燃料电池极板和燃料电池的制作方法

本实用新型属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池极板和燃料电池。

背景技术：

燃料电池是目前发展火热的新能源形式，燃料电池中比较重要的部件是双极板。国内应用多的是石墨极板，国外先进技术使用金属极板或复合板，金属极板由于其体积小，重量轻，组装后的电堆体积功率高，目前已经被越来越多的公司重视，进行发展。石墨极板可以利用石墨板进行反应气体和冷却水流道的雕刻，而金属极板采用不锈钢薄板进行冲压形成，两块金属单极板组合在一起形成双极板，双极板表面一面走氧气，一面走氢气，中间的夹缝走冷却水进行电堆中部反应区的散热。

目前的双极板流场主要分为以下几种：平直流道、蛇形流道、交指型流道、点状流场、网状流场、仿生流场以及丰田独创的3D流场。不管是哪种气体流道(气体流道是指反应气由极板的一侧边流至相对侧边的流经路线)，必须保证冷却水能够顺畅进出，及时带走反应热，由于金属极板采用冲压形成，所以一般的金属极板的冷却水流道借用薄板冲压形成的流道。当金属单板A侧凹槽走气体时，冲压形成的B侧凹槽可以走水。两块单板拼在一起形成双板，中间流道走水，双板外表面走气体。

鉴于金属板冲压的特点，一般极板开口布置方案都是采用气体进出口和冷却水进出口同侧的布置，为了让冷却水顺着冲压出的气体流道第二面流动。同时由于氢气与氧气的扩散速率不一样，反应中又是氧气侧生成水，因此阴阳极板的流道设计也不同。

例如专利CN200910086830.X申请了一种自增湿的燃料电池，气体进出口的结构存在不同。专利CN1813367A申请了一种电极极板结构，气体开口与冷却水开口处于同一边。

以上技术的阴极板和阳极板结构不同，因此双极板制作时，必须开两套模具才能冲压出一副双极板；另外极板上气体进出口与冷却水进出口在同一侧，导致金属极板狭长，不利于阴极上反应产物水的排出。

技术实现要素：

因此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种燃料电池极板和燃料电池，能减少了极板的长度，利于阴极板反应产物的排出。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种燃料电池极板，包括板体，所述板体的第一面上包括第一条状凸起，所述第一条状凸起的延伸方向与气体流道的延伸方向为交叉设置。

优选地，所述第一面上包括有第二条状凸起，所述第一条状凸起与所述第二条状凸起为交叉设置，所述第二条状凸起高于所述第一条状凸起。

优选地，所述气体流道的进气区域和出气区域在所述进气区域或所述出气区域所在侧边上投影为错位设置。

优选地，所述进气区域和所述出气区域在所述侧边的相邻侧边上的投影间距大于所述第二条状凸起在该相邻侧边上的投影长度。

优选地，所述第二条状凸起与所述第一条状凸起为相互垂直设置。

优选地，所述进气区域和所述出气区域均设有若干个。

优选地，两个相邻所述进气区域为间隔设置，两个相邻的所述出气区域为间隔设置。

优选地，所述第一面上靠近所述进气区域或出气区域处设有分散气体的凸起。

优选地，所述第一条状凸起和/或所述第二条状凸起为冲压形成。

一种燃料电池，包括两个如上所述燃料电池极板，两个所述燃料电池极板的板体第二面相对设置。

优选地，所述第一条状凸起的背侧形成冲压槽，所述冲压槽形成所述燃料电池的液体流道。

优选地，所述燃料电池包括密封胶圈，所述密封胶圈安设在所述第一面上，包围所述第二条状凸起、所述第一条状凸起、所述进气区域和所述出气区域。

本实用新型提供的燃料电池极板和燃料电池，所述燃料电池极板包括板体，所述板体的第一面上包括第一条状凸起，所述第一条状凸起与气体流道为交叉设置，使得气体流道成为凹凸结构，增强气体流动时的扰流运行，提高反应效率，减少极板长度，利于反应产物水的排出。

附图说明

图1为本实用新型实施例的燃料电池极板的立体结构图；

图2为图1的局部放大图；

图3为本实用新型实施例的燃料电池的爆炸结构图；

图4为本实用新型实施例的燃料电池的截面结构图；

图5为图4中A部分的放大结构图；

图6为本实用新型实施例的燃料电池的立体结构图；

图7为密封圈的结构示意图。

附图标记表示为：

1、板体；10、第一面；11、第二条状凸起；12、第一条状凸起；13、进气区域；14、出气区域；15、凸起；16、密封槽；17、进水区域；18、出水区域；19、第二面；2、密封胶圈。

具体实施方式

结合参见图1和2所示，根据本实用新型的实施例，一种燃料电池极板，包括板体1，所述板体1的第一面10上包括第一条状凸起12，所述第一条状凸起12的延伸方向与气体流道的延伸方向为交叉设置。

作为电极的板体1采用金属材料制成，在第一面10上设置第一条状凸起12，该第一条状凸起12可为板体1第二面19向第一面10冲压而成，因此与第一条状凸起12对应的第二面为相应的凹槽结构；或直接在第一面10上设置条形的凸起物。

板体1的第一面10上气体流道，是氧气或氢气在第一面10上由一侧边流至相对侧边流动的流经路线，由于该气体流道的延伸方向与第一条状凸起12的延伸方向为交叉设置，使得气体在流动过程中，要跨越第一条状凸起12，导致气体流道产生凹凸变化，延长了气体流动长度，且增强了气体流动时的扰流干扰，提高了气体在极板上的反应效率，相对而言，减少了极板长度，有利于反应产物的排出。

在板体1的第一面10上还包括有第二条状凸起11，第一条状凸起12与所述第二条状凸起11为交叉设置，所述第二条状凸起22高于所述第一条状凸起12。第二条状凸起11起到引导气体流动，相当于气体流道方向为第二条状凸起11的长度延长方向，如第二条状凸起11设为多个时，相邻第二条状凸起11之间的沟槽为气体流通的通道。第一条状凸起12与所述第二条状凸起11为交叉设置，所述第二条状凸起22高于所述第一条状凸起12，使得该沟槽底面为凹凸结构，延长气体流动长度，增强了气体流动时的扰流干扰，提高了气体在极板上的反应效率。

气体流道的进气区域13和出气区域14在所述进气区域13或所述出气区域14所在侧边上投影为错位设置；使得反应气在该极板侧面上流动长度得到延长。同时进气区域13和出气区域14为错位设置，使得同一结构的另一极板能在绕一侧边线为轴180°旋转后，与本级板构成燃料电池双极板的对称结构，即两块极板第二面19相对可形成燃料电池双极板。

进气区域13和出气区域14在所述侧边的相邻侧边上的投影间距大于所述第二条状凸起11在该相邻侧边上的投影长度，第二条状凸起11为线段状，使得错位设置的进气区域13和出气区域14之间的气体流道，变得更加延长，如反应气由进气区域13需要绕过第二条状凸起11的端头才能达到出气区域14。

第二条状凸起11与第一条状凸起12为相互垂直设置，且各设有若干个；若干个所述第二条状凸起11或所述第一条状凸起12为平行设置。

气体流道的进气区域13和所述出气区域14均设有若干个。两个相邻所述进气区域13为间隔设置，两个出气区域14为间隔设置。间隔设置的进气区域13或出气区域14，结合进气区域13与出气区域14为错位设置，使得气体流道相对稳定，不易产生噪音，便于优化电堆空间。

第一面10上靠近所述进气区域13或出气区域14处设有分散气体的凸起15，如凸点结构，使得气体流动处于分散均匀的状态。

对于上述的第一条状凸起12和/或所述第二条状凸起11为冲压形成，其中条状，可为直线型或曲线型，满足能实现上述效果的类似结构均可。

如图3-7所示，一种燃料电池，包括两个上述结构相同的燃料电池极板，两个燃料电池极板的板体1第二面19相对设置，分别作为燃料电池的阴极板和阳极板。相对设置的两个第二面19之间的液体流道，是由第一条状凸起12背侧形成冲压槽构成，使得液体流道与气体流道处于交叉设置，甚至可为垂直设置，降低冷却水流动的阻力，更快的冷却电堆内部，达到优化电堆空间结构的效果。

燃料电池双极板的具体结构为，将液体流道布置垂直于气体流道的方向，气体流道的进出口分为三进三出，气体从氧气进口进来后，先经过凸起15流场扩散，除直接沿第二条状凸起11轴向流动外，还会跨越第二条状凸起11或通过第二条状凸起11的端头空隙扩散通道向旁边扩散。由于气体进出口是按照180°布置，结构相同的两块极板中的一块按照180°旋转后，两块极板第二面19正对就可以拼接成燃料电池双极板结构。

为了保证电化学反应的散热，将冷却水进出口布置于垂直气体流道的位置，由于气体流道为凹凸状，两块拼接的单极板第一条状凸起12形成冷却水进出的流道，避免冷却水堵塞问题。而且气体流道从传统的平直结构改为凹凸结构，可以增加气流扰动，加强反应效率。

该燃料电池还包括密封胶圈2，密封胶圈2安设在所述第一面10上，包围所述第二条状凸起11、所述第一条状凸起12、所述进气区域13和所述出气区域14。密封胶圈2主要是用来密封隔离两种反应气体的通道，防止气体之间串气发生危险，同时隔绝冷却水的主通道与极板反应表面，防止冷却水流入极板反应表面。

两个燃料电池极板1第二面19相对设置，叠放在一起焊接后，气体流道两面位置都需要设置密封胶圈2。当气体从进气区域13进入流道表面后，由于密封胶圈2的关系，两个燃料电池极板1上流通的不同的气体会被隔绝，两种气体不会发生串气现象。两种不同气体在各自的极板板面上经过各自反应后，经各自对应的出气区域14分别流出。

于此同时，由于密封胶圈2隔绝了反应水液体通道与极板表面，液体通道内的冷却水只能进入双极板中间的间隙，从而进行冷却极板。

在实际使用中，气体A与气体B的进出按照交错结构排列，如每个极板上含三进三出、二进二出等多进出口，气体A和气体B的进气区域13位于板体1同侧，相邻气体A进气区域13之间的第二面19设置气体B进气区域13。当气体A进入流场后，扩散开来，反应后经出口流出。流场板密封胶圈位置设置如图，主要目的是将气体A进出口与气体B的分割开来。

当两块单极板按照180°对称组合时，现在看到的气体A进口(阳极板)刚好与气体B(阴极板)出口分别处于相对侧，由于两块单极板焊接成一块双极板，多块双极板与膜电极组成电堆，当气体A顺着进口往上流动时，由于密封圈的关系，气体A会从出口往外流动到流场反应区，由于气体B进口有密封圈阻挡，气体A无法窜流到气体B出口，气体A在一个表面发生扩散和反应。同理气体B反应面在气体A反应面的第二面19。

这种对称结构的气体进出口，可以应用在不同的流场结构，例如平直流道的流场，只要将流场结构布置合理，就可以实现双极板的对称结构；除此还可以设置有集流口形状的流道结构等等。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。