干貨丨3分鐘簡述氫燃料電池雙極板

今天小編和大家一起學習一下燃料電池電堆的重要組件雙極板。（本文只針對金屬雙極板做一下簡單學習）

雙極板在哪里？

如下圖，燃料電池電堆是若干燃料電池單電池串聯疊加而來的。一個燃料電池單體由膜電極（MEA）、氣體滲透膜（GDL）、陽極板和陰極板構成。在燃料電池電堆中，陽極板和陰極板均可以看成是雙極板，通常相鄰兩個燃料電池的雙極板由一個陽極板和一個陰極板合并。

干貨丨3分鐘簡述氫燃料電池雙極板

雙極板構成

一個雙極板又有哪些部件構成呢？如下圖，通常金屬雙極板由以下五個部件構成：陽極側密封圈、陽極金屬板、陰極金屬板、焊縫、陰極側密封圈。雙極板通過將陽極金屬板和陰極金屬板焊接在一起而成，其陰極側和陽極側板的邊緣會有槽來布置密封圈，防止反應氣和冷卻液互竄，同時也防止反應氣和冷卻液外漏。陽極側密封圈和陰極側密封圈的材質相同，因此在工程中統稱雙極板密封圈。

雙極板的設計

經常說要設計雙極板，那么雙極板要設計什么呢？如下圖，雙極板包含進出口區域、反應物過渡區（反應氣分配區）、有效反應區。進出口區域包括氫氣路、空氣路和冷卻路，每一路涉及的腔體數量與三個腔體的位置無特殊要求，可以結合電堆的氫氣路、空氣路和冷卻路上公共管道的設計來確定，或者說每片電池的進出口區域組合起來就組成了公共管道。反應物過渡區（反應氣分配區）的形狀也沒有特殊的要求，這部分的設計目的是讓反應物能夠更均勻的分布在反應區內，保證電化學反應能夠均勻充分的在反應區內進行。在工程中一般會通過計算流體力學CFD對反應物過渡區和反應區進行流道優化設計。

目前的主流流道設計包括蛇形流道、平行流道、旋轉流道和網格流道等種類等。Mirai用的就是蛇形流道，而國內常見的電堆廠用的一般是平行流道（蜿蜒流道）。

豐田Mirai流的蛇形流道

某國外雙極板平行流道（蜿蜒流道）

氫氣、氧氣、冷卻液如何在雙極板上（中）流動

在雙極板上氫氣、氧氣、冷卻液又是怎樣工作的呢？下圖中，給一片燃料電池單電池做截面，就能夠更清楚的看出他們如何流動的。從燃料電池單電池來看，兩片雙極板分別位列質子交換膜兩側，在膜的兩端流道的空間分別流過氫氣與氧氣，在雙極板中的空間流過冷卻液，對整個雙極板進行冷卻。對電堆來說，整個結構就是燃料電池電堆由若干雙極板與MEA串聯疊加而成，反應氣和冷卻液的工作方式與燃料電池單電池相同。

來源：燃料電池百科

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