一种氢燃料电池的极板复合流道的制作方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种氢燃料电池的极板复合流道。


背景技术：

2.氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。
3.氢燃料电池中的双极板上通过设置流道供流体有规律的流动，燃料电池现有流场设计在不同负载工况，不同介质流量下的流场形式没有变化，如公开号为cn213936252u的实用新型公开的一种氢燃料电池的双极板及氢燃料电池，这导致燃料电池流场设计必须综合平衡不同工况，降低了流场对不同工况的适应性，例如轻载工况需要保水保湿，重载工况需要排水排湿，或者需要额外的监测设备和控制策略来保证电堆在不同工况下运行在各自合适的湿度条件。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在燃料电池现有流场设计在不同负载工况，不同介质流量下的流场形式没有变化，降低了流场对不同工况的适应性的缺陷而提供一种氢燃料电池的极板复合流道。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种氢燃料电池的极板复合流道，包括第一深度流道和第二深度流道，所述第一深度流道在氢燃料电池极板上的深度大于所述第二深度流道在氢燃料电池极板上的深度，所述第一深度流道与所述第二深度流道相互层叠设置，所述第一深度流道与所述第二深度流道均沿氢燃料电池的流体流通方向分布。
7.进一步地，所述第一深度流道为蜿蜒流道，所述第二深度流道为直流道。
8.进一步地，所述第一深度流道为直流道，所述第二深度流道为蜿蜒流道。
9.进一步地，所述蜿蜒流道和直流道的数量均为多个，多个蜿蜒流道两两相互平行设置，多个直流道两两相互平行设置。
10.进一步地，所述第一深度流道为交指流场流道，所述第二深度流道为多道平行流场流道。
11.进一步地，所述第一深度流道为第一多道平行蜿蜒流场流道，所述第一深度流道为第二多道平行蜿蜒流场流道，所述第一多道平行蜿蜒流场流道和第二多道平行蜿蜒流场流道的流道参数不同。
12.进一步地，不同的流道参数为周长、频率、槽脊宽度、流道深度的一个或多个。
13.进一步地，所述极板复合流道包括两个或两个以上不同深度的流道。
14.进一步地，所述氢燃料电池的极板复合流道分为多个区域，各个区域均包括一个或多个不同深度的流道。
15.进一步地，所述氢燃料电池的极板复合流道设置在极板上，形成不同深度流道对应高度的脊，所述极板为金属极板、石墨极板或复合极板，所述复合极板的材料包括石墨材料、金属材料、复合材料中的一个或多个；
16.所述脊为单材料结构或多材料结构，所述单材料结构的材料为石墨或金属，所述多材料结构包括石墨材料和金属材料。
17.进一步地，所述脊的多材料结构为金属和石墨在高度方向以不同比例组合形成不同高度的脊。
18.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
19.本发明利用深浅不同的两个或多个流场的混合结构，实现不同工况下的流场形式变化，如轻载工况下的主要通过深流道流动、重载工况下的浅流道流场与深流道流场复合流动；从而提升了流场设计的自由度，以更好满足不同工况下的电堆运行需求，提升了电堆在不同工况下的运行效果。
附图说明
20.图1为本发明实施例中提供的一种氢燃料电池的极板复合流道的结构示意图，该极板复合流道中的第一深度流道为多道平行蜿蜒流场，第二深度流场为多道平行直流场；
21.图2为图1所示氢燃料电池的极板复合流道的多道平行直流场的示意图；
22.图3为图1所示氢燃料电池的极板复合流道的多道平行蜿蜒流场的示意图；
23.图4为图1所示氢燃料电池的极板复合流道的俯视图；
24.图5为图1所示氢燃料电池的极板复合流道的局部示意图；
25.图中，1、第一深度流道，2、第二深度流道。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
27.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相
对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
31.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
32.实施例1
33.如图1-5所示，本实施例提供一种氢燃料电池的极板复合流道，包括第一深度流道1和第二深度流道2，第一深度流道1在氢燃料电池极板上的深度大于第二深度流道2在氢燃料电池极板上的深度，第一深度流道1与第二深度流道2相互层叠设置，第一深度流道1与第二深度流道2均沿氢燃料电池的流体流通方向分布。
34.该技术方案的机理是：第一深度流道1和第二深度流道2分别形成深流道和浅流道，在轻载工况，介质流量较低的时候，浅流道由于与气体扩散层距离较近，浅流道截面积小，流动阻力较大，浅流道中的介质流量较少，介质主要通过深流道流动，即主要流场形式为深流道组成的流场；在重载工况，介质流量较高的时候，浅流道中的介质流量有所提升，介质的流场形式就变成浅流道流场与深流道流场复合的形式。
35.需要说明的是，本发明提出的极板复合流道是至少具有两种不同深度的流道，可根据实际情况和需求设置两个或两个以上不同深度的流道，进一步提升电堆在不同工况下的运行效果。
36.本技术方案利用深浅不同的两个或两个以上流场的混合结构，实现不同工况下的流场形式变化，从而提升流场设计的自由度，以更好满足不同工况下的电堆运行需求，提升电堆在不同工况下的运行效果，例如轻载工况下使用蜿蜒流道实现保水保湿，而重载工况下使用直流道实现排水排湿。
37.作为一种可选的实施方式，第一深度流道1为蜿蜒流道，第二深度流道2为直流道。
38.作为一种可选的实施方式，第一深度流道1为直流道，第二深度流道2为蜿蜒流道。
39.上述蜿蜒流道和直流道的数量均为多个，多个蜿蜒流道优选为两两相互平行设置，多个直流道优选为两两相互平行设置。
40.作为一种可选的实施方式，第一深度流道1为交指流场流道，第二深度流道2为多道平行流场流道。
41.交指流场的特点是流道不连续，多道平行流场流道包括多个两两相互平行的流道。
42.作为一种可选的实施方式，第一深度流道1为第一多道平行蜿蜒流场流道，第一深度流道1为第二多道平行蜿蜒流场流道，第一多道平行蜿蜒流场流道和第二多道平行蜿蜒流场流道的流道参数不同，不同的流道参数为周长、频率、槽脊宽度、流道深度的一个或多个。
43.多道平行蜿蜒流场流道包括多个两两相互平行的蜿蜒流道。
44.作为一种可选的实施方式，氢燃料电池的极板复合流道分为多个区域，各个区域均包括一个或多个不同深度的流道。
45.在流场的不同区域，有深浅复合流道的区域，也有单一流道深度的区域；也可以根
据工况优化流道结构，部分区域有两种深度不同的流道，部分区域有三种甚至更多的深度不同的流道。
46.氢燃料电池的极板复合流道设置在极板上，形成不同深度流道对应高度的脊，极板为金属极板、石墨极板或复合极板，复合极板的材料包括石墨材料、金属材料、复合材料中的一个或多个。
47.相当于，上述各实施方式的流场设计方式既可在石墨极板中实现，也可在金属极板中实现；还可以是金属和石墨的复合极板，或者金属和复合材料的复合极板，或者石墨与复合材料的复合极板，或者金属、石墨、复合材料等组合而成的复合极板。
48.脊为单材料结构或多材料结构，单材料结构的材料为石墨或金属，多材料结构包括石墨材料和金属材料。
49.优选地，脊的多材料结构为金属和石墨在高度方向以不同比例组合形成不同高度的脊。
50.相当于，不同深度流道，相应的不同高度的脊，可以是由不同材料构成，可以采用金属和石墨形成不同高度的脊，可以采用金属和石墨在高度方向以各种比例组合形成不同高度的脊；不同深度流道，相应的不同高度的脊能适应对应流道的流体，保证流动更加稳定。
51.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。