于区分第一冲压凸起31和第二冲压凸起32，略微分离了第一极板11和第二极板12。如图5所示，在该双极板中，多个支撑结构30可以包括由第一密封胶线容纳槽11a的槽底形成的多个第一冲压凸起31和由第二密封胶线容纳槽12a的槽底形成的多个第二冲压凸起32。多个第一冲压凸起31的端面均与第二极板12相接触，多个第二冲压凸起32的端面均与第一极板11相接触。多个第一冲压凸起31和多个第二冲压凸起32沿环形腔10a交替间隔分布。在支撑结构30的高度相同的情况下，相比于图4所示的双极板，图5中的第一冲压凸起31和第二冲压凸起32的高度较高。但在支撑的效果相同的情况下，图5中第一极板11上的第一冲压凸起31的数量可以少于图4中第一极板11上的第一冲压凸起31的数量，图5中第二极板12上的第二冲压凸起32的数量可以少于图4中第二极板12上的第二冲压凸起32的数量。
图6是本公开实施例提供的另一种双极板的局部结构示意图。图6所示部位与图3中的M向视图所示的部位相同。图6中为了便于查看第一冲压凸起31，略微分离了第一极板11和第二极板12。如图6所示，在该双极板中，多个支撑结构30可以包括由第一密封胶线容纳槽11a的槽底形成的多个第一冲压凸起31，多个第一冲压凸起31的端面均与第二极板12相接触。这样在制作第一极板11和第二极板12时，可以只在第一极板11上冲压形成第一冲压凸起31，而不需要在第二极板12上形成冲压凸起，因此可以不需要对制作第二极板12的冲压设备进行改变，有利于降低冲压设备上的成本。
可选地，支撑结构30可以呈圆柱状、椭圆柱状或棱柱状。支撑结构30的形状可以根据不同的需要进行设置。支撑结构30优选可以呈圆柱状或是椭圆柱状，圆柱状和椭圆柱状相比于棱柱状，更容易冲压成型，在冲压过程中不容易破损。
如图4所示，第一极板11和第二极板12的厚度m可以为0.1mm～0.3mm。第一极板11和第二极板12的厚度过薄会影响双极板的结构强度，厚度过厚不便于冲压成型，并且会大大增加燃料电池的重量。通常可以选用0.1mm～0.3mm厚度的钢板冲压制作第一极板11和第二极板12。
第一密封胶线容纳槽11a内和第二密封胶线容纳槽12a内可以均设置有密封胶线20。在制作燃料电池，将多组双极板叠加时，第一密封胶线容纳槽11a内和第二密封胶线容纳槽12a需要设置密封胶线20，两组双极板之间还要夹设膜电极，加压后，密封胶线20与膜电极之间形成密封。在第一密封胶线容纳槽11a内和第二密封胶线容纳槽12a内先设置上密封胶线20，便于后续燃料电池的组装。
密封胶线20的宽度可以小于第一密封胶线容纳槽11a的宽度，且密封胶线20的宽度也小于第二密封胶线容纳槽12a的宽度。这是由于在加压后密封胶线20会产生一定的形变，因此将密封胶线20的宽度设置的比槽的宽度小，在密封胶线20形变时，密封胶线20可以有空间在第一密封胶线容纳槽11a内和第二密封胶线容纳槽12a内发生形变，避免压力过大导致密封胶线20破损失效。
图7是本公开实施例提供的一种双极板的局部结构示意图。如图7所示，位于第一密封胶线容纳槽11a内的密封胶线20可以具有多个凸块21，位于第一密封胶线容纳槽11a内的密封胶线20的凸块21与第一冲压凸起31一一对应，凸块21位于相应的第一冲压凸起31内。通过设置凸块21，凸块21位于第一冲压凸起31内，可以增大密封胶线20与第一密封胶线容纳槽11a的接触面积，使密封胶线20安装得更加牢固。
凸块21的形状可以与第一冲压凸起31的形状相同，使凸块21能够与第一冲压凸起31的内壁完全贴合。
对于图4和图5所示的双极板，第一极板11上具有第一冲压凸起31，第二极板12上具有第二冲压凸起32。位于第二密封胶线容纳槽12a内的密封胶线20也可以具有多个凸块21，位于第二密封胶线容纳槽12a内的密封胶线20的凸块21与第二冲压凸起32一一对应，该凸块21位于相应的第二冲压凸起32内。同样地，这样可以增大密封胶线20与第二密封胶线容纳槽12a的接触面积，使密封胶线20安装得更加牢固。
可选地，密封胶线20可以注射成型于第一密封胶线容纳槽11a内。位于第一密封胶线容纳槽11a内的密封胶线20采用注射成型的方式直接形成在第一极板11上，不仅密封胶线20与第一极板11结合的更加紧密，而且可以直接在第一冲压凸起31中形成凸块21。位于第二密封胶线容纳槽12a内的密封胶线20同样也可以采用注射成型的方式形成在第二极板12上。
在本公开的一种可能的实现方式中，位于第一密封胶线容纳槽11a内的密封胶线20也可以与第一极板11粘接，位于第二密封胶线容纳槽12a内的密封胶线20也可以与第二极板12粘接，可以预先制备好密封胶线20，然后通过粘接剂进行粘接，工艺简单。
本公开实施例还提供了一种燃料电池，该燃料电池包括如图3～图7所示的任一种双极板。
通过在环形腔中设置支撑结构，支撑结构支撑在第一极板和第二极板之间，使得可以通过支撑结构传递压力。第一极板上具有第一密封胶线容纳槽，第二极板上具有第二密封胶线容纳槽，由于第二密封胶线容纳槽在第一极板上的正投影与第一密封胶线容纳槽重合，使得在布置密封胶线时，第一极板和第二极板上的密封胶线可以重叠。并且支撑结构在第一极板上的正投影位于第一密封胶线容纳槽内，这样燃料电池内，在压紧双极板时，压力在密封胶线和支撑结构上传递，第一极板上的密封胶线和第二极板上的密封胶线的压力共线，压力可以均匀地作用在密封胶线上，避免了密封胶线长时间受力不均导致的密封性能下降的问题，提高了密封性。
以上仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃料电池的双极板，包括相互重叠的第一极板(11)和第二极板(12)，所述第一极板(11)和所述第二极板(12)中的一个为阴极板，另一个为阳极板，所述第一极板(11)和所述第二极板(12)上均具有若干个开口(C)，所述若干个开口(C)包括氧化剂入口(D)、燃料入口(E)、冷却液入口(F)、氧化剂出口(d)、燃料出口(e)、冷却液出口(f)中的至少一种，所述第一极板(11)和所述第二极板(12)均具有相反的第一表面和第二表面，所述第一极板(11)的第一表面和所述第二极板(12)的第一表面之间形成有对应所述开口(C)的环形腔(10a)，所述环形腔(10a)围绕相应的所述开口(C)且与相应的所述开口(C)相通，所述第一极板(11)的第二表面具有沿所述环形腔(10a)延伸的第一密封胶线容纳槽(11a)，所述第二极板(12)的第二表面具有沿所述环形腔(10a)延伸的第二密封胶线容纳槽(12a)，其特征在于，所述环形腔(10a)内具有多个支撑结构(30)，所述多个支撑结构(30)围绕所述开口(C)间隔分布，所述多个支撑结构(30)支撑在所述第一极板(11)和所述第二极板(12)之间，所述多个支撑结构(30)在所述第一极板(11)上的正投影位于所述第一密封胶线容纳槽(11a)内，所述第二密封胶线容纳槽(12a)在所述第一极板(11)上的正投影与所述第一密封胶线容纳槽(11a)重合。
2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述多个支撑结构(30)包括由所述第一密封胶线容纳槽(11a)的槽底形成的多个第一冲压凸起(31)，所述多个第一冲压凸起(31)的端面均与所述第二极板(12)相接触。
3.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述多个支撑结构(30)包括由所述第一密封胶线容纳槽(11a)的槽底形成的多个第一冲压凸起(31)和由所述第二密封胶线容纳槽(12a)的槽底形成的多个第二冲压凸起(32)，所述多个第一冲压凸起(31)的端面均与所述第二极板(12)相接触，所述多个第二冲压凸起(32)的端面均与所述第一极板(11)相接触，所述多个第一冲压凸起(31)和所述多个第二冲压凸起(32)沿所述环形腔(10a)交替间隔分布。
4.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，每个所述支撑结构(30)均包括由所述第一密封胶线容纳槽(11a)的槽底形成的第一冲压凸起(31)和由所述第二密封胶线容纳槽(12a)的槽底形成的第二冲压凸起(32)，所述第一冲压凸起(31)和所述第二冲压凸起(32)一一对应布置，所述第一冲压凸起(31)的端面与相应的所述第二冲压凸起(32)的端面相接触。
5.根据权利要求4所述的双极板，其特征在于，所述第一冲压凸起(31)和所述第二冲压凸起(32)的高度相同。
6.根据权利要求2～5任一项所述的双极板，其特征在于，所述第一密封胶线容纳槽(11a)内和所述第二密封胶线容纳槽(12a)内均设置有密封胶线(20)。
7.根据权利要求6所述的双极板，其特征在于，至少位于所述第一密封胶线容纳槽(11a)内的所述密封胶线(20)具有多个凸块(21)，位于所述第一密封胶线容纳槽(11a)内的所述密封胶线(20)的所述凸块(21)与所述第一冲压凸起(31)一一对应，所述凸块(21)位于相应的所述第一冲压凸起(31)内。
8.根据权利要求7所述的双极板，其特征在于，所述密封胶线(20)注射成型于所述第一密封胶线容纳槽(11a)内。
9.根据权利要求1～5任一项所述的双极板，其特征在于，所述支撑结构(30)呈圆柱状、椭圆柱状或棱柱状。
10.一种燃料电池，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的双极板。
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