[發明專利]一種波紋交錯排布的燃料電池雙極板結構

在審

• 申請號: 201910273252.4
• 申請日: 2019-04-04
• 公開（公告）號: CN109921057A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 汪延成;張天佑;梅德慶;凌偉文
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M8/026
• 分類號: H01M8/026;H01M8/0273;H01M8/04291
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種波紋交錯排布的燃料電池雙極板結構，其特征在于：包括上下兩塊雙極板(1)和膜電極組合體(14)，兩塊雙極板(1)上下之間設有膜電極組合體(14)，膜電極組合體(14)主要由從上到下的陰極擴散層(2)、陰極催化劑層(7)、質子交換膜(13)、陽極催化劑層(12)和陽極擴散層(8)熱壓而成；上雙極板(1)和下雙極板(1)的結構相同，但上下對稱布置；上雙極板(1)和陰極擴散層(2)之間形成多條平行間距排布的陰極氣體流道(4)，下雙極板(1)和陽極擴散層(8)之間形成多條平行間距排布的陽極氣體流道(10)；陰極氣體流道(4)兩端分別作為陰極氣體的入口和出口，陽極氣體流道(10)兩端分別作為陽極氣體的入口和出口，陰極氣體流道(4)內流經的陰極氣體流動方向和陽極氣體流道(10)內流經的陽極氣體流動方向相反，陰極氣體和陽極氣體通過膜電極組合體(14)發生反應；雙極板(1)沿燃料氣體流向的截面成波浪形狀，使得雙極板(1)形成多條以峰谷形態交替布置的條狀峰部分和條狀谷部分，雙極板(1)的條狀谷部分底面和與陰極擴散層(2)貼合，貼合處為雙極板肋下區域(17)，在雙極板(1)的相鄰兩個條狀谷部分之間形成氣體流道(4/10)，各個陰極氣體流道(4)平行等間距排布；雙極板(1)的條狀峰部分沿氣體流道(4/10)方向間隔均布設置有多個向氣體流道(4/10)侵入的波紋狀凸起(16)，雙極板(1)的相鄰兩個條狀峰部分之間以及各個波紋狀凸起(16)處共同構成冷卻液流場(5)；波紋狀凸起(16)在單一氣體流道上以相同間距L分布，每相鄰兩個氣體流道上的波紋狀凸起(16)相錯位布置。

2.根據權利要求1所述的一種波紋交錯排布的燃料電池雙極板結構，其特征在于：在氣體流道(4/10)內流動的反應氣體在遇到每個波紋狀凸起(16)時，會通過波紋狀凸起(16)的導向通過雙極板肋下區域(17)的膜電極組合體(14)流向相鄰的且在該雙極板肋下區域(17)處未設有波紋狀凸起(16)的氣體流道(4/10)中。

3.根據權利要求1所述的一種波紋交錯排布的燃料電池雙極板結構，其特征在于：所述的雙極板(1)的相鄰兩個條狀峰部分之間形成填充有冷卻液的冷卻流道，相鄰冷卻流道之間通過波紋狀凸起(16)的設置相連通。

4.根據權利要求1所述的一種波紋交錯排布的燃料電池雙極板結構，其特征在于：所述的膜電極組合體(14)置于兩塊雙極板(1)中間共同組成了一塊燃料電池單電池，還包括框架(15)，框架(15)固定對接在上下雙極板(1)和膜電極組合體(14)的兩端，兩端的框架(15)內部開設有用于導入和導出反應氣體的氣體入口通道和氣體出口通道。

5.根據權利要求4所述的一種波紋交錯排布的燃料電池雙極板結構，其特征在于：所述的框架(15)的一端開設有陰極反應氣體出口通道(6)和陽極反應氣體入口通道(9)，框架(15)的另一端開設有陰極反應氣體入口通道(3)和陽極反應氣體出口通道(11)；所有陰極氣體流道(4)的入口經框架(15)內的陰極反應氣體入口通道(3)連通一起到陰極反應氣體氣源，所有陰極氣體流道(4)的出口經框架(15)內的陰極反應氣體出口通道(6)連通一起流出；所有陽極氣體流道(10)的入口經框架(15)內的陽極反應氣體入口通道(9)連通一起到陽極反應氣體氣源，所有陽極氣體流道(10)的出口經框架(15)內的陽極反應氣體出口通道(11)連通一起流出。

6.根據權利要求1所述的一種波紋交錯排布的燃料電池雙極板結構，其特征在于：所述的波紋狀凸起(16)侵入氣體流道的深度為氣體流道自身深度的1/3～1/2，從而使得在波紋狀凸起(16)存在的區域，反應氣體會通過雙極板肋下實現相鄰氣體流道間的氣體交流。

7.根據權利要求1所述的一種波紋交錯排布的燃料電池雙極板結構，其特征在于：在陰極氣體流道(4)內沿氣體流道方向流動的反應氣體在遇到波紋狀凸起(16)時，部分通過雙極板肋下(17)流向相鄰的在該處沒有波紋狀凸起(16)的陰極氣體流道(4)。