一种具有防回流功能的燃料电池双极板的制作方法

1.本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，尤其涉及一种具有防回流功能的燃料电池双极板。


背景技术：

2.质子交换膜燃料电池具有绿色、无污染、转换效率高的特点，可以将氢气中的化学能通过电化学反应转换为电能，全程不产生污染气体，作为一种清洁的新能源受到广泛的关注。
3.质子交换膜燃料电池的工作温度通常低于100℃，在实际运行过程中电池内部会有液态水的生成，每片单电池生成的水在公共管道汇集，需及时将水排出。然而，当质子交换膜燃料电池应用于汽车领域，会不可避免地存在转弯等动态过程，公共管道中的液态水很容易再次进入到单电池内部，导致其内部局部欠气，进而引起单电池电压过低而停止工作。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种具有防回流功能的燃料电池双极板，用以解决现有技术无法避免共管道中的液态水回流造成燃料电池无法正常工作的问题。
5.一方面，本发明实施例提供了一种具有防回流功能的燃料电池双极板，由阳极单板和阴极单板组合而成，双极板上依次设有用于气体流入的输入管口、进口过桥区、流场流道区、出口过桥区、用于气体流出的输出管口；
6.流场流道区位于燃料电池单片电池的活化区域内；
7.出口过桥区设有用于防止燃料电池外部的公共管道中的液态水进入燃料电池内部的防回流结构；
8.燃料电池的输入气体从输入管口经过进口过桥区进入流场流道区，在燃料电池内部发生电化学反应生成水，反应剩余的气体和生成的水依次经出口过桥区、输出管口流出燃料电池，流向公共管道。
9.上述技术方案的有益效果如下：提供了一种具有防回流功能的燃料电池双极板，电化学反应发生在燃料电池内部的活化区，经过出口过桥区最终到公共管道排出燃料电池，因此能够有效防止液态水进入到燃料电池内部。特别是，在过桥区增加防回流结构，能够有效避免车辆发生瞬时的动态过程液态水进入到电堆内部。
10.基于上述双极板的进一步改进，所述防回流结构进一步包括设于出口过桥区内的单向瓣膜结构；并且，
11.所述单向瓣膜结构的开口方向为由燃料电池内部向公共管道的通道导通，其闭口方向为由燃料电池内部向公共管道的通道关闭。
12.进一步，所述单向瓣膜结构的数量为多个；并且，
13.所有单向瓣膜结构等距分布于出口过桥区所在区域内，其间距设置使得所有单向瓣膜结构闭合时燃料电池内部向公共管道的通道整体关闭。
14.进一步，所述单向瓣膜结构的数量不止一个；并且，
15.所有单向瓣膜结构仅分布于出口过桥区所在区域的地势较低一侧，而出口过桥区所在区域的地势较高一侧无单向瓣膜结构分布，以使得公共管道内的液态水难以回流至燃料电池内部。
16.进一步，每一单向瓣膜结构均为沿流体方向设置的穹顶结构，该穹顶结构由3个以上均分的膜瓣组成，未有流体通过时，膜瓣与水流方向呈5
°
～60
°
，相邻膜瓣间距为1～5mm，膜瓣的高度h为0.1～1.5mm。
17.进一步，所述阳极单板的边缘区域设置有阳极单板密封槽，所述阴极单板的边缘区域设置有阴极单板密封槽；并且，
18.所述阳极单板密封槽内还设置有阳极单板密封条；所述阴极单板密封槽内还设置有阴极单板密封条；
19.所述阳极单板、阴极单板上还设置有至少两个定位孔。
20.进一步，双极板上依次设有用于气体流入的输入管口、进口过桥区、进口分配区、流场流道区、出口分配区、出口过桥区、用于气体流出的输出管口；并且，
21.所述进口分配区、出口分配区均设有点阵式的凸起结构，以使得气体流向均匀。
22.进一步，所述流场流道区包括位于阳极单板上的阳极流场流道区和位于阴极单板上的阴极流场流道区；其中，
23.所述阳极流场流道区、阴极流场流道区均为波浪形反应区；所述阳极流场流道区和所述阴极流场流道区的波浪形周期和振幅相同，且二者之间波峰和波谷交错排布。
24.进一步，当定位孔的数量为两个时，两个定位孔呈对角分布。
25.进一步，所述阳极单板的朝向阴极单板侧设有贴合线槽区，用于贴合阳极单板、阴极单板并密封冷却液流场流道区；并且，
26.所述阳极单板的背向阴极单板侧、所述阴极单板的背向阳极单板侧均设置有密封线槽区，用于密封燃料气流场流道区、空气流场流道区。
27.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
28.1、电化学反应生成的水经过出口分配区汇流到出口过桥区最终到公共管道排出燃料电池，在过桥区增加防回流结构，能够有效避免车辆瞬时的动态过程液态水进入到电堆内部。
29.2、从血管结构静脉瓣得到启发，设计了一种膜瓣式防回流结构，能够避免液态水进入到燃料电池内部。
30.3、结构简单，效果好，实用性强。
31.提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本发明的重要特征或必要特征，也无意限制本发明的范围。
附图说明
32.通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它
目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
33.图1示出了实施例1双极板的平面结构示意图；
34.图2示出了实施例2单向瓣膜结构示意图；
35.图3示出了实施例2防气体和液体回流的出口过桥区结构示意图；
36.图4示出了实施例2仅防液体回流的出口过桥区结构示意图；
37.图5示出了实施例2单向瓣膜结构的尺寸示意图。
38.附图标记
39.1-输入管口；2-进口过桥区；3-流场流道区；4-出口过桥区；5-输出管口。
具体实施方式
40.下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
41.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
42.实施例1
43.本发明的一个实施例，公开了一种具有防回流功能的燃料电池双极板，如图1所示，由阳极单板和阴极单板组合而成，双极板上依次设有用于气体流入的输入管口1、进口过桥区2、流场流道区3、出口过桥区4、用于气体流出的输出管口5。
44.流场流道区3位于燃料电池单片电池的活化区域内。
45.出口过桥区4设有用于防止燃料电池外部的公共管道中的液态水进入燃料电池内部的防回流结构。防回流结构除了实施例2中的单向膜瓣结构，还可采用中国专利cn201920031308.0、cn202210670359.4等的结构。
46.燃料电池的输入气体从输入管口1经过进口过桥区2进入流场流道区3，在燃料电池内部发生电化学反应生成水，反应剩余的气体和生成的水依次经出口过桥区4、输出管口5流出燃料电池，流向公共管道。
47.输入管口1、输出管口5共同构成本实施例的总管口，用于气体、液体流入、流出。
48.实施时，根据大量的测试，上述方案相比将防回流结构设置于总管口的方案，后者(将防回流结构设置于总管口)使用过程中，液态水容易聚集在总管口极板间，增加了流阻，易腐蚀极板。实施本实施例的上述方案后，克服了后者的缺点，既能阻止公共管道中的液态水进入到电池内部，并且不影响液态水的排出。
49.与现有技术相比，本实施例提供了一种具有防回流功能的燃料电池双极板，电化学反应发生在燃料电池内部的活化区，经过出口过桥区4最终到公共管道排出燃料电池，因此能够有效防止液态水进入到燃料电池内部。特别是，在过桥区增加防回流结构，能够有效
避免车辆发生瞬时的动态过程液态水进入到电堆内部。
50.实施例2
51.在实施例1的基础上进行改进，防回流结构进一步包括设于出口过桥区4内的单向瓣膜结构，如图2所示。并且，单向瓣膜结构的开口方向为由燃料电池内部向公共管道的通道导通，其闭口方向为由燃料电池内部向公共管道的通道关闭。
52.为防止汽车在转弯等动态过程中出口总管中液态水进入到电池内，经试验证明，采用如图2所示的单向瓣膜结构，气体或液体汇流会产生更大阻力，难以进入燃料电池内部。
53.优选地，单向瓣膜结构的数量为多个。并且，所有单向瓣膜结构等距分布于出口过桥区4所在区域内，其间距设置使得所有单向瓣膜结构闭合时燃料电池内部向公共管道的通道整体关闭(气体通道、液体通道均关闭)，如图3所示，实现防止气液返流功能。
54.优选地，单向瓣膜结构的数量不止一个。并且，所有单向瓣膜结构仅分布于出口过桥区4所在区域的地势较低一侧，而出口过桥区4所在区域的地势较高一侧无单向瓣膜结构分布，如图4所示，以使得公共管道内的液态水难以回流至燃料电池内部，以实现防止液体返流功能。
55.每一单向瓣膜结构均为沿流体方向设置的穹顶结构，由3个以上均分的膜瓣组成，如图5所示，自然状态下(未有流体通过时)，膜瓣与水流方向的角度θ呈5
°
～60
°
，相邻膜瓣间距l1为1～5mm，参数l2为0.5～2mm(可根据h、θ推导)，膜瓣的高度h为0.1～1.5mm。
56.优选地，阳极单板的边缘区域设置有阳极单板密封槽，阴极单板的边缘区域设置有阴极单板密封槽。并且，所述阳极单板密封槽内还设置有阳极单板密封条。所述阴极单板密封槽内还设置有阴极单板密封条，以实现更好的密封效果。
57.优选地，阳极单板、阴极单板上还设置有至少两个定位孔。当定位孔的数量为两个时，两个定位孔呈对角分布，便于准确地安装。
58.优选地，双极板上依次设有用于气体流入的输入管口1、进口过桥区2、进口分配区、流场流道区3、出口分配区、出口过桥区4、用于气体流出的输出管口5。并且，进口分配区、出口分配区均设有点阵式的凸起结构，以使得气体流向均匀。
59.优选地，流场流道区3包括位于阳极单板上的阳极流场流道区和位于阴极单板上的阴极流场流道区。
60.其中，阳极流场流道区、阴极流场流道区均为波浪形反应区。阳极流场流道区和所述阴极流场流道区的波浪形周期和振幅相同，且二者之间波峰和波谷交错排布。该结构可以实现更充分的电化学反应。
61.优选地，阳极单板的朝向阴极单板侧设有贴合线槽区，用于贴合阳极单板、阴极单板并密封冷却液流场流道区。并且，阳极单板的背向阴极单板侧、阴极单板的背向阳极单板侧均设置有密封线槽区，用于密封燃料气流场流道区、空气流场流道区。合理排布，有利于获得良好的密封效果，并节约排布空间。
62.与现有技术相比，本实施例提供的移动式测试仓具有如下
63.有益效果：
64.1、电化学反应生成的水经过出口分配区汇流到出口过桥区最终到公共管道排出燃料电池，在过桥区增加防回流结构，能够有效避免车辆瞬时的动态过程液态水进入到电
堆内部。
65.2、从血管结构静脉瓣得到启发，设计了一种膜瓣式防回流结构，能够避免液态水进入到燃料电池内部。
66.3、结构简单，效果好，实用性强。
67.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

技术特征：
1.一种具有防回流功能的燃料电池双极板，由阳极单板和阴极单板组合而成，其特征在于，双极板上依次设有用于气体流入的输入管口、进口过桥区、流场流道区、出口过桥区、用于气体流出的输出管口；流场流道区位于燃料电池单片电池的活化区域内；出口过桥区设有用于防止燃料电池外部的公共管道中的液态水进入燃料电池内部的防回流结构；燃料电池的输入气体从输入管口经过进口过桥区进入流场流道区，在燃料电池内部发生电化学反应生成水，反应剩余的气体和生成的水依次经出口过桥区、输出管口流出燃料电池，流向公共管道。2.根据权利要求1所述的具有防回流功能的燃料电池双极板，其特征在于，所述防回流结构进一步包括设于出口过桥区内的单向瓣膜结构；并且，所述单向瓣膜结构的开口方向为由燃料电池内部向公共管道的通道导通，其闭口方向为由燃料电池内部向公共管道的通道关闭。3.根据权利要求2所述的具有防回流功能的燃料电池双极板，其特征在于，所述单向瓣膜结构的数量为多个；并且，所有单向瓣膜结构等距分布于出口过桥区所在区域内，其间距设置使得所有单向瓣膜结构闭合时燃料电池内部向公共管道的通道整体关闭。4.根据权利要求2所述的具有防回流功能的燃料电池双极板，其特征在于，所述单向瓣膜结构的数量不止一个；并且，所有单向瓣膜结构仅分布于出口过桥区所在区域的地势较低一侧，而出口过桥区所在区域的地势较高一侧无单向瓣膜结构分布，以使得公共管道内的液态水难以回流至燃料电池内部。5.根据权利要求3或4所述的具有防回流功能的燃料电池双极板，其特征在于，每一单向瓣膜结构均为沿流体方向设置的穹顶结构，该穹顶结构由3个以上均分的膜瓣组成，未有流体通过时，膜瓣与水流方向呈5
°
～60
°
，相邻膜瓣间距为1～5mm，膜瓣的高度h为0.1～1.5mm。6.根据权利要求1-4任一项所述的具有防回流功能的燃料电池双极板，其特征在于，所述阳极单板的边缘区域设置有阳极单板密封槽，所述阴极单板的边缘区域设置有阴极单板密封槽；并且，所述阳极单板密封槽内还设置有阳极单板密封条；所述阴极单板密封槽内还设置有阴极单板密封条；所述阳极单板、阴极单板上还设置有至少两个定位孔。7.根据权利要求1-4任一项所述的具有防回流功能的燃料电池双极板，其特征在于，双极板上依次设有用于气体流入的输入管口、进口过桥区、进口分配区、流场流道区、出口分配区、出口过桥区、用于气体流出的输出管口；并且，所述进口分配区、出口分配区均设有点阵式的凸起结构，以使得气体流向均匀。8.根据权利要求1-4任一项所述的具有防回流功能的燃料电池双极板，其特征在于，所述流场流道区包括位于阳极单板上的阳极流场流道区和位于阴极单板上的阴极流场流道区；其中，
所述阳极流场流道区、阴极流场流道区均为波浪形反应区；所述阳极流场流道区和所述阴极流场流道区的波浪形周期和振幅相同，且二者之间波峰和波谷交错排布。9.根据权利要求6所述的具有防回流功能的燃料电池双极板，其特征在于，当定位孔的数量为两个时，两个定位孔呈对角分布。10.根据权利要求1-4任一项所述的具有防回流功能的燃料电池双极板，其特征在于，所述阳极单板的朝向阴极单板侧设有贴合线槽区，用于贴合阳极单板、阴极单板并密封冷却液流场流道区；并且，所述阳极单板的背向阴极单板侧、所述阴极单板的背向阳极单板侧均设置有密封线槽区，用于密封燃料气流场流道区、空气流场流道区。

技术总结
本发明提供了一种具有防回流功能的燃料电池双极板，属于质子交换膜燃料电池技术领域，解决了现有技术无法避免共管道中的液态水回流造成燃料电池无法正常工作的问题。该双极板由阳极单板和阴极单板组合而成，双极板上依次设有用于气体流入的输入管口、进口过桥区、流场流道区、出口过桥区、用于气体流出的输出管口。流场流道区位于燃料电池单片电池的活化区域内。出口过桥区设有用于防止燃料电池外部的公共管道中的液态水进入燃料电池内部的防回流结构。燃料电池的输入气体从输入管口经过进口过桥区进入流场流道区，在燃料电池内部发生电化学反应生成水，反应剩余的气体和生成的水依次经出口过桥区、输出管口流出燃料电池，流向公共管道。流向公共管道。流向公共管道。


技术研发人员：王国栋 张宇航 柳晨鹏 曲观书 徐云飞 李飞强
受保护的技术使用者：北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/7/13