一种燃料电池双极板及燃料电池的制作方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种单燃料电池双极板及燃料电池。


背景技术：

2.质子交换膜燃料电池是一种通过氢气和氧气电化学反应而发电的装置，反应产物为水，是应用前景广阔、潜力巨大的清洁能源。质子交换膜燃料电池的双极板内通常含燃料侧、空气（或氧气）侧，针对每种流体侧，分别设有几十至上百根流体通道。燃料或空气在流体通道内流动的同时，燃料或空气通过气体扩散层等多孔结构扩散，参与电化学反应造成气体消耗。
3.随燃料电池反应物消耗，气体流速逐渐降低，尤其在液体通道的尾端，由于气体流速降低，导致底部流道较顶部流道更容易积累液态水，流道内的液态水排出困难，液态水累积会造成反应气无法到达催化层，发生局部欠气，造成电堆性能下降；另一方面，从热量角度考虑，靠近两侧的流道与外界更容易发生导热、热辐射等，使得两侧温度较中间流道降低，造成流道内液态水析出，同样使得电堆性能下降。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的质子交换膜燃料电池双极板内液态水排出困难、并且易造成留到内液态水析出的问题，从而提供一种燃料电池双极板及燃料电池。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种燃料电池双极板，包括本体，所述本体上设有反应区；中间流道，沿反应气体流动方向设有多条，多条所述中间流道设于所述反应区内，且多条中间流道的流速相等；边缘流道，具有两条，设于所述中间流道与所述本体的内壁之间，所述边缘流道的截面面积逐渐减小。
6.进一步，沿所述反应气体流动方向，所述边缘流道的流道入口至流道出口的截面宽度逐渐减小，且所述边缘流道的截面深度不变。
7.进一步，沿所述反应气体流动方向，所述边缘流道的流道入口至流道出口的截面深度逐渐减小，且所述边缘流道的截面宽度不变。
8.进一步，沿所述反应气体流动方向，所述边缘流道的流道入口至流道出口的截面深度逐渐减小，且所述边缘流道的截面宽度逐渐减小。
9.进一步，所述边缘流道的流道入口截面宽度为流道出口截面宽度的2-4倍。
10.进一步，所述边缘流道流道入口截面深度为流道出口截面深度的2-4倍。
11.进一步，所述边缘流道与所述本体的内壁倾斜设置，且所述中间流道平行于所述边缘流道。
12.进一步，所述边缘流道与所述本体的内壁之间设有夹角，所述夹角为5-15
°
。
13.进一步，所述边缘流道的截面形状为多边形。
14.本发明还提供了一种燃料电池，包括权本发明所述的燃料电池双极板。
15.本发明技术方案，具有如下优点：本发明提供的燃料电池双极板，包括本体，所述本体上设有反应区；中间流道，沿反应气体流动方向设有多条，多条所述中间流道设于所述反应区内，且多条中间流道的流速相等；边缘流道，具有两条，设于所述中间流道与所述本体的内壁之间，所述边缘流道的截面面积逐渐减小。
16.通过在本体的反应区内设置多条中间流道，并在本体内壁上设置两条边缘流道，两条边缘流道分别设置在反应区内中间流道的两侧，将两条边缘流道的截面面积设置逐渐减小，使得反应物流速不发生变化，即保证了边缘流道内反应物的流动速度，中间流道内反应物的流速是相等的，避免中间流道的底部较中间流道的顶部积累液态水，便于中间流道内的液态水排出，保证了反应气可以顺利的到达催化层内进行反应，提高了电堆性能。同时，在中间流道的两侧设置截面面积逐渐减小的边缘流道，即边缘流道与本体的内壁直接接触，避免中间流道与外界之间出现导热和热辐射等情况，保证了中间流道的温度，减小中间流道内液态水的析出，从而提高了电堆性能。
17.提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
18.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
19.图1示出了本发明提供的燃料电池双极板的结构示意图；图2示出了图1的剖视图；图3示出了本发明提供的燃料电池双极板的第二种实施例的结构示意图；图4示出了图3中a-a处剖视图；图5示出了图3中b-b处剖视图；图6示出了本发明提供的燃料电池双极板的第三种实施的结构示意图。
20.1-本体；2-反应区；3-中间流道；4-边缘流道；5-流道入口；6-流道出口；7-氢入分配区；8-氢出分配区；9-氢气入口；10-氢气出口；11-空气出口；12-空气入口；
13-液态水出；14-液态水入口。
具体实施方式
21.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
22.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
23.请参阅图1至图6所示，本发明实施例提供了一种燃料电池双极板，燃料电池双极板为燃料电池的核心部件，同时，燃料电池还包括mea组件，燃料电池双极板为mea组件提供支撑。其中，燃料电池双极板包括本体1，所述本体1上设有反应区2；中间流道3，沿反应气体流动方向设有多条，多条所述流道设于所述反应区2内，且多条中间流道3的流速相等；边缘流道4，具有两条，设于所述中间流道3与所述本体1的内壁之间，所述边缘流道4的截面面积逐渐减小。
24.通过在本体1的反应区2内设置多条中间流道3，并在本体1内壁上设置两条边缘流道4，两条边缘流道4分别设置在反应区2内中间流道3的两侧，将两条边缘流道4的截面面积设置逐渐减小，使得反应物流速不发生变化，即保证了边缘流道4内反应物的流动速度，中间流道3内反应物的流速是相等的，从而避免中间流道3的底部较中间流道3的顶部积累液态水，便于中间流道3内的液态水排出，保证了反应气可以顺利的到达催化层内进行反应，提高了电堆性能。同时，在中间流道3的两侧设置截面面积逐渐减小的边缘流道4，即边缘流道4与本体1的内壁直接接触，避免中间流道3与外界之间出现导热和热辐射等情况，保证了中间流道3的温度，减小中间流道3内液态水的析出，从而提高了电堆性能。
25.其中，本体1的中部为反应区2，并且在反应区2长度方向的两端设置氢入分配区7和氢出分配区8，中间流道3设置在反应区2内；同时，沿氢入分配区7的长度方向上依次设有氢气入口9、液态水出口13、空气出口11；沿氢出分配区8的长度方向上依次设有空气入口12、液态水入口14、氢气出口10；其中，氢气入口9与氢气出口10沿本体1的对角线方向设置，空气入口12和空气出口11也沿本体1的对角线方向设置；液态水出口13与液态水入口14沿本体1的长度方向对称设置。
26.在一些可选的实施例中，沿所述反应气体流动方向，所述边缘流道4的流道入口5至流道出口6的截面宽度逐渐减小，其中，流道入口5为边缘流道4的左端，流道出口6为边缘流道4的右端，且所述边缘流道4的截面深度不变。即边缘流道4的流道入口5至流道出口6的只从截面宽度方向逐渐减小。
27.具体地，所述边缘流道4的流道入口5截面宽度为流道出口6截面宽度的2-4倍，即流道出口6的截面宽度为流道入口5截面宽度的1/4至1/2，边缘流道4的流道入口5至流道出
口6的投影形状呈等腰梯形。使得反应物流速不发生变化，即保证了边缘流道4内反应物的流动速度，中间流道3内反应物的流速是相等的，避免中间流道3的底部较中间流道3的顶部积累液态水，便于中间流道3内的液态水排出，保证了反应气可以顺利的到达催化层内进行反应，提高了电堆性能。
28.当然，边缘流道4的流道入口5至流道出口6的投影形状也可以呈三角形，此时，需要根据边缘流道4的流道入口5至流道出口6截面宽度逐渐减小的实际情况自行设定。
29.在另一些可选的实施例中，沿所述反应气体流动方向，所述边缘流道4的流道入口5至流道出口6的截面深度逐渐减小；即边缘流道4的左端至边缘流道4的右端深度逐渐减小，同时，所述边缘流道4的截面深度不变。即边缘流道4的流道入口5至流道出口6的只从截面宽度方向逐渐减小。即边缘流道4的流道入口5至流道出口6的只从截面深度方向逐渐减小。
30.具体地，所述边缘流道4流道入口5截面深度为流道出口6截面深度的2-4倍，即流道出口6的截面深度为流道入口5截面深度的1/4至1/2，边缘流道4的流道入口5至流道出口6的截面形状呈等腰梯形；使得反应物流速不发生变化，即保证了边缘流道4内反应物的流动速度，中间流道3内反应物的流速是相等的，避免中间流道3的底部较中间流道3的顶部积累液态水，便于中间流道内的液态水排出，保证了反应气可以顺利的到达催化层内进行反应，提高了电堆性能。
31.当然，边缘流道4的流道入口5至流道出口6的截面形状也可以呈三角形，此时，需要根据边缘流道4的流道入口5至流道出口6截面形状逐渐减小的实际情况自行设定。
32.在另一些可选的实施例中，沿所述反应气体流动方向，所述边缘流道4的流道入口5至流道出口6的截面深度逐渐减小，且所述边缘流道4的截面宽度逐渐减小。即边缘流道4的流道入口5至流道出口6分别从截面宽度方向和截面深度方向均逐渐减小，使得反应物流速不发生变化，即保证了边缘流道4内反应物的流动速度，避免中间流道3的底部较中间流道3的顶部积累液态水，便于中间流道3内的液态水排出，保证了反应气可以顺利的到达催化层内进行反应，提高了电堆性能。
33.在另一些可选的实施例中，所述边缘流道4与所述本体1的内壁倾斜设置，所述中间流道3平行于所述边缘流道4；该倾斜方向沿着氢入分配区7朝向氢出分配区8向下设置，该设置方式，有助于液态水在重力的作用下排出，避免中间流道3的底部较中间流道3的顶部积累液态水，便于中间流道3内的液态水排出，保证了反应气可以顺利的到达催化层内进行反应，提高了电堆性能。
34.具体地，所述边缘流道4与所述本体1的内壁之间设有夹角，在本实施例中，所述夹角为5-15
°
。该夹角的设置，有助于液态水在重力的作用下排出，避免中间流道3的底部较中间流道3的顶部积累液态水，便于中间流道3内的液态水排出，保证了反应气可以顺利的到达催化层内进行反应，提高了电堆性能。
35.其中，夹角的数值可以根据实际情况自行设定。
36.在一些可选的实施例中，所述边缘流道4的截面形状为多边形；具体地，可以为四边形、六边形、八边形、异形等。
37.在本实施例中，边缘流道4的截面形状为矩形，矩形的流道和边缘流道4便于加工，减小加工成本。
38.本发明还提供了一种燃料电池，包括所述的燃料电池双极板。
39.以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。