双极板及燃料电池的制作方法

本申请涉及燃料电池，特别是涉及一种双极板及燃料电池。

背景技术：

1、随着新能源汽车的发展，关于电池技术的研究越来越深入。质子交换膜燃料电池是一种将化学能转化为电能的发电装置，目前同时具备能量转换效率高、排放物为水及环境友好特性的燃料电池被认为是新能源的终极解决方案。

2、双极板是燃料电池的关键部件，具有分配气体、分配冷却水、导热、导电以及排水等功能，其性能的优劣主要取决于双极板的流道结构及进排气方案。在设计双极板结构时，需要考虑考虑气体分配的均匀性、电堆接触电阻大小、流道压阻以及进气流速等问题，进而导致难以提高燃料电池的能量转换效率。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种双极板及燃料电池，以提高燃料电池的能量转换效率。

2、第一方面，本申请提供一种双极板，包括沿第一方向叠合的两个极板；

3、所述极板具有沿所述第一方向相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面上均设有多个导流凹部；

4、所述极板具有围绕第一轴线设置的第一边缘和第二边缘，所述第一边缘较所述第二边缘更靠近所述第一轴线；

5、所述导流凹部具有位于所述第一边缘的第一端和位于所述第二边缘的第二端，各所述第一端沿所述第一边缘的延伸方向间隔设置，各所述第二端沿所述第二边缘的延伸方向间隔设置；位于同一表面上相邻的两个所述导流凹部的所述第一端之间的间距，小于所述第二端之间的间距；且，所述导流凹部的第一端沿所述第一边缘的延伸方向的尺寸小于所述第二端沿所述第二边缘的延伸方向的尺寸；

6、其中一个极板的第一表面与其中另一个极板的第二表面彼此相对；位于该其中一个极板的第一表面上的多个所述导流凹部，与位于该其中另一个极板的第二表面上的多个所述导流凹部一一对应；且，位于该其中一个极板的第一表面上的所述导流凹部，与位于该其中另一个极板的第二表面上对应的导流凹部围合限定出导流通道；

7、所述第一轴线与所述第一方向彼此平行。

8、在其中一个实施例中，所述第一边缘构造为封闭形状，所述第二边缘构造为封闭形状。

9、在其中一个实施例中，所述第一边缘的形状为圆形，所述第二边缘的形状为圆形。

10、在其中一个实施例中，沿所述第二端指向所述第一端的方向，所述导流凹部的流道横截面面积呈减小趋势。

11、在其中一个实施例中，沿所述第二端指向所述第一端的方向，所述导流凹部的流道横截面面积越靠近所述第一端越小。

12、在其中一个实施例中，沿所述第二端指向所述第一端的方向，所述导流凹部的流道横截面面积逐渐减小。

13、在其中一个实施例中，所述导流凹部的第一端沿所述第一边缘延伸的尺寸为1.4mm～1.8mm，所述导流凹部的第二端沿所述第二边缘延伸的尺寸为2.0mm～2.5mm。

14、在其中一个实施例中，所述导流凹部自所述第一端至所述第二端直线延伸设置。

15、在其中一个实施例中，定义位于所述第一表面上的导流凹部在第一参考面上的正投影为第一投影，定义位于所述第二表面上的导流凹部在所述第一参考面上的正投影为第二投影，所述第一参考面为垂直于所述第一方向的平面；

16、在同一所述极板中，所述第一投影和所述第二投影在所述第一参考面上交替布置。

17、在其中一个实施例中，在同一所述极板中，定义所述第一表面上与位于所述第二表面的所述导流凹部的底壁相对应的区域为第一目标表面，定义所述第二表面上与位于所述第一表面的所述导流凹部的底壁相对应的区域为第二目标表面；

18、所述第一目标表面构造为朝远离其所在的第一表面凸出的曲面，所述第二目标表面构造为朝远离其所在的第二表面凸出的曲面。

19、在其中一个实施例中，在同一所述极板中，所述第一表面的第一目标表面在第二参考面上的正投影形状为圆弧状，所述第二表面的第二目标表面在第三参考面上的正投影形状为圆弧状；

20、其中，所述第二表面上与位于所述第一表面的第一目标表面相对应的导流凹部的导流方向，与所述第二参考面垂直；所述第一表面上与位于所述第二表面的第二目标表面相对应的导流凹部的导流方向，与所述第三参考面垂直。

21、在其中一个实施例中，所述其中一个极板的第一表面与其中另一个极板的第二表面彼此相对；位于该其中一个极板的第一表面上的多个所述导流凹部，与位于该其中另一个极板的第二表面上的多个所述导流凹部一一对应；且，位于该其中一个极板的第一表面上的第一目标表面，与位于该其中另一个极板的第二表面上的第二目标表面相切连接。

22、在其中一个实施例中，所述其中一个极板的第二表面上的导流凹部为燃气流道，所述其中另一个极板的第一表面上的导流凹部为空气流道，所述导流通道为冷却液流道。

23、第二方面，本申请提供一种燃料电池，包括多个膜电极和多个如上所述的双极板，所述膜电极和所述双极板沿所述第一方向交替堆叠设置。

24、上述的双极板及燃料电池中，由于各导流凹部的第一端沿第一边缘的延伸方向间隔设置，第二端沿第二边缘的延伸方向间隔设置；位于同一表面上相邻的两个所述导流凹部的所述第一端之间的间距，小于所述第二端之间的间距；第一边缘较第二边缘更靠近第一轴线，使得各第一端能够收拢于第一边缘，各第二端发散于第二边缘，进而使得极板上同一表面的各导流凹部大致呈放射状围绕第一轴线设置，使得双极板流道长度缩短，有效降低双极板整体的流道压阻，减小反应气体在流道的进气口和出气口的压差，提高反应介质传输的均匀性，以促进燃料电池反应的均匀性，从而提高能量转换效率；另外，燃气或空气能够从导流凹部的第二端进入并流向第一端，随着反应气体的消耗，气体浓度降低，由于导流凹部的第一端沿第一边缘的延伸方向的尺寸小于第二端沿第二边缘的延伸方向的尺寸，因此，导流凹部的第一端的气体压阻能够与第二端的气体压阻持平，保证反应介质高效传输，提高燃料电池反应效率，从而提高能量转换效率。

25、此外，导流通道可以作为冷却液通道，由于导流凹部的第一端沿第一边缘的延伸方向的尺寸小于第二端沿第二边缘的延伸方向的尺寸，第一端的水流压阻较第二端的水流压阻大，使得冷却液从导流通道的第一端流至第二端的过程中，排水能够顺畅，从而提高燃料电池的性能。

技术特征：

1.一种双极板，其特征在于，包括沿第一方向叠合的两个极板；

2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述第一边缘构造为封闭形状，所述第二边缘构造为封闭形状。

3.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于，所述第一边缘的形状为圆形，所述第二边缘的形状为圆形。

4.根据权利要求1-3任一项所述的双极板，其特征在于，沿所述第二端指向所述第一端的方向，所述导流凹部的流道横截面面积呈减小趋势。

5.根据权利要求4所述的双极板，其特征在于，沿所述第二端指向所述第一端的方向，所述导流凹部的流道横截面面积越靠近所述第一端越小。

6.根据权利要求5所述的双极板，其特征在于，沿所述第二端指向所述第一端的方向，所述导流凹部的流道横截面面积逐渐减小。

7.根据权利要求5所述的双极板，其特征在于，所述导流凹部的第一端沿所述第一边缘延伸的尺寸为1.4mm～1.8mm，所述导流凹部的第二端沿所述第二边缘延伸的尺寸为2.0mm～2.5mm。

8.根据权利要求1-3任一项所述的双极板，其特征在于，所述导流凹部自所述第一端至所述第二端直线延伸设置。

9.根据权利要求1-3任一项所述的双极板，其特征在于，定义位于所述第一表面上的导流凹部在第一参考面上的正投影为第一投影，定义位于所述第二表面上的导流凹部在所述第一参考面上的正投影为第二投影，所述第一参考面为垂直于所述第一方向的平面；

10.根据权利要求1-3任一项所述的双极板，其特征在于，在同一所述极板中，定义所述第一表面上与位于所述第二表面的所述导流凹部的底壁相对应的区域为第一目标表面，定义所述第二表面上与位于所述第一表面的所述导流凹部的底壁相对应的区域为第二目标表面；

11.根据权利要求10所述的双极板，其特征在于，在同一所述极板中，所述第一表面的第一目标表面在第二参考面上的正投影形状为圆弧状，所述第二表面的第二目标表面在第三参考面上的正投影形状为圆弧状；

12.根据权利要求11所述的双极板，其特征在于，所述其中一个极板的第一表面与其中另一个极板的第二表面彼此相对；位于该其中一个极板的第一表面上的多个所述导流凹部，与位于该其中另一个极板的第二表面上的多个所述导流凹部一一对应；且，位于该其中一个极板的第一表面上的第一目标表面，与位于该其中另一个极板的第二表面上的第二目标表面相切连接。

13.根据权利要求1-3任一项所述的双极板，其特征在于，所述其中一个极板的第二表面上的导流凹部为燃气流道，所述其中另一个极板的第一表面上的导流凹部为空气流道，所述导流通道为冷却液流道。

14.一种燃料电池，其特征在于，包括多个膜电极和多个权利要求1-13任一项所述的双极板，所述膜电极和所述双极板沿所述第一方向交替堆叠设置。

技术总结
本申请涉及一种双极板及燃料电池。该双极板包括沿第一方向叠合的两个极板；极板具有沿第一方向相对设置的第一表面和第二表面，第一表面和第二表面上均设有多个导流凹部；位于同一表面上相邻的两个导流凹部的第一端之间的间距，小于第二端之间的间距；其中一个极板的第一表面与其中另一个极板的第二表面彼此相对；位于该其中一个极板的第一表面上的多个导流凹部，与位于该其中另一个极板的第二表面上的多个导流凹部一一对应；且，位于该其中一个极板的第一表面上的导流凹部，与位于该其中另一个极板的第二表面上对应的导流凹部围合限定出导流通道。本申请的双极板能够提高燃料电池反应效率，提高能量转换效率。

技术研发人员：倪永成,易正根,蒋佳豪,崔龙,梅赟栋,刘静
受保护的技术使用者：一汽解放汽车有限公司
技术研发日：20230620
技术公布日：2024/3/21