[发明专利]一种基于气液垂直流动结构布置的燃料电池金属阴阳极板

说明书

本发明涉及一种基于气液垂直流动结构布置的燃料电池金属阴阳极板及密封结构，所述阳极板和阴极板的两端分别设有相互配合的氢气腔、空气/氧气腔，所述阳极板和阴极板的两侧则设置有相互配合的冷却液腔，所述阴极板的上表面设置有用于容纳密封条的第一凹槽，所述阳极板的下表面设置有用于容纳密封条的第二凹槽，所述阴极板的第一凹槽和阳极板的第二凹槽错开设置，形成冷却液越层通道，冷却液腔通过冷却液越层通道连通至阳极流场结构和阴极流场结构之间的流场区。本发明针对金属阴、阳极板层叠式装配密封辅助结构，设计冷却液越层通道，主要用于密封冷却液口，提高气、液腔垂直布置在层叠式燃料电池电堆装配过程中的可行性。

技术领域

本发明涉及一种基于气液垂直流动结构布置的燃料电池金属阴阳极板及密封结构。

背景技术

燃料电池通过氢气、氧气发生电化学反应来输出电能，最终反应产物是水，该能源供给方式能实现零排放。相较于传统的石墨极板燃料电池，金属极板燃料电池凭借其优异的质量功率比、体积功率比进一步受到市场关注。

传统极板，尤其是金属极板，氢气腔、空气/氧气腔及冷却腔往往采取两端布置方式（如图1所示），氢气、空气/氧气及冷却液为平行流动。但是，冷却腔的面积及数量受限于该布置形式下的有限空间，使得冷却液在整体反应区的分布不均匀。由于膜电极组件易受温度作用，冷却液的分布不均匀使得局部存在较大温度变化，影响膜电极的反应效率，继而降低了输出功率。综上所述，三腔（氢气腔、空气/氧气腔及冷却腔）两端布置的形式限制了冷却液输入及分配，已无法满足冷却液在反应区均匀分布的设计要求

现有技术中，针对三腔在燃料电池极板，尤其是金属极板上非两端结构布置及后续用于层叠式装配的密封结构相关专利报道较少。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述三腔的两端布置对于冷却液流量及分配的不足而提供一种基于气液垂直流动结构布置的燃料电池金属阴阳极板，以提高燃料电池金属极板稳健性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于气液垂直流动结构布置的燃料电池金属阴阳极板，包括相互配合设置的阴极板和阳极板，其特征在于所述阳极板和阴极板对应设置有相互配合的阳极流场结构和阴极流场结构；所述阳极板和阴极板的两端分别设有相互配合的氢气腔、空气/氧气腔，所述阳极板和阴极板的两侧则设置有相互配合的冷却液腔，所述阴极板的上表面设置有用于容纳密封条的第一凹槽，所述第一凹槽的底部在阴极板的下表面形成凸起，所述阳极板的下表面设置有用于容纳密封条的第二凹槽，所述第二凹槽的底部在阳极板的上表面形成凸起，所述阴极板的第一凹槽和阳极板的第二凹槽错开设置，使得阴极板的第一凹槽的底部和阳极板的上表面之间以及阳极板的第二凹槽的底部和阴极板的下表面之间形成供冷却液流动的冷却液越层通道，冷却液腔通过冷却液越层通道连通至阳极流场结构和阴极流场结构之间的流场区。

进一步地，根据本发明的一个实施例，所述阴极流场结构包括波浪形设置的第一流道，所述第一流道在阴极板的上表面形成凹槽，下表面则形成凸起；所述阳极流场结构包括波浪设置的第二流道，第二流道在阳极板的下表面形成凹槽，上表面形成凸起，所述第一流道的波峰和第二流道的波谷相对应，第一流道的波谷和第二流道的波峰相对应，所述第一流道下表面和第二流道的上表面相接触，阴极流场结构和阳极流场结构之间形成供冷却液流动的冷却液通道。

进一步地，根据本发明的另一实施例，所述阴极流场结构包括波浪形设置的第一流道，所述第一流道在阴极板的上表面形成凹槽，下表面则形成凸起；所述阳极流场结构包括波浪设置的第二流道，第二流道在阳极板的下表面形成凹槽，上表面形成凸起，所述第一流道的波峰和第二流道的波峰相对应，第一流道的波谷和第二流道的波谷相对应，所述第一流道下表面和第二流道上表面相接触，所述第一流道下表面和第二流道上表面的对应位置向流道内凹陷形成冷却液通道。

优选地，在第一流道和第二流道中，在冷却液通道的侧面形成倾斜设置的斜面。