燃料电池用双极板和电堆结构的制作方法

1.本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池用双极板和电堆结构。


背景技术：

2.双极板作为燃料电池的骨架，起到支撑mea(膜电极总成)并分配反应气体的作用。在相关技术中，在双极板上设有主反应区和过渡区，其中过渡区内的气体流量分配不够均匀，进而会影响燃料电池的性能。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明旨在提出一种燃料电池用双极板，可以使得气体流量分配更加均匀，提升燃料电池的性能。
4.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
5.一种燃料电池用双极板，包括：上下相对布置的阴极板和阳极板，在所述阴极板上设有阴极流场，在所述阳极板上设有阳极流场，所述阴极流场和所述阳极流场均包括主反应区、进气过渡区和出气过渡区，所述进气过渡区和所述出气过渡区分别位于所述主反应区的前后两侧，所述进气过渡区和所述出气过渡区中的至少一个包括：第一过渡区和第二过渡区，所述第二过渡区设在所述第一过渡区朝向所述主反应区的一侧，所述第一过渡区的流道延伸方向和所述第二过渡区的流道延伸方向不同。
6.根据本发明的一个实施例，所述第一过渡区的流道朝向所述主反应区的一侧倾斜延伸，所述第二过渡区的流道延伸方向和所述主反应区的流道延伸方向一致。
7.根据本发明的另一个实施例，所述双极板的前端设有进气口，所述双极板的后端设有出气口，所述进气过渡区邻近所述进气口设置，且所述进气口和所述进气过渡区相连通，所述出气过渡区邻近所述出气口设置，且所述出气口和所述出气过渡区相连通，所述进气过渡区和所述出气过渡区均包括所述第一过渡区和所述第二过渡区，所述进气过渡区的所述第一过渡区的流道由所述进气口向所述主反应区倾斜延伸，所述出气过渡区的所述第一过渡区的流道由所述出气口向所述主反应区倾斜延伸。
8.根据本发明的又一个实施例，所述第一过渡区的流道数量小于所述第二过渡区的流道数量，且所述第二过渡区的流道数量小于所述主反应区的流道数量。
9.根据本发明的又一个实施例，所述第一过渡区和所述第二过渡区之间设有第一空白间隔区。
10.进一步地，所述第二过渡区和所述主反应区之间设有第二空白间隔区。
11.进一步地，所述第一过渡区的流道底面、所述第二过渡区的流道底面、所述第一空白间隔区表面和所述第二空白间隔区表面均凸出于所述双极板的对应基准平面。
12.进一步地，所述第一过渡区的流道底面、所述第二过渡区的流道底面、所述第一空白间隔区表面和所述第二空白间隔区表面分别凸出于所述双极板的对应基准平面的距离均相等，且所述距离为h，其中0.10mm≤h≤0.15mm。
13.根据本发明可选的实施例，所述阴极板和所述阳极板共同限定出冷却液通道，所述双极板上设有进液口和出液口，所述进液口和所述出液口分别设在所述双极板的前后两端且均与所述冷却液通道连通。
14.相对于现有技术，本发明所述的燃料电池用双极板具有以下优势：
15.本发明所述的燃料电池用双极板，通过在流场的进气过渡区和出气过渡区至少一个上增设有第二过渡区，可以更好地调节过渡区的气体分配均匀性，提升燃料电池的性能。
16.本发明的另一个目的在于提出一种电堆结构，可以调节气体流量均一性、提升燃料电池的性能。
17.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
18.一种电堆结构，包括上述实施例中所述的燃料电池用双极板。
19.相对于现有技术，本发明所述的电堆结构具有以下优势：
20.本发明所述的电堆结构，通过在流场的进气过渡区和出气过渡区至少一个上增设有第二过渡区，可以更好地调节过渡区的气体分配均匀性，提升燃料电池的性能。
附图说明
21.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
22.图1是本发明实施例的燃料电池用双极板的示意图；
23.图2是本发明实施例的燃料电池用双极板的局部示意图；
24.图3是本发明实施例的燃料电池用双极板的第一截面示意图；
25.图4是本发明实施例的燃料电池用双极板的第二截面示意图。
26.附图标记说明：
27.双极板100，阴极板10，阳极板20，主反应区11、进气过渡区12，出气过渡区13，第一过渡区14，第二过渡区15，第一空白间隔区16，第二空白间隔区17，冷却液通道18，基准平面19。
具体实施方式
28.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
29.下面将参考图1-图4并结合实施例来详细说明本发明。
30.根据本发明第一方面实施例的燃料电池用双极板100包括上下相对布置的阴极板10和阳极板20。
31.具体地，在阴极板10上设有阴极流场，在阳极板20上设有阳极流场，阴极流场和阳极流场均包括主反应区11、进气过渡区12和出气过渡区13，进气过渡区12和出气过渡区13分别位于主反应区11的前后两侧(如图1所示)，进气过渡区12可以对进气进行分配调节，出气过渡区13可以对出气进行分配调节。
32.如图1所示，进一步地，进气过渡区12和出气过渡区13中的至少一个包括：第一过渡区14和第二过渡区15，第二过渡区15设在第一过渡区14朝向主反应区11的一侧，第一过渡区14的流道延伸方向和第二过渡区15的流道延伸方向不同。通过在进气过渡区12和出气
过渡区13中的至少一个增设第二过渡区15，并且将第二过渡区15的流道延伸方向和第一过渡区14的流道延伸方向设置为不同，可以更好地对气体流量进行分配调节，实现气体流量分配调节的均一性。
33.可选地，进气过渡区12或出气过渡区13包括第一过渡区14和第二过渡区15。可选地，进气过渡区12和出气过渡区13均包括第一过渡区14和第二过渡区15。
34.根据本发明实施例的燃料电池用双极板100，通过在流场的进气过渡区12和出气过渡区13至少一个上增设有第二过渡区15，并且使得第二过渡区15的流道延伸方向和第一过渡区14的流道延伸方向不同，可以更好地调节过渡区的气体分配均匀性，提升燃料电池的性能。
35.根据本发明的一个实施例，第一过渡区14的流道朝向主反应区11的一侧倾斜延伸，对气体流动具有导向功能。如图1所示，进气过渡区12的第一过渡区14的流道向主反应区11倾斜延伸，有利于将进气分配至主反应区11的对应流道处，出气过渡区13的第一过渡区14的流道向主反应区11倾斜延伸，主反应区11上的气体有利于分配流动至出气过渡区13的第一过渡区14的流道内。
36.进一步地，第二过渡区15的流道延伸方向和主反应区11的流道延伸方向一致，通过在第一过渡区14和主反应区11之间增设第二过渡区15，并且使得第二过渡区15的流道延伸方向和主反应区11的流道延伸方向相同，可以更好对气体流量进行均一性调节，解决由于气体刚进入双极板100时因流速过大造成的流量分配不均的问题。
37.根据本发明的另一个实施例，在双极板100的前端设有进气口，双极板100的后端设有出气口，进气过渡区12邻近进气口设置，且进气口和进气过渡区12相连通，进气过渡区12和出气过渡区13均包括第一过渡区14和第二过渡区15，进气过渡区12的第一过渡区14的流道由进气口向主反应区11倾斜延伸，有利于对从进气口进入的气体进行分配调节，缓解由于气体刚进入双极板100时因流速过大造成的流量分配不均的问题。
38.进一步地，出气过渡区13邻近出气口设置，且出气口和出气过渡区(13)相连通，出气过渡区13的第一过渡区14的流道由出气口向主反应区11倾斜延伸，有利于对从主反应区11至出气口的气体进行分配调节。
39.根据本发明的又一个实施例，第一过渡区14的流道数量小于第二过渡区15的流道数量，第二过渡区15的流道数量小于主反应区11的流道数量。如图1和图2所示，由第一过渡区14的流道数量、第一过渡区14的流道数量、主反应区11的流道数量逐级增大，可以实现对气体的逐级分配调节，使得气体分配更加均匀。
40.根据本发明的又一个实施例，第一过渡区14和第二过渡区15之间设有第一空白间隔区16。进一步地，第二过渡区15和主反应区11之间设有第二空白间隔区17。与相关技术中的双极板100结构相比，本发明实施例在主反应区11与第二过渡区15设计有第二空白间隔区17，不仅可以清晰地识别mea(膜电极总成)边界，而且可以使气体更自由地分配到主反应区11的各个流道。另外，使得mea(膜电极总成)边界为矩形，可以采用卷对卷切割工艺，对材料利用率高。
41.由此，第一过渡区14和第二过渡区15之间设有第一空白间隔区16，第二过渡区15和主反应区11之间设有第二空白间隔区17，可以实现对气体流量进行均一性调节，气体流动自由度更高，气体分配更均匀。
42.进一步地，在前后方向上第一空白间隔区16的间距较小，第二空白间隔区17的间距也较小，无需增加额外的支撑结构，防止mea陷入，使得结构设计更加简单。
43.进一步地，第一过渡区14的流道底面、第二过渡区15的流道底面、第一空白间隔区16表面和第二空白间隔区17表面均凸出于双极板100的对应基准平面19(如图2所示)，使得冷却液通道18的在阴极板10和阳极板20之间的上下间隔加大，可以降低冷却液进入流场区之前的压降，从而降低整个双极板100冷却侧的压降。
44.进一步地，第一过渡区14的流道底面、第二过渡区15的流道底面、第一空白间隔区16表面和第二空白间隔区17表面分别凸出于双极板100的对应基准平面19(如图2所示)的距离均相等，且距离为h，其中0.10mm≤h≤0.15mm。具体地，h可以为0.10mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm和0.15mm。如图2所示，在过渡区的流道底面和空白间隔区的表面处于同一水平高度。
45.需要说明的是，将阴极板10的过渡区和阳极板20的过渡区分别抬高，用于方便冷却液进入。
46.根据本发明可选的实施例，阴极板10和阳极板20共同限定出冷却液通道18，双极板100上设有进液口和出液口，进液口和出液口分别设在双极板100的前后两端且均与冷却液通道18连通。冷却液可以由进液口进入冷却液通道18，然后经过出液口流出，用以实现对双极板100以及相邻mea的冷却降温。
47.进一步说明的是，图3所示的双极板100的第一截面示意图中的开口为冷却液歧管口，图4所示的双极板100的第二截面示意图为冷却液由过渡区进入主反应区11的部分结构示意图。
48.根据本发明第二方面实施例的电堆结构，包括上述实施例中的燃料电池用双极板100。
49.本发明实施例的电堆结构，通过在流场的进气过渡区12和出气过渡区13至少一个上增设有第二过渡区15，可以更好地调节过渡区的气体分配均匀性，提升燃料电池的性能。
50.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。