CN111370720A - 电池极板、双极板结构以及具有其的燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种电池极板、双极板结构以及具有其的燃料电池，一种电池极板，电池极板的第一表面上设置有多个凸起，多个凸起之间形成蛇形气体流道；电池极板的第二表面上开设有多个冷却通道，冷却通道为直线形、弧形或折线形中的任一种。保证极板排水性能好，且能降低冷却液流动阻力。
Description
技术领域
本申请属于燃料电池技术领域，具体涉及一种电池极板、双极板结构以及具有其的燃料电池。
背景技术
目前，蛇形流道是燃料电池设计常用的流道型式，蛇形流道的排水性能好，其原因在于气体在流动过程中阻力较大，从而迫使一部分气体通过极板与膜电极接触区域内的气体扩散层而流动，从而达到“驱水”的目的。
但是，简单机械的采用蛇形或者多蛇形流道作为极板正面的反应气体通道后，其背面流道也确定下来了，一般也为蛇形流道，从而导致背面冷却液流道布置困难或造成流动阻力较大，导致消耗较高的冷却循环泵工，降低燃料电池的能效水平。
因此，如何提供一种能保证极板排水性能好，且能降低冷却液流动阻力的电池极板、双极板结构以及具有其的燃料电池成为本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种电池极板、双极板结构以及具有其的燃料电池，能保证极板排水性能好，且能降低冷却液流动阻力。
为了解决上述问题，本申请提供一种电池极板，电池极板的第一表面上设置有多个凸起，多个凸起之间形成蛇形气体流道；电池极板的第二表面上开设有多个冷却通道，冷却通道为直线形、弧形或折线形中的任一种。
优选地，蛇形气体流道设置为多个；多个蛇形气体流道在垂直气体流动的方向上依次设置；和/或，凸起包括沿着气体流动方向上延伸的纵向凸起和与气体流动方向之间夹角设置的横向凸起；和/或，凸起的高度一般为0.1-2mm；和/或，多个冷却通道之间相连通；和/或，折线形包括成角度设置的第一直线段和第二直线段。
优选地，横向凸起的延伸方向与纵向凸起的延伸方向相垂直。
优选地，相邻两个横向凸起之间形成横向流道；相邻两个蛇形气体流道的横向流道一一对应。
优选地，相邻两个蛇形气体流道之间设置有连通口，连通口连通两个蛇形气体通道上对应的两个横向流道。
优选地，第二表面上还设置有连通通道，连通通道设置于相邻两个蛇形气体流道之间；每个冷却通道均连通至连通通道。
优选地，冷却通道的形状、位置均与横向凸起相对应；和/或，连通通道的形状、位置均与纵向凸起相对应。
优选地，蛇形气体流道在垂直于气体流动方向上的长度为W；其中W＝5-300mm；和/或，蛇形气体流道的宽度为K1；横向凸起的宽度为K2；其中D＝K1+K2＝0.1-10mm；和/或，蛇形气体流道的长度为l；其中l≦1000mm。
优选地，蛇形气体流道在气体流动方向上的长度为L；其中
根据本申请的再一方面，提供了一种双极板结构，包括电池极板；电池极板为上述的电池极板。
优选地，双极板结构包括两个电池极板；两个电池极板中心对称叠置。
根据本申请的再一方面，提供了一种燃料电池，包括电池极板，电池极板为上述的电池极板。
本申请提供的电池极板、双极板结构以及具有其的燃料电池，在不影响蛇形气体流道，即保证极板排水性能好的情况下，采用直线形、弧形或者折线形，冷却通道中的流动阻力相比于蛇形流道大大降低，防止消耗较高的冷却循环泵工，提高燃料电池的能效水平。
附图说明
图1为本申请实施例的电池极板的结构示意图；
图2为本申请实施例的电池极板的结构示意图；
图3为本申请实施例的双极板结构的结构示意图；
图4为本申请实施例的电池极板的结构示意图；
图5为本申请实施例的电池极板的结构示意图。
附图标记表示为：
1、凸起；11、横向凸起；12、纵向凸起；2、蛇形气体流道；21、横向流道；3、冷却通道；4、连通通道；5、连通口；61、氢气进口；62、氢气出口；71、氧气进口；72、氧气出口；81、冷却液进口；82、冷却液出口。
具体实施方式
结合参见图1所示，根据本申请的实施例，一种电池极板，电池极板的第一表面上设置有多个凸起1，多个凸起1之间形成蛇形气体流道2；电池极板的第二表面上开设有多个冷却通道3，冷却通道3为直线形、弧形或折线形中的任一种，采用直线形、弧形或者折线形，即保证极板排水性能好的情况下，冷却通道3中的流动阻力相比于蛇形气体流道2大大降低，防止消耗较高的冷却循环泵工，提高燃料电池的能效水平。
结合参见图2所示，蛇形气体流道2设置为多个；多个蛇形气体流道2在垂直气体流动的方向上依次设置；和/或，凸起1包括沿着气体流动方向上延伸的纵向凸起12和与气体流动方向之间夹角设置的横向凸起11；和/或，凸起1的高度一般为0.1-2mm；和/或，多个冷却通道3之间相连通；和/或，折线形包括成角度设置的第一直线段和第二直线段；多个蛇形气体流道2可以使得每个蛇形气体流动的总长度减小，防止因蛇形气体流道2过长，导致工质流动阻力过大从而会消耗过高的气体泵工，且能够增加流场区域内的工质流动均匀性，尤其适用于具有较大活性面积区域的极板结构；多个冷却通道3之间相连通，
进一步地，横向凸起11的延伸方向与纵向凸起12的延伸方向相垂直，使得气体流动阻力增大，进而增加了气体沿着竖直方向翻越凸起的可能性，而气体翻越凸起纵向扩散流动，必须经过极板与膜电极多孔扩散层之间的接触区域，从而强化了该区域内反应生成水的排出和气体扩散传质，更容易将极板与膜电极相接触的区域内的滞留水及时排出，尽可能减小反应生成水在此区域滞留；有效解决了与极板接触的膜电极区域内的水因距离气体流动区域较远难以被携带排出的技术问题；也防止水在该区域滞留影响气体传输和加速此区域催化剂腐蚀；可以提升氢燃料电池的性能和寿命。
进一步地，相邻两个横向凸起11之间形成横向流道21；相邻两个蛇形气体流道2的横向流道21一一对应。
结合参见图4所示，相邻两个蛇形气体流道2之间设置有连通口5，连通口5连通两个蛇形气体通道上对应的两个横向流道21，将相邻两个蛇形气体流道2内的气体连通，使得气体流动连通，有利于气体分布的均匀性，避免形成局部气阻。
进一步地，第二表面上还设置有连通通道4，连通通道4设置于相邻两个蛇形气体流道2之间；每个冷却通道3均连通至连通通道4。
进一步地，冷却通道3的形状、位置均与横向凸起11相对应；和/或，连通通道4的形状、位置均与纵向凸起12相对应。
进一步地，蛇形气体流道2在垂直于气体流动方向上的长度为W；其中W＝5-300mm；和/或，蛇形气体流道2的宽度为K1；横向凸起11的宽度为K2；其中D＝K1+K2＝0.1-10mm；和/或，蛇形气体流道2的长度为l；其中l≦1000mm，在该参数下，本申请中的能更好的将极板与膜电极相接触的区域内的滞留水及时排出；且在保证极板排水性能好的情况下，防止消耗较高的冷却循环泵工。
进一步地，蛇形气体流道2在气体流动方向上的长度为L；其中
使得蛇形气体流道2的宽度和长度合理配置，防止在蛇形气体流道2中后段反应气体浓度急剧下降的问题。
根据本申请实施例，一种双极板结构，包括电池极板；电池极板为上述的的电池极板。
进一步地，双极板结构包括两个电池极板；两个电池极板中心对称叠置。
结合参见图3所示，双极板结构上设置有氢气进口61、氢气出口62、氧气进口71、氧气出口72、冷却液进口81和冷却液出口82。
根据本申请实施例，一种燃料电池，包括电池极板，电池极板为上述的电池极板。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。
Claims (11)
1.一种电池极板，其特征在于，所述电池极板的第一表面上设置有多个凸起(1)，多个所述凸起(1)之间形成蛇形气体流道(2)；所述电池极板的第二表面上开设有多个冷却通道(3)，所述冷却通道(3)为直线形、弧形或折线形中的任一种。
2.根据权利要求1中所述的电池极板，其特征在于，所述蛇形气体流道(2)设置为多个；多个所述蛇形气体流道(2)在垂直气体流动的方向上依次设置；和/或，所述凸起(1)包括沿着所述气体流动方向上延伸的纵向凸起(12)和与所述气体流动方向之间夹角设置的横向凸起(11)；和/或，所述凸起(1)的高度一般为0.1-2mm；和/或，多个所述冷却通道(3)之间相连通；和/或，所述折线形包括成角度设置的第一直线段和第二直线段。
3.根据权利要求2中所述的电池极板，其特征在于，所述横向凸起(11)的延伸方向与所述纵向凸起(12)的延伸方向相垂直；和/或，相邻两个横向凸起(11)之间形成横向流道(21)；相邻两个所述蛇形气体流道(2)的横向流道(21)一一对应。
4.根据权利要求3中所述的电池极板，其特征在于，相邻两个所述蛇形气体流道(2)之间设置有连通口(5)，所述连通口(5)连通两个所述蛇形气体通道上对应的两个所述横向流道(21)。
5.根据权利要求2中所述的电池极板，其特征在于，所述第二表面上还设置有连通通道(4)，所述连通通道(4)设置于相邻两个所述蛇形气体流道(2)之间；每个所述冷却通道(3)均连通至所述连通通道(4)。
6.根据权利要求5中所述的电池极板，其特征在于，所述冷却通道(3)的形状、位置均与所述横向凸起(11)相对应；和/或，所述连通通道(4)的形状、位置均与所述纵向凸起(12)相对应。
7.根据权利要求2中所述的电池极板，其特征在于，所述蛇形气体流道(2)在垂直于所述气体流动方向上的长度为W；其中W＝5-300mm；和/或，所述蛇形气体流道(2)的宽度为K1；所述横向凸起(11)的宽度为K2；其中D＝K1+K2＝0.1-10mm；和/或，所述蛇形气体流道(2)的长度为l；其中l≦1000mm。
8.根据权利要求7中所述的电池极板，其特征在于，所述蛇形气体流道(2)在所述气体流动方向上的长度为L；其中
9.一种双极板结构，包括电池极板；其特征在于，所述电池极板为权利要求1-8中任一项所述的电池极板。
10.根据权利要求9中所述的双极板结构，其特征在于，所述双极板结构包括两个所述电池极板；两个所述电池极板中心对称叠置。
11.一种燃料电池，包括电池极板，其特征在于，所述电池极板为权利要求1-8中任一项所述的电池极板。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN113871647A (zh) * | 2021-12-07 | 2021-12-31 | 浙江天能氢能源科技有限公司 | 一种燃料电池空冷一体化膜电极结构及其制备方法 |
| CN114695909A (zh) * | 2020-12-30 | 2022-07-01 | 上海德迩新能源技术有限公司 | 一种单极板、双极板以及燃料电池 |
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2020
- 2020-03-30 CN CN202010238488.7A patent/CN111370720A/zh active Pending
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| CN113871647A (zh) * | 2021-12-07 | 2021-12-31 | 浙江天能氢能源科技有限公司 | 一种燃料电池空冷一体化膜电极结构及其制备方法 |
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