一种燃料电池双极板的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体为一种燃料电池双极板。


背景技术：

2.燃料电池电源是以燃料电池为核心的可将化学能转化为电能的电源装置。双极板作为燃料电池的核心组件，担负有分配反应气体和冷却液的作用。相关研究表明双极板中三种工质的流动均匀性对燃料电池的输出性能有十分重要的影响。因此，如何合理均匀分配每条流道中的气体流量，如何保证冷却流道中冷却液的流动均匀性，一直是技术难点。换热器的换热性能与其内部流体的分配有很大的影响，在流体分配不均匀的换热器通道中，分配较少的通道会出现流体“蒸干”的现象，传热温差急剧下降，换热器传热恶化，导致该部分换热器通道失效；另一方面，流体分配过多不但会堵塞通道，也会造成换热器整体换热能力恶化，导致换热器整体性能显著降低。因此，如何使流体在冷却通道内分布更为均匀，从而改善换热性能也是一个技术难点。


技术实现要素：

3.本实用新型就是针对现有技术存在的上述不足，提供一种燃料电池双极板，降低了工质流动阻力、提高了流量分配均匀性，同时具有较强的排水能力，合理的进行流道设计，保证了气体供应充足且均匀分配，提升电池性能，延长寿命
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
5.一种燃料电池双极板，包括两片镜面对称焊接的金属单极板，所述单极板的上下侧分别设有气体进口和气体出口，所述双极板内设有连通气体进口与气体出口的气体流道，所述单极板的左右侧分别设有冷却液进口与冷却液出口，冷却液在两块单极板之间流动。
6.优选的，所述气体进口包括空气进口和氢气进口，所述气体出口包括空气出口和氢气出口。
7.优选的，所述气体流道包括直流道和弧形流道。
8.优选的，所述气体进口与气体出口之间的气体流道依次为：弧形流道——直流道——弧形流道——直流道——弧形流道——直流道——弧形流道——直流道——弧形流道。
9.优选的，所述单极板厚度为d＝0.1
‑
1mm。
10.优选的，所述单极板的材质为不锈钢、石墨板或复合石墨板。
11.优选的，所述单极板的长度为1
‑
1000mm，宽度为1
‑
1000mm。
12.优选的，所述空气流道的深度为0.1
‑
1mm，宽度为0.1
‑
10mm。
13.优选的，所述弧形流道为波浪形。
14.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
15.本实用新型降低了工质流动阻力、提高了流量分配均匀性，同时具有较强的排水
能力，合理的进行流道设计，保证了气体供应充足且均匀分配，提升电池性能，延长寿命；因结构的对称性，一定程度上增加了极板的可成型性及强度；金属极板结构具有较多的脊背，其起到加强筋的作用，可靠性极强，便于后续安装使用。
附图说明
16.图1为本实用新型的结构示意图；
17.图2为气体流动线路示意图；
18.图3为流道的截面示意图。
19.图中：1
‑
氢气进口；2
‑
空气进口；3
‑
冷却液进口；4
‑
空气出口；5—氢气出口；6
‑
直流道；7
‑
弧形流道；8
‑
冷却液出口；9
‑
单极板。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.实施例一，
22.如图1
‑
3所示，本实用新型提出的燃料电池金属双极板，其由两片呈镜面对称的金属单极板9通过焊接形成,两块单极板9不一样，非一模双板。其中反应气体的进出口分布在极板侧面(氢气进口、氢气出口51和空气进口2、空气出口4)，冷却液进出口(冷却液出口8和冷却液进口3)与气体进出口相垂直布置。气体工质(氢气和空气)进入以后，先后经过四次弧形流道7，然后流经直流道6，交替流通后，再流经弧形流道7，最后通过出口通道排出。弧形流道7——直流道6——弧形流道7——直流道6——弧形流道7——直流道6——弧形流道7——直流道6——弧形流道7——排出，流经路径是直通型流道的3倍，既流经路径l＞3h，大大提高反应效率如图3。
23.其中气体的流动路径呈镜面对称，在极板的表面流动，在具体实施中，可以设置阴阳极气体顺流(整体流动方向一致)，也可设置为逆流(整体流动方向相反)，冷却液的流动路径与气体的流动路径相垂直。
24.两片单极板9叠装后形成的双极板(阴阳极板异型，本实用新型仅涉及其中一个极板)，两片单极板9中间形成冷却液体的流动空间。两片单极板9流场区域相重叠的区域，本身相互支撑，形成冷却水流动空间。
25.冷却液从进口进入后，流经汇流区域，然后在交错的网格流场中进入上下单极板9的中间区域，在双极板中间流动，最后从出口流出。流动路径以弧形流道7为主，流动阻力小。
26.冷却液的流动方向任意，但在实际过程中仍然建议通过评估双极板的温度分布，选择合适的流动方向(例如选择与氢气流动方向一致或相反)。
27.所述金属极板由厚度为d＝0.1
‑
1mm的不锈钢金属薄板冲压或雕刻而成，也可由石墨板、复合石墨板冲压或雕刻而成,所述极板长度为1
‑
1000mm，宽度为h＝1
‑
1000mm，流道深度为c＝0.1
‑
1mm，槽宽和流道宽度均为0.1
‑
10mm(槽宽＜流道宽度)。
28.实施例二，
29.本实用新型提出的燃料电池金属双极板，其由两片呈镜面对称的金属单极板9通过焊接形成,两块单极板9不一样，非一模双板。其中反应气体的进出口分布在极板侧面，冷却液进出口与气体进出口相垂直布置。气体工质(氢气和空气)进入以后，先后经过四次弧形流道7，然后流经直流道6，交替流通后，再流经弧形流道7，最后通过出口通道排出。弧形流道7——直流道6——弧形流道7——直流道6——弧形流道7——直流道6——弧形流道7——直流道6——弧形流道7——排出，流经路径是直通型流道的3倍，既流经路径l＞3h，大大提高反应效率如图3。
30.其中气体的流动路径呈镜面对称，在极板的表面流动，在具体实施中，可以设置阴阳极气体顺流(整体流动方向一致)，也可设置为逆流(整体流动方向相反)，冷却液的流动路径与气体的流动路径相垂直。
31.两片单极板9叠装后形成的双极板(阴阳极板异型，本实用新型仅涉及其中一个极板)，两片单极板9中间形成冷却液体的流动空间。两片单极板9流场区域相重叠的区域，本身相互支撑，形成冷却水流动空间。
32.冷却液从进口进入后，流经汇流区域，然后在交错的网格流场中进入上下单极板9的中间区域，在双极板中间流动，最后从出口流出。流动路径以弧形流道7为主，流动阻力小。
33.冷却液的流动方向任意，但在实际过程中仍然建议通过评估双极板的温度分布，选择合适的流动方向(例如选择与氢气流动方向一致或相反)。
34.所述金属极板由厚度为d＝0.1
‑
1mm的不锈钢金属薄板冲压或雕刻而成，也可由石墨板、复合石墨板冲压或雕刻而成,所述极板长度为1
‑
1000mm，宽度为h＝1
‑
1000mm，流道深度为c＝0.1
‑
1mm，槽宽和流道宽度均为0.1
‑
10mm(槽宽＜流道宽度)。
35.在本实施例中，所述弧形流道7为波浪形，本实用新型所述金属双极板的进气方式最大的特点是进气口能够根据两种气体工质的流通路径可以设计成一致，保证充分反应，同时也可根据两种工质的比例调整进出口的大小及比例，完全覆盖所有流道，同时在长距离流通过程中，使用弧形导流结构，减少流通阻力，无须复杂的导流或分流结构即可实现流动分配的均匀性。
36.所示极板工质进出口结构可设置为方形或其他形状。
37.经过检测，本实用新型燃料电池双极板的传质阻力远远低于传统燃料电池双极板的单池的传质阻力，效率更高。
38.本实用新型提供一种结构简单、易成型的双极板结构，既可以应用金属双极板的设计上，也可应用在石墨双极板的设计上；既能够应用于冲压或液压成型工艺中，也能够应用于雕刻工艺中。本实用新型所述结构着重在通过特殊的流道，延长反应工质在流场中的流通路径，提高工质的流动均匀性。同时本实用新型所述的流道结果，流通性较好，流动阻力较小，尤其适合阴极未反应气体以及反应生成的液态水的排出，大大提升了极板在大电流密度下的工作稳定性。设计的流道由平直流道6和弧状流道形成组合流道，组合流道的特征在于,每条组合流道长度相同,保证了每条组合流道有相同的流动阻力,且流动阻力不至于过大,多条平行的组合流道形成反应气体流通的主通道，两片金属极板之间的区域形成直通的冷却液的流通通道。
39.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。