燃料电池极板及其燃料电池的制作方法

本技术属于燃料电池，特别涉及燃料电池极板及其燃料电池。

背景技术：

1、燃料电池是一种将燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料电池工作时，阳极反应物(如氢气)输入到阳极电极侧，阴极反应物(如氧气)输入到阴极电极侧，阳极反应物和阴极反应物在电极和电解质的界面上发生氧化还原反应，产生电流，输出电能。由于燃料电池在运行时会生成水并放出大量的热量，因此，需要及时将生成的水排出，同时对燃料电池进行散热，否则，将会严重影响燃料电池的性能和寿命。

2、燃料电池双极板的功能是为电化学反应提供反应介质，如氢气和空气，通过循环冷却液对燃料电池进行散热，将反应过程中产生的水排出，因此，燃料极板的流场结构设计至关重要，极板的结构设计一方面关系到燃料电池反应物的供给、生成物和热量的排出，直接影响到燃料电池的性能和可靠性；另一方面，极板的结构设计直接决定了极板的加工成型难度和制造成本，因此，有必要对燃料电池的极板结构设计做出相应的研究。

3、中国专利(公开号cn1287477c)提供一种双极板，其流场长度比该双极板的面积的平方根长三至八倍。该实用新型中，通过弯折的多通道蛇形结构来实现流场长度的延伸，在弯折区域，气体的局部压力损失增大，压降不均匀，而且在折弯处，因流体空间的急剧变化，液态水也不易排出。

4、中国专利(公开号cn103636041b)公开了一种多通道蛇形流场结构，而且从气体流入的上游到气体流出的下游，气体的流道截面积变小的极板结构。该实用新型中，虽然通过减小气体的流道截面积，提高气体的流速，从而提升排水的能力，但是，对极板的成型工艺提出巨大的挑战，提升了极板的制造难度和成本。

5、中国专利(公开号cn102017253b)公开了一种截面逐渐减小的多通道蛇形结构极板，从流体流入的到流体流出方向，沟槽状的反应气体流道被设置为弯曲状或直线部和折回部混合，具有多个90°的折弯，而且不同区域的流道的截面积被设置为不同。该实用新型中，在流道向上弯折的区域，因受到流道壁面的阻挡和重力的作用，电池中生成的液态水不易排出。

6、上述实用新型的极板，通过采用渐变的流道截面积，或采用弯折的蛇形流场结构来构造流道，但是也带来了极板制造难度和成本增加等问题，而且，不合适的流道构型，会起相反的作用，对排水形成障碍。

技术实现思路

1、针对上述问题，本实用新型公开了燃料电池极板，包括：气体流场、氧化剂进口、氧化剂出口、冷却剂进口、冷却剂出口、燃料出口、燃料进口和冷却水流场；

2、所述气体流场设置于燃料电池极板一侧；

3、所述冷却水流场设置于燃料电池极板另一侧；

4、所述氧化剂进口、冷却剂进口和燃料出口并列设置于燃料电池极板一端；

5、所述氧化剂出口、冷却剂出口和燃料进口并列设置于燃料电池极板另一端。

6、更进一步地，所述气体流场包括多个第一凸起和多个第一凹槽；

7、所述第一凸起和第一凹槽间隔设置。

8、更进一步地，所述第一凸起的宽度和第一凹槽的宽度之和为流场周期p；

9、所述第一凹槽的深度为d；

10、其中，p/d≥2.5。

11、更进一步地，所述冷却水流场包括多个第二凸起和多个第二凹槽；

12、所述第二凸起和第二凹槽间隔设置。

13、更进一步地，所述第二凸起的宽度和第二凹槽的宽度之和为流场周期p；

14、所述第二凹槽的深度为d；

15、

16、更进一步地，所述燃料电池极板的结构参数包括：流场与水平方向的夹角θ、流场长度a、流场宽度b、流场周期p、凹槽宽度w和流场深度d。

17、更进一步地，a/b≥1。

18、更进一步地，p/w≥1.8。

19、更进一步地，a≥极板总面积的平方根。

20、更进一步地，a·p/(w·d·cosθ)≥300。

21、本实用新型还公开了一种燃料电池，包括上述的燃料电池极板和膜电极组件。

22、与现有技术相比，本实用新型的实施例至少具有以下优点：

23、通过流道结构参数的设计实现极板流场内的流体流速的提升，一方面可降低双极板的制造难度和成本，另一方面，实现流道内流体流速的增大，提高排水的能力，提高燃料电池的性能和比功率，使燃料电池电堆适应低计量比的工况下运行。

24、本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.燃料电池极板，其特征在于，包括：气体流场（1）、氧化剂进口、氧化剂出口、冷却剂进口、冷却剂出口、燃料出口、燃料进口和冷却水流场（2）；

2.根据权利要求1所述的燃料电池极板，其特征在于，所述燃料电池极板的结构参数包括：流场与水平方向的夹角、流场长度、流场宽度、流场周期、凹槽宽度和流场深度。

3.根据权利要求2所述的燃料电池极板，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的燃料电池极板，其特征在于，

5.根据权利要求2所述的燃料电池极板，其特征在于，

6.根据权利要求2所述的燃料电池极板，其特征在于，

7.一种燃料电池，其特征在于，由权利要求1-6任一项所述的燃料电池极板置于膜电极组件（300）的两侧堆叠而成。

技术总结
本技术公开了燃料电池极板及其燃料电池，燃料电池极板，包括：气体流场、氧化剂进口、氧化剂出口、冷却剂进口、冷却剂出口、燃料出口、燃料进口和冷却水流场；所述气体流场设置于燃料电池极板一侧；所述冷却水流场设置于燃料电池极板另一侧；所述氧化剂进口、冷却剂进口和燃料出口并列设置于燃料电池极板一端；所述氧化剂出口、冷却剂出口和燃料进口并列设置于燃料电池极板另一端。本技术通过流道结构参数的设计实现极板流场内的流体流速的提升，一方面可降低双极板的制造难度和成本，另一方面，实现流道内流体流速的增大，提高排水的能力，提高燃料电池的性能和比功率，使燃料电池电堆适应低计量比的工况下运行。

技术研发人员：赵京辉,郭辉进,程敏,杨晓东,张胜,宫克楠
受保护的技术使用者：安泰环境工程技术有限公司
技术研发日：20230612
技术公布日：2024/4/17