本發(fā)明屬于燃料電池，具體地說是一種徑向流場雙極板及燃料電池電堆結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、燃料電池是一種利用化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的高效能源轉(zhuǎn)換設(shè)備。它由陰極、陽極和電解質(zhì)組成，通過氫氣和氧氣的電化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生電力和水。燃料電池具有清潔、高效、低排放的特點，被視為未來能源的重要選擇之一。在燃料電池中，氫氣作為燃料經(jīng)過陰極，氧氣通過陽極，兩者在電解質(zhì)導(dǎo)電的條件下發(fā)生反應(yīng)，生成電子流和離子流，最終產(chǎn)生電力。這種電化學(xué)反應(yīng)幾乎無排放物，只產(chǎn)生水蒸氣和熱量，對環(huán)境友好。燃料電池的效率高達(dá)40%至60%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)內(nèi)燃機。燃料電池廣泛應(yīng)用于交通運輸、航空航天、家庭能源和移動設(shè)備等領(lǐng)域。在汽車領(lǐng)域，燃料電池車輛具有零排放、長續(xù)航里程和快速加注等優(yōu)勢，是未來汽車發(fā)展的重要方向之一。同時，燃料電池還可以用于儲能系統(tǒng)，提供可再生能源的儲存和利用解決方案。

2、燃料電池堆是由多個燃料電池單元組成的系統(tǒng)，多個單元堆疊可以實現(xiàn)更高的功率輸出，燃料電池堆被廣泛應(yīng)用于驅(qū)動電動汽車、發(fā)電等領(lǐng)域，是清潔能源技術(shù)的重要組成部分。

3、現(xiàn)今已開發(fā)的燃料電池電堆有平行流pemfc電堆、交錯流pemfc電堆等，都在一定程度上存在氣體分布不均勻、進(jìn)氣路徑長、壓降較大、反應(yīng)面積受限、氣體混合不均勻等缺點。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)今已開發(fā)的燃料電池電堆有平行流pemfc電堆、交錯流pemfc電堆等，都在一定程度上存在氣體分布不均勻、進(jìn)氣路徑長、壓降較大、反應(yīng)面積受限、氣體混合不均勻等缺點的問題，本發(fā)明提供一種徑向流場雙極板及燃料電池電堆結(jié)構(gòu)。

2、本發(fā)明一方面是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

3、一種徑向流場雙極板，包括雙極板本體，雙極板本體的兩側(cè)分別為陽極側(cè)和陰極側(cè)；陽極側(cè)和陰極側(cè)分別開設(shè)有陽極側(cè)凹槽和陰極側(cè)凹槽，雙極板本體中部開設(shè)有陰極進(jìn)氣道，且陰極進(jìn)氣道靠近陰極側(cè)的一側(cè)連接設(shè)有連接筒，連接筒能夠與陰極進(jìn)氣道靠近陽極側(cè)的一端插裝；陽極側(cè)凹槽底面設(shè)有若干個以雙極板本體中心為中心呈多級弧形分布的陽極肋板，陽極側(cè)凹槽側(cè)壁開設(shè)有兩個陽極氣孔；陰極側(cè)凹槽底面設(shè)有若干個以雙極板本體中心為中心呈多級徑向分布的陰極肋柱，連接筒靠近雙極板本體的一端側(cè)壁開設(shè)有若干個陰極進(jìn)氣孔，陰極側(cè)凹槽側(cè)壁貫通設(shè)有若干個陰極出氣孔。

4、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)還有，陽極肋板分布于以雙極板本體中心為中心的若干個扇形區(qū)域內(nèi)，相鄰扇形區(qū)域形成陽極氣體徑向路徑，相鄰內(nèi)外的陽極肋板形成陽極氣體周向路徑。

5、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)還有，兩陽極氣孔相對設(shè)置。

6、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)還有，陰極肋柱呈方向朝向外側(cè)的水滴狀結(jié)構(gòu)。

7、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)還有，陰極肋柱從內(nèi)到外體積逐漸增大，且呈交錯分布。

8、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)還有，陰極進(jìn)氣孔與最內(nèi)級的陰極肋柱一一對應(yīng)。

9、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)還有，陰極出氣孔與最外兩級的陰極肋柱對應(yīng)設(shè)置。

10、本發(fā)明另一方面是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

11、一種燃料電池電堆結(jié)構(gòu)，包括若干個所述的徑向流場雙極板；雙極板本體外側(cè)開設(shè)有若干沿其軸向的定位孔，定位孔內(nèi)穿設(shè)有對若干個雙極板本體堆疊壓裝的螺栓；相鄰雙極板本體之間密封壓裝有膜電極。

12、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)還有，雙極板本體外側(cè)開設(shè)有兩條軸向的陽極氣道，兩陽極氣道分別與兩陽極氣孔連通。

13、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)還有，陰極進(jìn)氣道靠近陽極側(cè)的一端呈階梯孔結(jié)構(gòu)，其內(nèi)設(shè)有能夠與相鄰雙極板本體上的連接筒壓裝密封的密封圈。

14、從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的有益效果是：

15、通過多個徑向流場雙極板堆疊組成燃料電池電堆結(jié)構(gòu)，在相鄰兩雙極板本體之間密封壓裝膜電極；氧氣從一個陽極氣孔內(nèi)通入陽極側(cè)凹槽，在多級弧形分布的陽極肋板分隔下，避免沿同一路徑擴散，有利于氧氣均勻擴散，保證氣體流動的均勻性，避免氣體分布不均導(dǎo)致的水聚集現(xiàn)象，不易發(fā)生流道堵塞和水淹現(xiàn)象，反應(yīng)后（或未反應(yīng)）的氣體通過另一陽極氣孔排出；氫氣經(jīng)過陰極進(jìn)氣道和對應(yīng)的陰極進(jìn)氣孔通入陰極側(cè)凹槽中部，在多級徑向分布的陰極肋柱分隔阻擋下，類似沖擊波擴散過程，更有利于氣體的均勻分布，保證較大、較為均勻的反應(yīng)面積。整體結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，組堆便捷，可靠性高，可以有效改善氣體的流動狀態(tài)，實現(xiàn)更加均勻的氣體分布，有助于確保在整個電堆中的反應(yīng)發(fā)生均勻，提高了電堆的效率和性能；同時有助于減輕氣體流動時的壓降，具有更少的能量損失，使得電堆的運行更加節(jié)能高效。

技術(shù)特征：

1.一種徑向流場雙極板，其特征在于，包括雙極板本體（100），雙極板本體（100）的兩側(cè)分別為陽極側(cè)和陰極側(cè)；陽極側(cè)和陰極側(cè)分別開設(shè)有陽極側(cè)凹槽（11）和陰極側(cè)凹槽（12），雙極板本體（100）中部開設(shè)有陰極進(jìn)氣道（17），且陰極進(jìn)氣道（17）靠近陰極側(cè)的一側(cè)連接設(shè)有連接筒（18），連接筒（18）能夠與陰極進(jìn)氣道（17）靠近陽極側(cè)的一端插裝；陽極側(cè)凹槽（11）底面設(shè)有若干個以雙極板本體（100）中心為中心呈多級弧形分布的陽極肋板（111），陽極側(cè)凹槽（11）側(cè)壁開設(shè)有兩個陽極氣孔（112）；陰極側(cè)凹槽（12）底面設(shè)有若干個以雙極板本體（100）中心為中心呈多級徑向分布的陰極肋柱（121），連接筒（18）靠近雙極板本體（100）的一端側(cè)壁開設(shè)有若干個陰極進(jìn)氣孔（122），陰極側(cè)凹槽（12）側(cè)壁貫通設(shè)有若干個陰極出氣孔（123）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向流場雙極板，其特征在于，陽極肋板（111）分布于以雙極板本體（100）中心為中心的若干個扇形區(qū)域內(nèi)，相鄰扇形區(qū)域形成陽極氣體徑向路徑，相鄰內(nèi)外的陽極肋板（111）形成陽極氣體周向路徑。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向流場雙極板，其特征在于，兩陽極氣孔（112）相對設(shè)置。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向流場雙極板，其特征在于，陰極肋柱（121）呈方向朝向外側(cè)的水滴狀結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向流場雙極板，其特征在于，陰極肋柱（121）從內(nèi)到外體積逐漸增大，且呈交錯分布。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向流場雙極板，其特征在于，陰極進(jìn)氣孔（122）與最內(nèi)級的陰極肋柱（121）一一對應(yīng)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向流場雙極板，其特征在于，陰極出氣孔（123）與最外兩級的陰極肋柱（121）對應(yīng)設(shè)置。

8.一種燃料電池電堆結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括若干個權(quán)利要求1-7任一項所述的徑向流場雙極板；雙極板本體（100）外側(cè)開設(shè)有若干沿其軸向的定位孔（16），定位孔（16）內(nèi)穿設(shè)有對若干個雙極板本體（100）堆疊壓裝的螺栓；相鄰雙極板本體（100）之間密封壓裝有膜電極（200）。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池電堆結(jié)構(gòu)，其特征在于，雙極板本體（100）外側(cè)開設(shè)有兩條軸向的陽極氣道（14），兩陽極氣道（14）分別與兩陽極氣孔（112）連通。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池電堆結(jié)構(gòu)，其特征在于，陰極進(jìn)氣道（17）靠近陽極側(cè)的一端呈階梯孔結(jié)構(gòu)，其內(nèi)設(shè)有能夠與相鄰雙極板本體（100）上的連接筒（18）壓裝密封的密封圈（300）。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種徑向流場雙極板及燃料電池電堆結(jié)構(gòu)，屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，包括雙極板本體，雙極板本體兩側(cè)分別開設(shè)有陽極側(cè)凹槽和陰極側(cè)凹槽，雙極板本體中部開設(shè)有陰極進(jìn)氣道，陰極進(jìn)氣道一側(cè)連接有連接筒；陽極側(cè)凹槽底面設(shè)有若干呈多級弧形分布的陽極肋板，陽極側(cè)凹槽側(cè)壁開設(shè)有兩個陽極氣孔；陰極側(cè)凹槽底面設(shè)有若干呈多級徑向分布的陰極肋柱，連接筒側(cè)壁開設(shè)有陰極進(jìn)氣孔，陰極側(cè)凹槽側(cè)壁貫通設(shè)有陰極出氣孔。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，組堆便捷，有效改善氣體流動狀態(tài)，實現(xiàn)更加均勻的氣體分布，確保整個電堆中的反應(yīng)發(fā)生均勻，提高電堆的效率和性能；有助于減輕氣體流動時的壓降，使得電堆的運行更加節(jié)能高效。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭明剛,羅興,梁涵,卜文協(xié)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東建筑大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19