[實用新型]一種燃料電池變截面臺階形流道的金屬雙極板

有效

• 申請號: 202020191707.6
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN211743308U
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 趙富強;祁慧青;黃慶學;張彥雷;丁小鳳;王宏偉;范曉宇;賈彥奎
• 申請（專利權）人: 太原科技大學;太原理工大學
• 主分類號: H01M8/026
• 分類號: H01M8/026;H01M8/0263;H01M8/0265;G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 雷立康

本實用新型涉及一種燃料電池變截面臺階形的金屬雙極板，為解決金屬雙極板直線型流道氣體擴散效率低、排水性差、電流密度分布不均等問題，提出一種燃料電池變截面臺階形流道的金屬雙極板結構，氧氣流道和氫氣流道槽底均呈臺階形，所述每條氧氣流道和氫氣流道均包括m個臺階；所述各個氧氣流道深度從陰極單極板的外側流道到中間流道呈逐漸增大特征，各個氫氣流道深度從陽極單極板的外側流道到中間流道呈逐漸減小特征；從流道入口到出口方向，所述氧氣、氫氣流道各臺階深度逐級減小，相鄰兩級臺階深度的差值相同；所述氧氣、氫氣流道垂直于氣流方向各截面大小不同。本實用新型可有效提高后段流道的氣體擴散性和電流密度的均勻性，并提高排水性能。

技術領域

本實用新型涉及一種燃料電池變截面臺階形流道的金屬雙極板，它屬于燃料電池技術領域。

背景技術

作為一種將氫化學能直接轉化為電能的發電裝置，金屬雙極板質子交換膜燃料電池的發電效率高于50％，且燃料反應發電的唯一產物是水，是一種環境友好型的供能裝置。同時具有啟動快、工作溫度低、噪聲小等特點，是未來汽車等行業的理想功能裝置。雙極板作為燃料電池核心部件，在整個電堆的質量和成本上占有很大比重。雙極板的作用是用以隔離并分配反應氣、收集并導出電流、串聯各單電池以及支撐整個電堆結構等功能，所以對雙極板的導熱性、導電性、耐蝕性、機械強度、成本和加工難易程度有了一定的要求。金屬雙極板上形成的陰極流場與陽極流場的結構直接影響反應氣的分布，而金屬雙極板上形成的冷卻介質流場的結構直接影響冷卻介質的分布。現有流道多采用直線型流道，如專利授權公布號CN106571472B公開的直線型漸變流道，這種流道具有加工制造性能好，各個流道內反應性能一致的優點，但相比其他復雜流道形式，存在流速不足，反應氣擴散效率低，不利電池的電流密度，影響電池性能問題，如果反應氣分布不均會導致局部供氣不足，還可能導致電池性能降低；而冷卻介質的分布不均造成電池局部過熱，甚至損壞電堆，因此，有必要提出一種新型流道，既能具備直線型流道優點，還能使得氣體流道與膜電極的接觸面積的占比增大，提高電池性能。

實用新型內容

本實用新型的目的是克服以上現有技術存在的缺陷，提出一種燃料電池變截面臺階形流道的金屬雙極板結構，包括金屬陰極板和金屬陽極板，能有效提高流道后段的氣體擴散性和電流密度的均勻性，并提高排水性。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：

一種燃料電池變截面臺階形流道的金屬雙極板，包括陽極單極板和陰極單極板，陽極單極板外側設有氫氣流道，陰極單極板外側設有氧氣流道，氫氣流道和氧氣流道均包括n條平行的直線型流道，陰極單極板與陽極單極板凸凹對稱，其中，所述氧氣流道和氫氣流道槽底均呈臺階形，每條氧氣流道和氫氣流道均包括m個臺階；所述各個氧氣流道深度從陰極單極板的外側流道到中間流道呈逐漸增大特征，而各個氫氣流道深度從陽極單極板的外側流道到中間流道呈逐漸減小特征；從流道入口到出口方向，所述氧氣流道和氫氣流道各臺階深度逐級減小，相鄰兩級臺階深度的差值相同；所述氧氣流道特征還包括：氧氣流道深度、氧氣流道槽底寬度、氧氣流道各級臺階拔模角度、氧氣流道壁與氧氣流道槽底在豎直yoz坐標平面投影形成的夾角、氧氣流道壁與氧氣流道頂部在豎直yoz坐標平面投影形成的夾角，所述氫氣流道特征還包括：氫氣流道深度、氫氣流道槽底寬度、氫氣流道各級臺階拔模角度、氫氣流道壁與氫氣流道槽底在豎直YOZ坐標平面投影形成的夾角、氫氣流道壁與氫氣流道頂部在豎直YOZ坐標平面投影形成的夾角，所述氧氣、氫氣流道垂直于氣流方向各截面大小不同，上述特征按如下模型確定：

1)氧氣流道深度y_i(x,z)按如下模型確定：