[发明专利]一种串连流道双极板及分段排水电堆结构有效

专利信息
申请号: 202110489099.6 申请日: 2021-04-28
公开(公告)号: CN113224341B 公开(公告)日: 2022-08-09
发明(设计)人: 杜玮;邓呈维;姬峰;杨晨;杨瑰婷 申请(专利权)人: 上海空间电源研究所
主分类号: H01M8/0258 分类号: H01M8/0258;H01M8/0263;H01M8/04291
代理公司: 上海元好知识产权代理有限公司 31323 代理人: 贾慧琴;包姝晴
地址: 200245 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 串连 流道双 极板 分段 水电 结构
【说明书】:

发明公开了一种串连流道双极板及分段排水电堆结构,电堆为燃料电池电堆,电堆结构包含:堆叠的双极板、排水槽;双极板在相对的两端分别设置有数个用于气体转向的集流道,位于双极板同一端的集流道两两连通,并且连通的集流道之间相邻;双极板至少一面设有多个双极板流道,双极板流道之间并联,双极板两端的集流道之间通过双极板流道连通;排水槽设于集流道底部;其中,进入双极板内的气体,经双极板流道流入集流道内,然后气体流向相邻的集流道,实现气体的转向,再经双极板流道进入另一端的集流道内;集流道内的液态水流入排水槽中。本发明可以实现分段排水,避免了液态水的积累。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域,具体涉及燃料电池结构设计及燃料电池的双极板。

背景技术

燃料电池主要由膜电极和极板组成。膜电极是燃料电池发电的关键核心部件,膜电极与其两侧的双极板组成了燃料电池的基本单元-燃料电池单电池。单电池层叠形成层叠体即为电堆。在燃料电池电堆中,阳极板和阴极板均可以看成是双极板,通常相邻两个燃料电池的双极板由一个阳极板和一个阴极板合并。双极板(又称隔板)的功能是提供气体流道,防止电池气室中的氢气与氧气串通,并在串联的阴阳两极之间建立电流通路。燃料电池水管理是燃料电池稳定工作和寿命的关键因素,水管理的设计和控制层面包括燃料电池双极板流道结构的排水设计,质子交换膜厚度的选择、燃料和氧化剂的流量、湿度控制,吹扫策略等。其中双极板流道结构的设计对液态水的聚集、排出以及燃料电池电堆的压降具有重要影响。

使用广泛的燃料电池双极板流道结构有直流道、蜿蜒流道和蛇形流道等。其中直流道和蜿蜒流道相似,均为两端直进直出结构,蜿蜒流道加强了流道脊下的传质。直流道的特点是流阻小,目前氢空燃料电池空气侧多采用直流道,为多个集流道并联进气,由于流通截面积较大,需要提供较大的空气流量,才能形成足够的气流速度将生成的液态水带出流道。同时,为了避免液态水在流道内的积累,直流道长度也不宜过长。

蛇形流道的进气截面积相对较小,通过多次改变气流方向布满整个双极板活性区域,因流道截面积小,因此气流速度较高,便于排水。但是蛇形流道的流道长度太长,容易造成靠近流道出口位置液态水的大量积累,且在流道转弯处也容易积累液态水,液态水的积累如果导致流道水淹,将严重影响燃料电池的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种串连流道双极板及分段排水电堆结构,以避免液态水的积累。

为了达到上述目的,本发明提供了一种分段排水电堆结构,所述电堆为燃料电池电堆,所述电堆结构包含:堆叠的双极板、排水槽;所述双极板在相对的两端分别设置有数个用于气体转向的集流道,位于所述双极板同一端的集流道两两连通,并且连通的集流道之间相邻;所述双极板至少一面设有多个双极板流道,所述双极板流道之间并联,所述双极板两端的集流道之间通过所述双极板流道连通;所述排水槽设于所述集流道底部;其中,进入所述双极板内的气体,经所述双极板流道流入所述的集流道内,然后所述气体流向相邻的集流道,实现气体的转向,再经所述双极板流道进入另一端的集流道内;所述集流道内的液态水流入所述排水槽中。

可选地,连通的集流道之间设有开口,所述开口设于集流道的底部,以使气体经所述双极板流道流出后形成下行气流,气体经所述开口流入相邻集流道内进行转向后,再形成上行气流,流入所述双极板流道内。

可选地,所述集流道内设有气水分离结构。

可选地,所述气水分离结构为挡水筋。

可选地,所述挡水筋上设有用于与相邻集流道连通的开口,所述开口为竖向裂隙。

可选地,所述双极板流道为直流道、蜿蜒流道、或3D流道等平行流道。

可选地,所述双极板的两面均设有所述的双极板流道,所述双极板的四端均设有所述的集流道。

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