一种电极板及具有电极板的氢燃料电池的制作方法

本申请涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种电极板及具有电极板的氢燃料电池。

背景技术：

在能源制约、环境污染等大背景下，燃料电池由于其发电效率高、环境污染少等诸多优点，逐渐应用于工业、住屋、交通等领域，燃料电池作为基本或后备供电装置，具有广泛的应用前景。

氢燃料电池作为燃料电池的一种，由于使用氢气作为原料，发电完成后的产物只有水，而不产生温室气体二氧化碳，对环境不造成任何影响，逐渐受到更多的关注。现有技术中，氢燃料电池往往是由多个单体电池单元层叠而成，其作为一种质子交换膜燃料电池，每个单体电池单元中的膜电极层需要一对导电隔板，以支撑、集流、分隔氧化剂与还原剂，并引导氧化剂和还原剂在电池内电极表面流动，这种导电隔板称为电极板。

然而，现有的电极板，如图1所示，由于其用于气体反应的流道1采用截平的端面，导致氢气进入流道后不能与氧气进行充分反应就流出流道，使得氢气利用率较低。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种电极板，用于解决现有技术中用于气体反应的流道 1采用截平的端面，导致氢气进入流道后不能与氧气进行充分反应就流出流道，使得氢气利用率较低的问题。

本申请实施例还提供一种氢燃料电池，用于解决现有技术中用于气体反应的流道1采用截平的端面，导致氢气进入流道后不能与氧气进行充分反应就流出流道，使得氢气利用率较低的问题。

本申请实施例采用下述技术方案：

一种电极板，包括氢气入口、氢气出口和流道，其中：

所述氢气入口配设于所述电极板的一侧；

所述氢气出口配设于所述电极板中与所述氢气入口相对的另一侧；

所述流道配设于所述氢气入口和所述氢气出口之间，所述流道呈曲线形或折线形排布；

所述流道包括主流道和辅助流道，多个所述主流道按照预设间隔，平行配设于所述氢气入口和所述氢气出口之间，多个所述辅助流道的形状是半圆形或矩形或梯形，所述辅助流道用于连通所述主流道。

优选的，所述电极板还包括：

多个凸柱，多个所述凸柱配设于所述流道的上端和下端表面侧。

优选的，多个所述凸柱彼此隔着规定间隔。

优选的，所述电极板包括所述氢气入口、所述氢气出口、多个所述主流道和多个所述辅助流道的区域低、四周高的阶梯状结构。

优选的，所述电极板还包括：

多个凸点，多个所述凸点配设于所述氢气入口与所述流道之间、以及所述氢气出口与所述流道之间的区域的表面侧。

优选的，多个所述凸点彼此隔着规定间隔。

优选的，所述电极板表面涂覆有一层具有高电导率和高耐腐特性的涂层。

优选的，所述电极板的凹槽壁、与距离所述电极板的凹槽壁最近的所述流道的边缘之间的距离是6毫米。

一种氢燃料电池，包括上述所述的电极板。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本申请提供的电极板包括氢气入口、氢气出口和流道，其中氢气入口配设于所述电极板的一侧，氢气出口配设于电极板中与氢气入口相对的另一侧，流道配设于氢气入口和氢气出口之间，由于流道呈曲线形或折线形排布，流道包括主流道和辅助流道，多个主流道按照预设间隔，平行配设于氢气入口和氢气出口之间，多个辅助流道的形状是半圆形或矩形或梯形，其中辅助流道用于连通主流道，这样便能够延长流道的整体长度，使得氢气和氧气在流道中能够充分反应，从而能够解决现有技术中的电极板使得氢气利用率较低的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中的电极板的流道结构示意图；

图2为本申请提供的一种电极板的结构示意图；

图3为本申请提供的一种电极板的局部区域I的剖面示意图；

图4为本申请提供的一种电极板的各部件详细尺寸示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

本申请提供了一种电极板，包括氢气入口、氢气出口和流道，其中，氢气入口配设于电极板的一侧，氢气出口配设于电极板中与氢气入口相对的另一侧，流道配设于氢气入口和氢气出口之间，流道呈曲线形或折线形排布，且流道包括主流道和辅助流道，多个主流道按照预设间隔，平行配设于氢气入口和氢气出口之间，多个辅助流道的形状是半圆形或矩形或梯形，辅助流道用于连通主流道，这样便可以延长流道的整体长度，那么当氢气从氢气入口进入流道时，便能延长氢气通过流道的路径，从而使得氢气与氧气在延长的流道中进行充分的反应，有效提高氢气的利用率。

需要说明的是，本申请实施例提供的电极板的流道，可以是呈曲线形或折线形排布，本领域技术人员应当明白，在实际应用中，各个主流道之间可以存在一定的距离，辅助流道用于连通主流道，以便各主流道通过辅助流道的连接能够形成至少一条连通路径，从而使得氢气从氢气入口进入流道后，能通过流道顺利到达氢气出口处。

基于上述简单描述了本申请提供的电极板的核心构思，下面通过具体的实施方式详细说明本申请的构思。

请参见图2，为本申请提供的电极板的一种具体实施方式的结构示意图，包括氢气入口21、与氢气入口21呈中心对称位置的氢气出口22、流道23，其中，流道23配设于氢气入口21和氢气出口22之间，流道23又包括主流道24 和辅助流道25，多个主流道24按照预设间隔、平行配设于氢气入口21和氢气出口22之间，多个辅助流道25的形状是半圆形或矩形或梯形，辅助流道25 用于连通主流道24。

在实际应用中，具体流道23可以呈曲线形排布，也可以呈折线形排布，本申请对此将不做限定。而流道23的主流道24和辅助流道25相互连通的方式也可以有很多种，比如主流道24和辅助流道25可以采用对接的方式相互连通，也可以采用一体成型的方式进行相互连通，本申请对此也不做限定。

在实际应用场景中，为防止电极板在对流道的进行加工成形过程中由于应力集中，容易变形的问题，本申请实施例提供的电极板还包括多个凸柱26，多个凸柱26配设于流道23的上端和下端，如图2所示，这些凸柱26彼此隔着规定间隔。

为便于氢气进入流道后与氧气进行反应后产生的化学产物水能够顺利排出流道，本申请实施例提供的电极板的结构是该电极板包括氢气入口21和氢气出口22、流道23的区域低、四周高的阶梯状结构，如图3所示，为电极板局部区域I的剖面示意图，当流道中产生水后，会因为重力的作用，从流道中流经电极板区域31到电极板区域32中，并最终通过氢气入口21排出，从而可以防止流道23中会残留水，避免残留的水会雾化，使得流道膨胀变形的问题。

为防止氢气进入流道后，会跟氧气进行反应，从而在流道中产生气体压力的变动，而引起电极板变形的问题，本申请实施例提供的电极板还包括多个凸点27，多个凸点配设于氢气入口21与流道23之间的区域、以及氢气出口22 和流道23之间的区域。多个凸点27彼此隔着规定间隔。

为了使得电极板能够具有高电导率，并具有高耐腐性，防止流道在氢气和氧气进行化学反应时腐蚀的问题，本申请实施例提供的电极板表面涂覆有一层具有高电导率和高耐腐特性的涂层。

由于本申请实施例提供的电极板是用于氢燃料电池中，而氢燃料电池的发电原理是将氢气送到氢燃料电池的阳极板(负极)，经过催化剂(铂)的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子(质子)穿过氢燃料电池的质子交换膜，到达燃料电池阴极板(正极)，而氢原子中分离出的电子则经外部电路，到达氢燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流，电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。因此本申请实施例提供的电极板还包括氧气入口210和与氧气入口210呈中心对称的氧气出口212，由于氢燃料电池中的氢气和氧气反应后产生的水往往是蒸汽形态，为避免电极板的流道中的蒸汽过多导致流道变形，因此本申请实施例提供的电极板还包括冷却液体入口 29和与冷却液体入口29呈中心对称的冷却液体出口211，用于将蒸汽形态的水冷却成液态的水排出流道。

本申请实施例提供的电极板经过多次实验，最终发现电极板的凹槽壁27、与距离该凹槽壁27最近的流道的边缘之间的距离是6mm时，所产生的应力最小，可以作为一种最优的方案。如图4所示，为本申请实施例提供的一种电极板的各部件的最优化状态的尺寸示意图，该电极板的长为220mm、电极板的宽为143mm、流道区域的长为126mm、流道区域的宽为95mm、氢气入口和氢气出口的长为23mm、氢气入口和氢气出口的宽为15mm、氢气入口和氢气出口处凹区域的宽度为29mm、氧气入口和氧气出口处的长度和宽度分别为 24mm和13mm。

在实际场景应用中，为了对电极板中的氧气入口和氧气出口、以及冷却液体入口和冷却液体出口进出的气体或液体、与氢气入口和氢气出口进出的氢气进行密封，本申请实施例提供的电极板，其氧气入口和氧气出口、以及冷却液体入口和冷却液体出口在氢气流通的电极板上均采用中间高，两面低的阶梯状结构，其中氧气入口和氧气出口、以及冷却液体入口和冷却液体出口的阶梯状的长度由高到低排列分别为32mm、28mm和24mm，氧气入口和氧气出口、以及冷却液体入口和冷却液体出口的阶梯状的宽度由高到低排列分别为 21mm、17mm和13mm。

本申请提供的电极板包括氢气入口、氢气出口和流道，其中氢气入口配设于所述电极板的一侧，氢气出口配设于电极板中与氢气入口相对的另一侧，流道配设于氢气入口和氢气出口之间，由于流道呈曲线形或折线形排布，流道包括主流道和辅助流道，多个主流道按照预设间隔，平行配设于氢气入口和氢气出口之间，多个辅助流道的形状是半圆形或矩形或梯形，其中辅助流道用于连通主流道，这样便能够延长流道的整体长度，使得氢气和氧气在流道中能够充分反应，从而能够解决现有技术中的电极板使得氢气利用率较低的问题。

以上为本申请提供的一种电极板，基于该电极板，本申请实施例还提供一种氢燃料电池，包括如上文所述的电极板。

其中，该氢燃料电池的电极板上的流道只要包括主流道和辅助流道，多个主流道按照预设间隔、平行配设于氢气入口和氢气出口之间，多个辅助流道的形状是半圆形或矩形或梯形，辅助流道能够用于连通主流道，且电极板包括多个凸柱和多个凸点，以及电极板包括氢气入口、氢气出口、多个主流道和多个辅助流道的区域低、四周高的阶梯状结构，均应在本申请的保护范围之内。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。