流道结构、双极板、燃料电池以及车辆的制作方法

本申请属于双极板，具体涉及一种流道结构、双极板、燃料电池以及车辆。

背景技术：

1、双极板是氢燃料电池的重要部件，起到气体分配、水热管理、收集电流、支撑电堆的作用。燃料电池中，一般是多片双极板和膜电极交替装叠，在外力压装下形成电堆。

2、常规的双极板设计方案如图1，该方案中，将氢气进口c、空气出口b和冷却介质进口e设计在双极板的一端，氢气出口d、空气进口a和冷却介质出口f设计在双极板的另一端。冷却介质通过冷却介质进口流入，扩散至整个双极板夹层中的冷却介质流场，带走热量并从冷却介质出口流出。

3、该方案的双极板的流道结构有利于流体介质的流通，流阻较低，但是在使用时会产生传质损失，影响燃料电池性能。

技术实现思路

1、为解决目前双极板流道结构导致燃料电池性能较低的技术问题，本申请提供一种流道结构、双极板、燃料电池以及车辆。

2、在本申请的第一方面，提供一种流道结构，包括依次设置的介质进口、若干流道凸脊和介质出口，相邻两根所述流道凸脊之间形成与所述介质进口和所述介质出口连通的流道沟槽；所述介质进口、所述流道沟槽和所述介质出口依次连通形成供介质流通的介质通道，所述介质通道的截面面积沿介质流通方向呈减小趋势。

3、在一些实施方式中，所述介质进口的面积大于所述介质出口的面积；和/或，所述流道沟槽的截面面积沿介质流通方向呈减小趋势。

4、在一些实施方式中，所述介质进口的面积为所述介质出口的面积的1.5～3倍；所述流道沟槽的最大截面面积为最小截面面积的1.5～3倍。

5、在一些实施方式中，所述流道凸脊呈直线型，相邻两根所述流道凸脊的轴线不平行。

6、在一些实施方式中，相邻两根所述流道凸脊之间设有分流凸脊，所述分流凸脊的长度小于所述流道凸脊；所述分流凸脊与所述流道凸脊在靠近于所述介质进口的一端齐平。

7、在本申请的第二方面，提供一种双极板，设有上述的流道结构。

8、在一些实施方式中，所述双极板呈矩形；所述若干流道凸脊所在的区域呈直角梯形。

9、在一些实施方式中，所述双极板包括阳极板和阴极板，所述阳极板和/或所述阴极板上设有至少两个所述流道结构，相邻两个所述流道结构呈中心对称分布；所述流道结构的介质进口靠近于相邻的所述流道结构的介质出口。

10、在一些实施方式中，所述阴极板上设有两个所述流道结构，用于供氧化剂流通；所述介质进口和所述介质出口位于所述阴极板的其中一相对侧边；

11、所述阴极板的另一相对侧边设有供第二反应介质流通的第二反应介质进口和第二反应介质出口，以及供冷却介质流通的冷却介质进口和冷却介质出口；

12、所述阳极板上的流道间距沿介质流通方向相同。

13、在一些实施方式中，所述双极板呈圆形；所述若干流道凸脊所在的区域呈扇形或扇环形。

14、在一些实施方式中，所述双极板设有三个以上所述流道结构，各所述流道结构沿周向分布；所述流道沟槽的宽度沿周向相同、且沿径向呈减小趋势。

15、在一些实施方式中，所述介质进口靠近于所述双极板的圆周，所述介质进口呈扇形或扇环形；

16、所述介质出口靠近于所述双极板的圆心，所述介质出口呈扇形或扇环形。

17、在一些实施方式中，供同一介质流通的所述介质进口与所述介质出口沿周向交错布置。

18、在一些实施方式中，所述双极板的圆心设有供紧固件穿过的通孔。

19、在本申请的第三方面，提供一种燃料电池，包括上述的双极板。

20、在本申请的第四方面，提供一种车辆，包括上述的燃料电池。

21、根据本申请一个或多个实施例提供的流道结构，流道结构包括依次设置的介质进口、若干流道凸脊和介质出口。流道凸脊是形成于双极板基板上的凸起结构，在基板的一侧表现为凸脊，则在基板的另一侧表现为沟槽。相邻两根流道凸脊之间形成与介质进口和介质出口连通的流道沟槽，介质进口、流道沟槽和介质出口依次连通形成供介质(反应介质、冷却介质等)流通的介质通道，反应介质从介质入口流入流道沟槽中，反应介质在流道沟槽中与膜电极接触，用于发生电化学反应而产生电流，随后从介质出口中流出。

22、现有技术中流道主要采用等截面的设计理念，无论流道是直流道或者是蜿蜒流道(流道呈波浪线型、曲线型或者螺旋线型)，随着电化学反应的消耗，阴极流场下游氧气浓度相比上游显著降低(阳极流场下游氢气浓度也小于上游氢气浓度)，局部催化层中氧气浓度低会导致较大的传质损失，影响燃料电池性能。根据本申请一个或多个实施例提供的流道结构，其介质通道的截面面积沿介质流通方向呈减小趋势，通过通道面积的降低弥补反应消耗带来的浓度损失，可以有效改善下游区域介质浓度，降低传质损失，提高燃料电池性能。

技术特征：

1.一种流道结构，其特征在于，包括依次设置的介质进口、若干流道凸脊和介质出口，相邻两根所述流道凸脊之间形成与所述介质进口和所述介质出口连通的流道沟槽；所述介质进口、所述流道沟槽和所述介质出口依次连通形成供介质流通的介质通道，所述介质通道的截面面积沿介质流通方向呈减小趋势。

2.根据权利要求1所述的流道结构，其特征在于，所述介质进口的面积大于所述介质出口的面积；和/或，所述流道沟槽的截面面积沿介质流通方向呈减小趋势。

3.根据权利要求2所述的流道结构，其特征在于，所述介质进口的面积为所述介质出口的面积的1.5～3倍；所述流道沟槽的最大截面面积为最小截面面积的1.5～3倍。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的流道结构，其特征在于，所述流道凸脊呈直线型，相邻两根所述流道凸脊的轴线不平行；相邻两根所述流道凸脊之间设有分流凸脊，所述分流凸脊的长度小于所述流道凸脊；所述分流凸脊与所述流道凸脊在靠近于所述介质进口的一端齐平。

5.一种双极板，其特征在于，设有权利要求1-4中任一项所述的流道结构。

6.根据权利要求5所述的双极板，其特征在于，所述双极板呈矩形；所述若干流道凸脊所在的区域呈直角梯形。

7.根据权利要求6所述的双极板，其特征在于，所述双极板包括阳极板和阴极板，所述阳极板和/或所述阴极板上设有至少两个所述流道结构，相邻两个所述流道结构呈中心对称分布；所述流道结构的介质进口靠近于相邻的所述流道结构的介质出口。

8.根据权利要求7所述的双极板，其特征在于，所述阴极板上设有两个所述流道结构，用于供第一反应介质流通；所述介质进口和所述介质出口位于所述阴极板的其中一相对侧边；

9.根据权利要求5所述的双极板，其特征在于，所述双极板呈圆形；所述若干流道凸脊所在的区域呈扇形或扇环形。

10.根据权利要求9所述的双极板，其特征在于，所述双极板设有三个以上所述流道结构，各所述流道结构沿周向分布；所述流道沟槽的宽度沿周向相同、且沿径向呈减小趋势。

11.根据权利要求10所述的双极板，其特征在于，所述介质进口靠近于所述双极板的圆周，所述介质进口呈扇形或扇环形；

12.根据权利要求11所述的双极板，其特征在于，所述双极板的圆心设有供紧固件穿过的通孔。

13.一种燃料电池，其特征在于，包括权利要求5-12中任一项所述的双极板。

14.一种车辆，其特征在于，包括权利要求13所述的燃料电池。

技术总结本申请公开了一种流道结构、双极板、燃料电池以及车辆，解决目前双极板流道结构导致燃料电池性能较低的技术问题。该流道结构包括依次设置的介质进口、若干流道凸脊和介质出口，相邻两根所述流道凸脊之间形成与所述介质进口和所述介质出口连通的流道沟槽；所述介质进口、所述流道沟槽和所述介质出口依次连通形成供介质流通的介质通道，所述介质通道的截面面积沿介质流通方向呈减小趋势。该流道结构的介质通道的截面面积沿介质流通方向呈减小趋势，通过通道面积的降低弥补反应消耗带来的浓度损失，可以有效改善下游区域介质浓度，降低传质损失，提高燃料电池性能。技术研发人员：王手龙,吴康成受保护的技术使用者：东风汽车集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14