Konstruktionsmerkmale der bipolaren Brennstoffzellenplatte

Konstruktionsmerkmale der Brennstoffzellen-Bipolarplatte – Ultraschallspray – Cheersonic

Die bipolare Platte ist die wichtigste strukturelle Stütze des Brennstoffzellenstapels, und ihr strukturelles Design bildet den Strömungskanal von Wasserstoff, Luft und Wasser im Stapel. Als Hauptstruktur des Stapels beeinflusst die Dicke der Bipolarplatte direkt die Leistungsdichte des Stapels. Aufgrund der relativ hohen Schwelle der Membranelektrodentechnologie in der Industrie ist der Durchbruch derzeit nur langsam, und der Ausgangspunkt für die Verbesserung der Leistung von Stapelprodukten liegt hauptsächlich bei Bipolarplatten.

Die Bipolarplatte einer Brennstoffzelle muss folgende Leistungsanforderungen erfüllen:

Um in Einzelzellen eine Reihenrolle zu spielen, muss die Bipolarplatte eine hohe Leitfähigkeit aufweisen; um das Reaktionsgas und das Wärmeableitungswasser in jedem Hohlraum zu isolieren, sollte die Gasdurchlässigkeit der Bipolarplatte die Anforderungen erfüllen;

Die Wärme des Reaktionsbereichs wird schnell auf das Kühlmittel übertragen und die Bipolarplatte sollte eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen; unter Berücksichtigung der Strukturfestigkeit, Vibration, Leistungsdichte und des Anfahrens bei niedriger Temperatur sollten die Festigkeit, Dichte und Wärmekapazität des Bipolarplattenmaterials auch die Produktleistungsanforderungen erfüllen.

Metallwerkstoffe haben eine hohe Leitfähigkeit und Leitfähigkeit, eine hohe Gasbeständigkeit und eine hohe Festigkeit, die für dünnere Bleche geeignet sind, aber leicht korrodieren und spezielle Beschichtungsverfahren erfordern. Die Graphitplatte ist relativ dick, aber das Material ist relativ stabil und hat gewisse Vorteile in der Haltbarkeit.

1 erfüllen die Anforderungen des aktiven Bereichs

2 alle Aspekte der Toleranz berücksichtigen

Beim Design der Bipolarplatte sollte zunächst berücksichtigt werden, dass die Anforderungen des aktiven Bereichs der Stack-Leistung erfüllt werden, wie im roten Kasten für die Stromerzeugung auf der linken Seite der Abbildung unten gezeigt. Die Auswahl des aktiven Bereichsbereichs hängt eng mit der Lage des gleichmäßigen Gasverteilungsbereichs und des gleichmäßigen Temperaturverteilungsbereichs des Stapels zusammen, andernfalls beeinflusst dies die Haltbarkeit des Stapels. Gegenwärtig muss mit dem steigenden Leistungsbedarf der Brennstoffzelle die aktive Fläche der Membranelektrode immer größer werden. Beim Vergrößern der Fläche muss berücksichtigt werden, ob die Form- und Stanzprozesse die Verarbeitungsanforderungen von großflächigen Elektrodenplatten erfüllen können.

3 Materialeigenschaften und Umformprozess

Darüber hinaus sollten bei der Konstruktion der Elektrodenplatte die Maßtoleranz, Form- und Lagetoleranz von Bipolarplatte, Membranelektrode und Dichtlinie sowie die Passungstoleranz im Montageprozess vollständig berücksichtigt werden. Ein angemessenes Toleranzdesign kann die Zuverlässigkeit, Konsistenz und Haltbarkeit von Produkten sicherstellen. Der passende Abschnitt von Bipolarplatte, Dichtlinie und Membranelektrode ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Die sinnvolle Gestaltung der Anpassfläche hat einen wesentlichen Einfluss auf die Montageleistung, Trocken- und Nassbeständigkeit und den Anteil der aktiven Fläche.

Der Designprozess der Bipolarplatte sollte die Materialeigenschaften und den Formprozess vollständig berücksichtigen. Die Festigkeit einer Graphitplatte ist geringer als die einer Metallplatte und die Gasdurchlässigkeit ist höher. Daher sollte es einen Sicherheitsspielraum bei der Plattendicke geben. Derzeit sollte der dünnste Teil der geschnitzten Graphitplatte mindestens 0,3 mm dick sein, und die Materialstärke der Matrizenplatte wird dünner. Wie in der Abbildung unten gezeigt, gibt es einen dicken Materialtrennungsabstand zwischen dem Boden des linken Graphitplattenkanals, während bei der Bildung der rechten Metallplatte die andere Seite des Wasserstoff- und Lufthohlraums kombiniert wird, um einen Wasserkanal zu bilden. und die Platte ist nur 0,1 mm dick, was dünner ist als die Graphit-Bipolarplatten-Einzelzelle.

4 Luftverteilungsanschluss und Konstruktion der strukturellen Festigkeit

Es gibt zwei Möglichkeiten, den Einlass der Platte zu gestalten

Einer besteht darin, dass zwischen der Kathoden- und Anodenplatte eine Gasverteilungstrennwand vorhanden ist und die Struktur relativ komplex ist. Es gibt eine Trennwandstruktur, die verwendet wird, um Gas innerhalb des heißgepressten Gummis der Toyota-Metallplatte zu isolieren; die andere ist die Z-förmige Gasverteilungsstruktur, die die Breite des Dichtungsbereichs erhöht, aber die Gesamtstruktur ist einfach.

Die Graphit-Bipolarplatte verwendet den Perforationsweg, verwendet die Anodenplatte und die Kathodenplatte, um die Gasverteilungsöffnung zu bilden, die Struktur ist relativ einfach

Die maximale Leistung des Stapels muss mit dem Design des Gasverteileranschlusses und der strukturellen Festigkeit abgestimmt werden. Der Bereich des Gasverteilungsanschlusses beeinflusst die Obergrenze der Anzahl der montierten Batterien. Die strukturelle Gestaltung der Elektrodenplatte beeinflusst die Festigkeit des Stapels nach dem Zusammenbau in alle Richtungen. Darüber hinaus sollten die Gasströmungsrichtung, die Stapelplatzierungsrichtung, die Position der Prozessöffnung, die Stromaufnahme durch Patrouilleninspektion, die Stromaufnahme durch die Stromaufnahmeplatine und andere Faktoren in der Entwurfsphase berücksichtigt werden. Verschiedene Hersteller von Bipolarplatten aus Metall, es gibt drei Möglichkeiten des Medienimports und -exports auf der gleichen Seite des Designs, es gibt auch verschiedene Designs für andere Bedürfnisse.

5. Gleichmäßige Medienverteilung im Strömungsfeld

Unter dem Aspekt des Strömungsfelddesigns sollte die Auslegung von Luft, Wasserstoff und Wasser die gleichmäßige Verteilung des Mediums gewährleisten, die angemessene Druckabfallauslegung sollte die gleichmäßige Verteilung verschiedener Einzeltanks sicherstellen, insbesondere auf der Wasserstoff- und Luftseite, den Einfluss von flüssiges Wasser reduziert werden und bei der Auslegung des Strömungskanals, die sich von der Auslegung verschiedener Hersteller unterscheidet, das passende Motorsystem und die entsprechenden Arbeitsbedingungen berücksichtigt werden. Toyota nutzt auf innovative Weise das 3D-Strömungsfeld, um das Wassermanagement und das Luftverteilerplattendesign zu verbessern, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:

Honda verbessert die Wärmeableitungskapazität und das Verfahren der Platte, indem es die ursprüngliche Einzelzellen-Wärmeableitung in zwei Einzelzellen ändert, wobei das gleiche Wärmeableitungs-Strömungsfeld verwendet wird, die Wärmeableitungskapazität sichergestellt und die Leistungsdichte des gesamten Stapels verbessert wird.

Honda fügte eine numerische Struktur zwischen den Platten hinzu, um die gleichmäßige Verteilung des Reaktionsmediums zu fördern und die Montageleistung der Teile und die mechanischen Eigenschaften zwischen den Platten zu verbessern.

Es wird davon ausgegangen, dass in Zukunft mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Brennstoffzellentechnologie innovativere Designs entstehen werden.

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