一种燃料电池单极板的制作方法

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池单极板。

背景技术：

1、双极板是燃料电池的重要部件之一，其由阴极板和阳极板构成，主要起到传质、排水、导电、支撑等作用。

2、由于目前燃料电池需求的功率越来越大，对双极板的传质和排水性能的要求也越来越高。目前极板结构主要分为进出口区、分配区及反应区。现在主流的双极板反应区流场结构是平行流场，流动阻力较低，加工制造简单。传统平行流场中介质流动方式多为层流，在垂直于膜电极的方向并无流动分量，其传质和排水效果较差，此外其脊下容易产生积水，造成燃料电池性能下降。

3、因此，如何提高燃料电池单极板的传质和排水性能是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种燃料电池单极板，以提高燃料电池内部的传质及排水性能以及对膜电极的支撑效果。

2、本发明实施例提供的燃料电池单极板，包括：反应区；

3、所述反应区包括沿第一方向延伸且沿第二方向排布的多个第一流道，沿所述第二方向，任意相邻的两个所述第一流道之间形成第一脊；所述第一方向与所述第二方向相交；

4、所述第一脊包括第一凹槽以及支撑结构；

5、所述第一凹槽与相邻两个所述第一流道连通，所述第一凹槽用于通过气体，以带走所述反应区内反应产生的液体；

6、所述支撑结构用于支撑膜电极；所述第一凹槽包括第一凹槽区域以及第二凹槽区域，所述第二凹槽区域的截面积大于所述第一凹槽区域的截面积；所述支撑结构至少位于所述第二凹槽区域。

7、可选的，所述第一凹槽包括沿所述第二方向排列的多个所述第一凹槽区域；

8、沿所述第二方向相邻设置的两个所述第一凹槽区域的延伸方向相交且均与所述第一方向相交；

9、所述第二凹槽区域包括沿所述第二方向相邻设置的两个所述第一凹槽区域的交界区域。

10、可选的，所述第一流道包括第一子流道分部、第二子流道分部以及第三子流道分部；

11、所述第二子流道分部用于连通所述第一子流道分部与所述第三子流道分部，且沿所述第二方向，所述第二子流道分部的宽度大于所述第一子流道分部的宽度，且小于所述第三子流道分部的宽度。

12、可选的，所述燃料电池单极板还包括分配区；

13、沿所述第一方向，所述分配区位于所述反应区的两侧，用于分配流体流向所述反应区；

14、所述燃料电池单极板还包括基板，沿所述燃料电池单极板的厚度方向，所述分配区包括靠近所述基板一侧的第一表面，所述反应区包括靠近所述基板一侧的第二表面，且所述第一表面与所述基板之间的距离为d1，所述第二表面与所述基板之间的距离为d2，其中，0.05mm≤d1-d2≤0.2mm。

15、可选的，所述分配区包括阵列排布的多个凸起、多个凹陷以及位于所述凸起与所述凹陷中间的连接平面。

16、可选的，所述凸起的直径为h，且相对于所述连接平面，所述凸起的高度为d3，所述凹陷的深度为d4；

17、其中，1mm≤h≤3mm，0.3mm≤d3≤0.5mm，0.05mm≤d4≤0.3mm。

18、可选的，所述燃料电池单极板还包括分配区；

19、沿所述第一方向，所述分配区位于所述反应区的两侧，用于分配流体流向所述反应区；

20、所述分配区包括多个第二流道，任意相邻的两个所述第二流道之间形成第二脊；

21、所述第二流道与至少一条所述第一流道连通；

22、所述燃料电池单极板还包括基板；沿所述燃料电池单极板的厚度方向，所述第一脊与所述基板之间的距离为d5，所述第二脊与所述基板之间的距离为d5；

23、其中，0.1mm≤d6-d5≤0.25mm。

24、可选的，所述第二脊包括多个第二凹槽；

25、所述第二流道包括靠近所述基板一侧的第三表面，所述第二凹槽包括靠近所述基板一侧的第四表面，且所述第四表面与所述基板之间的距离小于所述第三表面与所述基板之间的距离。

26、可选的，所述燃料电池单极板还包括进口区和出口区；

27、所述进口区包括空气进口、氢气进口以及冷却液进口；所述出口区包括空气出口、氢气出口以及冷却液出口。

28、可选的，所述进口区的水力直径小于所述出口区的水力直径。

29、本发明实施例提供的技术方案，通过在反应区设置沿第一方向延伸且沿第二方向排布的多个第一流道，能够将反应区反应产生的水通过第一流道内的反应气体带走。任意相邻的两个第一流道之间形成第一脊，第一脊包括第一凹槽以及支撑结构，第一凹槽与相邻两个第一流道连通，如此第一脊与气体扩散层接触部位产生的水会进入第一凹槽，并通过第一凹槽进入第一流道，并被反应气体带走。通过设置第一凹槽有效避免了局部水堆积，从而提高燃料电池内部的传质及排水性能。此外，第一凹槽包括第一凹槽区域以及第二凹槽区域，第二凹槽区域的截面积大于第一凹槽区域的截面积；支撑结构至少位于第二凹槽区域，设置支撑结构能够实现对膜电极的支撑，支撑结构至少位于第二凹槽区域能够保证支撑结构在第一凹槽内占据面积小，进而有利于保证第一凹槽的有效流动截面较大，有利于实现第一凹槽的排水功能。

技术特征：

1.一种燃料电池单极板，其特征在于，包括：反应区；

2.根据权利要求1所述的燃料电池单极板，其特征在于，所述第一凹槽包括沿所述第二方向排列的多个所述第一凹槽区域；

3.根据权利要求1所述的燃料电池单极板，其特征在于，所述第一流道包括第一子流道分部、第二子流道分部以及第三子流道分部；

4.根据权利要求1所述的燃料电池单极板，其特征在于，所述燃料电池单极板还包括分配区；

5.根据权利要求4所述的燃料电池单极板，其特征在于，所述分配区包括阵列排布的多个凸起、多个凹陷以及位于所述凸起与所述凹陷中间的连接平面。

6.根据权利要求5所述的燃料电池单极板，其特征在于，所述凸起的直径为h，且相对于所述连接平面，所述凸起的高度为d3，所述凹陷的深度为d4；

7.根据权利要求1所述的燃料电池单极板，其特征在于，所述燃料电池单极板还包括分配区；

8.根据权利要求7所述的燃料电池单极板，其特征在于，所述第二脊包括多个第二凹槽；

9.根据权利要求1所述的燃料电池单极板，其特征在于，所述燃料电池单极板还包括进口区和出口区；

10.根据权利要求9所述的燃料电池单极板，其特征在于，所述进口区的水力直径小于所述出口区的水力直径。

技术总结
本发明公开了一种燃料电池单极板，该燃料电池单极板包括反应区；反应区包括沿第一方向延伸且沿第二方向排布的多个第一流道，沿第二方向，任意相邻的两个第一流道之间形成第一脊；第一脊包括第一凹槽以及支撑结构；第一凹槽与相邻两个第一流道连通，第一凹槽用于通过气体，以带走反应区内反应产生的液体；支撑结构用于支撑膜电极；第一凹槽包括第一凹槽区域以及第二凹槽区域，第二凹槽区域的截面积大于第一凹槽区域的截面积；支撑结构至少位于第二凹槽区域。采用上述技术手段，通过设置第一凹槽能够提高燃料电池内部的传质及排水性能，通过将支撑结构设置在第二凹槽区域，能够实现对膜电极的支撑，且增大第一凹槽的有效流动截面，有利于实现排水。

技术研发人员：郭轩成,崔龙,韩建,何仕豪,孙宗华,曲宁,李治达
受保护的技术使用者：一汽解放汽车有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15