專利名稱：一種圓環(huán)形燃料電池雙極板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圓環(huán)形燃料電池雙極板。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)化裝置，其單體由正、負(fù)兩個(gè)電極以及電解質(zhì)組成，只要源源不斷地從外部向燃料電池供給燃料和氧化齊U，它就可以持續(xù)發(fā)電。燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化效率高、比能量比功率高、環(huán)境污染小、噪聲低、可靠性適應(yīng)性強(qiáng)以及可實(shí)現(xiàn)熱、電、純水聯(lián)產(chǎn)等突出優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于航空、航天、航海、汽車、發(fā)電站、便攜式設(shè)備電源能。近年來燃料電池技術(shù)備受各國以及各大企業(yè)的高度重視，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有前途的清潔能源轉(zhuǎn)化裝置。雙極板是燃料電池的重要部件，主要起分配和隔絕流體、導(dǎo)電收集電流以及支撐電池結(jié)構(gòu)的作用。燃料電池要求雙極板具有均勻的分配流體、良好的導(dǎo)電性、良好的導(dǎo)熱性、良好的機(jī)械性能、良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及良好的氣密性等特點(diǎn)。目前燃料電池雙極板大都采用傳統(tǒng)的平行流道、蛇形流道、交指型流道等，采用這幾種流道的燃料電池在外力的沖擊下膜電極極容易受到損壞，而圓點(diǎn)狀流道正好彌補(bǔ)了這個(gè)缺點(diǎn)，由于圓點(diǎn)狀流道流場(chǎng)有區(qū)別于傳統(tǒng)流道的流場(chǎng)，因此有必要建立新的雙極板。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種圓點(diǎn)狀流道的圓環(huán)形燃料電池雙極板。其目的在于克服傳統(tǒng)燃料電池存在的缺陷，所解決的技術(shù)問題是避免燃料電池在外力沖擊下其膜電極易損壞的缺點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種圓環(huán)形燃料電池雙極板，由空氣流場(chǎng)板和氫氣流場(chǎng)板相對(duì)結(jié)合構(gòu)成，空氣流場(chǎng)板和氫氣流場(chǎng)板均為圓環(huán)形，該兩種板均具有圓孔流道、氣體擴(kuò)散腔以及冷卻流道三部分，空氣流場(chǎng)板和氫氣流場(chǎng)板與膜電極接觸的圓孔流道兩兩相互對(duì)應(yīng)，該兩種板的冷卻流道相互對(duì)應(yīng)形成環(huán)狀流道。所述的圓環(huán)形燃料電池雙極板中，圓環(huán)形氫氣流場(chǎng)板中空，內(nèi)環(huán)側(cè)壁均勻設(shè)置有進(jìn)氣口，出氣口設(shè)置在靠近外環(huán)的平面上，出氣口有兩個(gè)，且兩個(gè)出氣口對(duì)稱分布，外環(huán)側(cè)壁封閉，氫氣流場(chǎng)板與膜電極接觸的側(cè)面均勻分布有圓孔流道，另一側(cè)面設(shè)置有冷卻流道。所述的圓環(huán)形燃料電池雙極板中，圓環(huán)形空氣流場(chǎng)板中空，外環(huán)側(cè)壁均勻設(shè)置有進(jìn)氣口，出氣口設(shè)置在靠近內(nèi)環(huán)的平面上，出氣口有兩個(gè)，且兩個(gè)出口對(duì)稱分布，內(nèi)環(huán)側(cè)壁封閉，空氣流場(chǎng)板與膜電極接觸的側(cè)面均勻分布有圓孔流道，另一側(cè)面設(shè)置有冷卻流道。本發(fā)明的圓環(huán)形燃料電池雙極板中，所述的氫氣流場(chǎng)板材料為金屬抗氫脆、抗腐蝕材料。本發(fā)明的圓環(huán)形燃料電池雙極板中，所述的空氣流場(chǎng)板材料為金屬抗氧化、抗腐蝕。
本發(fā)明的圓環(huán)形燃料電池雙極板中，氫氣流場(chǎng)板和空氣流場(chǎng)板的冷卻流道均為圓環(huán)形且互相對(duì)應(yīng)，整個(gè)冷卻流場(chǎng)成脈絡(luò)狀，進(jìn)氣口處主流槽寬度由外環(huán)往至內(nèi)環(huán)逐漸變窄，出氣口處主流槽寬度由內(nèi)環(huán)往至外環(huán)逐漸變寬，冷卻進(jìn)口和出口在靠近外環(huán)的平面上對(duì)稱分布且與氫氣出口互為90°夾角。本發(fā)明所述的圓環(huán)形燃料電池雙極板具有以下優(yōu)點(diǎn)
I.可提高燃料電池的抗沖擊能力，傳統(tǒng)的燃料電池采用的平行流道、蛇形流道、交指型流道，在外力沖擊時(shí)，其膜電極容易受到損壞從而影響了燃料電池的性能，而采用圓點(diǎn)狀流 道的燃料電池在受外力沖擊時(shí)，其膜電極所受到的剪切力要比傳統(tǒng)流道的燃料電池小，因而可以提高燃料電池的抗沖擊能力。
2.本發(fā)明的雙極板為金屬結(jié)構(gòu)，與石墨流場(chǎng)板相比易加工，同時(shí)制作成本比較低，因此可以降低制作成本。3.本發(fā)明的雙極板為金屬結(jié)構(gòu)，與石墨流場(chǎng)板相比金屬板延展性好,能加工出厚度相對(duì)較薄的金屬板，因而可以減小雙極板及其電堆的體積。4.金屬板具有較好的親水性，可無需進(jìn)行親水處理。下面通過附圖和實(shí)施方式進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的圓環(huán)形燃料電池雙極板的結(jié)構(gòu)。


圖IA本發(fā)明的氫氣流場(chǎng)板圓孔流道側(cè)的結(jié)構(gòu)示意圖 圖IB本發(fā)明的氫氣流場(chǎng)板冷卻流道側(cè)的結(jié)構(gòu)示意圖
圖IC本發(fā)明的氫氣流場(chǎng)板圓孔流道側(cè)的剖視圖 圖ID本發(fā)明的氫氣流場(chǎng)板冷卻流道側(cè)的剖視圖 圖2A本發(fā)明的空氣流場(chǎng)板圓孔流道側(cè)的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2B本發(fā)明的空氣流場(chǎng)板冷卻流道側(cè)的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2C本發(fā)明的空氣流場(chǎng)板圓孔流道側(cè)的剖視圖 圖2D本發(fā)明的空氣流場(chǎng)板冷卻流道側(cè)的剖視圖 圖3A本發(fā)明的一個(gè)單節(jié)電池結(jié)構(gòu)圖 圖3B本發(fā)明的一個(gè)單節(jié)電池剖視圖
圖中1膜電極，2氫氣流場(chǎng)板,21氫氣入口，22氫氣出口，23氫氣流場(chǎng)板圓孔流道,24氫氣流場(chǎng)板冷卻流道，25氫氣流場(chǎng)板氣體擴(kuò)散腔,26氫氣流場(chǎng)板空氣通道,3空氣流場(chǎng)板，31空氣入口，32空氣出口，33空氣流場(chǎng)板圓孔流道，34空氣流場(chǎng)板冷卻流道，35空氣流場(chǎng)板氣體擴(kuò)散腔，36空氣流場(chǎng)板氫氣通道,4冷卻通道。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明所述的圓環(huán)形燃料雙極板。如圖ΙΑ、1B、1C、ID所不,氫氣流場(chǎng)板2具有氫氣流場(chǎng)板圓孔流道23、氫氣流場(chǎng)板氣體擴(kuò)散腔25以及氫氣流場(chǎng)板冷卻流道24三部分，氫氣入口 21設(shè)置在圓環(huán)內(nèi)側(cè)壁，氫氣出口 22設(shè)置在靠近外環(huán)的平面上，且兩個(gè)氫氣出口 22對(duì)稱分布，外環(huán)側(cè)壁封閉，與膜電極I接觸的一面均勻設(shè)置有氫氣流場(chǎng)板圓孔流道23，氫氣從入口 21進(jìn)入在流場(chǎng)板氣體擴(kuò)散腔內(nèi)擴(kuò)散，通過氫氣流場(chǎng)板圓孔流道23進(jìn)入膜電極I參與反應(yīng)，未參加反應(yīng)的氫氣從氫氣出口 22排出。冷卻液通過冷卻通道4進(jìn)入氫氣流場(chǎng)板冷卻流道24將反應(yīng)產(chǎn)生的熱量帶走。如圖2A、2B、2C、2D所示，空氣流場(chǎng)板3具有空氣流場(chǎng)板圓孔流道33、空氣流場(chǎng)板氣體擴(kuò)散腔35以及空氣流場(chǎng)板冷卻流道34三部分，空氣入口 31設(shè)置在圓環(huán)外側(cè)壁上，空氣出口 32設(shè)置在靠近內(nèi)環(huán)的平面上，且兩個(gè)空氣出口 32對(duì)稱分布，內(nèi)環(huán)側(cè)壁封閉，與膜電極I接觸的一面均勻設(shè)置有空氣流場(chǎng)板圓孔流道33，空氣從入口 31進(jìn)入在流場(chǎng)板氣體擴(kuò)散腔內(nèi)擴(kuò)散，通過空氣流場(chǎng)板圓孔流道33進(jìn)入膜電極I參與反應(yīng)，未參加反應(yīng)的空氣從空氣出口 32排出。冷卻液通過冷卻通道4進(jìn)入空氣流場(chǎng)板冷卻流道34將反應(yīng)產(chǎn)生的熱量帶走。 如圖3A、3B所示，氫氣流場(chǎng)板2、空氣流場(chǎng)板3以及膜電極I組成了一個(gè)單節(jié)電池，氫氣流場(chǎng)板2和空氣流場(chǎng)板3帶圓孔流道一面分別與膜電極貼合，氫氣和空氣分別通過氫氣流場(chǎng)板2和空氣流場(chǎng)板3的圓孔流道進(jìn)入膜電極I參與反應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種圓環(huán)形燃料電池雙極板,其特征在于由空氣流場(chǎng)板和氫氣流場(chǎng)板相對(duì)結(jié)合構(gòu)成，空氣流場(chǎng)板和氫氣流場(chǎng)板均為圓環(huán)形，該兩種板均具有圓孔流道、氣體擴(kuò)散腔以及冷卻流道三部分，空氣流場(chǎng)板和氫氣流場(chǎng)板與膜電極接觸的圓孔流道兩兩相互對(duì)應(yīng)，該兩種板的冷卻流道相互對(duì)應(yīng)形成環(huán)狀流道。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圓環(huán)形燃料電池雙極板，其特征在于圓環(huán)形氫氣流場(chǎng)板中空，內(nèi)環(huán)側(cè)壁均勻設(shè)置有進(jìn)氣口，出氣口設(shè)置在靠近外環(huán)的平面上，出氣口有兩個(gè)，且兩個(gè)出氣口對(duì)稱分布，外環(huán)側(cè)壁封閉，氫氣流場(chǎng)板與膜電極接觸的側(cè)面均勻分布有圓孔流道，另一側(cè)面設(shè)置有冷卻流道。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圓環(huán)形燃料電池雙極板，其特征在于圓環(huán)形空氣流場(chǎng)板中空，外環(huán)側(cè)壁均勻設(shè)置有進(jìn)氣口，出氣口設(shè)置在靠近內(nèi)環(huán)的平面上，出氣口有兩個(gè)，且兩個(gè)出口對(duì)稱分布，內(nèi)環(huán)側(cè)壁封閉，空氣流場(chǎng)板與膜電極接觸的側(cè)面均勻分布有圓孔流道，另一側(cè)面設(shè)置有冷卻流道。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的圓環(huán)形燃料電池雙極板，其特征在于所述的氫氣流場(chǎng)板材料為金屬抗氫脆、抗腐蝕材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的圓環(huán)形燃料電池雙極板，其特征在于所述的空氣流場(chǎng)板材料為金屬抗氧化、抗腐蝕。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圓環(huán)形燃料電池雙極板，其特征在于，氫氣流場(chǎng)板和空氣流場(chǎng)板的冷卻流道均為圓環(huán)形且互相對(duì)應(yīng)，整個(gè)冷卻流場(chǎng)成脈絡(luò)狀，進(jìn)氣口處主流槽寬度由外環(huán)往至內(nèi)環(huán)逐漸變窄，出氣口處主流槽寬度由內(nèi)環(huán)往至外環(huán)逐漸變寬，冷卻進(jìn)口和出口在靠近外環(huán)的平面上對(duì)稱分布且與氫氣出口互為90°夾角。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圓環(huán)形燃料電池雙極板，所述的雙極板由空氣流場(chǎng)板和氫氣流場(chǎng)板相對(duì)結(jié)合構(gòu)成?？諝饬鲌?chǎng)板和氫氣流場(chǎng)板均為圓環(huán)形，該兩種板均具有圓孔流道、氣體擴(kuò)散腔以及冷卻流道三部分，空氣流場(chǎng)板和氫氣流場(chǎng)板與膜電極接觸的圓孔流道相互對(duì)應(yīng)。該兩種板的冷卻流道相互對(duì)應(yīng)形成環(huán)狀流道。該雙極板采用金屬材料制成，與普通石墨雙極板相比具有良好的機(jī)械性能，不易損壞，易加工且厚度薄，因而可以減小電堆的體積，且采用圓點(diǎn)流道其膜電極所受到的剪切力相對(duì)傳統(tǒng)的平行流道、蛇形流道以及交指流道要小，因而可以提高電堆的抗沖擊能力。
文檔編號(hào)H01M8/02GK102832399SQ20121033078
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月10日
發(fā)明者涂正凱, 陳奔, 潘牧 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)