流场板和包括该流场板的燃料电池制造技术

本发明专利技术公开了流场板和包括该流场板的燃料电池。该流场板包括：基体，所述基体上具有多个流道；多个螺旋肋片，所述多个螺旋肋片沿所述流道的长度方向分布在所述流道内，所述螺旋肋片的两端分别向相反的方向弯曲。该流场板通过在流道内设置螺旋肋片，可有效改善气体在流道内的流动，增强流道内气体的对流输运效应。

【技术实现步骤摘要】
流场板和包括该流场板的燃料电池
本专利技术涉及燃料电池
，具体而言，本专利技术涉及流场板和包括该流场板的燃料电池。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高效率、高能量密度和低污染等优点，从而受到许多领域研究者的广泛关注。其中能量密度是衡量PEMFC性能的重要指标，要想进一步提高电池的能量密度，一方面依赖于膜电极组件(MEA)的设计，另一方面则取决于合理的流场板设计。流场板设计主要有以下目标：保证反应气体在流道面内分布均匀，并且有利于反应气体向气体扩散层中输运，同时促进阴极反应生成水的排出。目前传统的流场板几何结构主要有平行流道、蛇形流道或交指型流道，其中气体在平行和蛇形结构流道内的流动为沿流道长度方向的一维或准一维流动，该流场板在大电流密度下会出现局部气体供应不足的现象，气体浓差极化增大，电池性能降低；在交指型流道内的流动为二维流动，气体沿流道流动的同时，在强制对流的作用下还具有冲向气体扩散层的速度分量，该型流场板具有压力损失大，在小电流密度下易出现膜干等缺点。因而，现有的用于燃料电池的流场板仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出流场板和包括该流场板的燃料电池。该流场板通过在流道内设置螺旋肋片，可有效改善气体在流道内的流动，增强流道内气体的对流输运效应。在本专利技术的一个方面，本专利技术了提出了一种流场板。根据本专利技术的实施例，该流场板包括：基体，所述基体上具有多个流道；多个螺旋肋片，所述多个螺旋肋片沿所述流道的长度方向分布在所述流道内，所述螺旋肋片的两端分别向相反的方向弯曲。由此，当气体通过具有螺旋肋片的流道时，在螺旋肋片的作用下，气体在沿流道长度方向流动的同时，在流道横截面内还将进行二次流动，使整个流道内气体的流动具有三维特性，从而增强了流道内气体的对流输运效应。将本专利技术的流场板应用于燃料电池，一方面有利于反应气体从流道向燃料电池的气体扩散层中进行传输，另一方面也有利于电极反应产物从气体扩散层向流道的传输，这将增加电极表面的反应气体浓度，提高电池的发电性能。另外，根据本专利技术上述实施例的流场板还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述多个螺旋肋片与所述流道的长度方向呈一定角度的夹角为45°～135°。在本专利技术的一些实施例中，所述螺旋肋片在长度方向上的截面为三角形、矩形、梯形、平行四边形、半圆形或带有圆角的四边形。在本专利技术的一些实施例中，多个所述螺旋肋片沿所述流道的长度方向等间距分布。在本专利技术的一些实施例中，所述流道在长度方向上的截面形状为半圆形。在本专利技术的一些实施例中，所述螺旋肋片的高度与所述流道的深度之比为0.2～0.4。在本专利技术的一些实施例中，所述流道为平行流道、蛇形流道或交指型流道。在本专利技术的一些实施例中，所述流场板的基体由不锈钢、钛和钛合金中的至少之一形成。在本专利技术的一些实施例中，所述流场板的基体由石墨形成。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种燃料电池。根据本专利技术的实施例，该燃料电池包括：阴极流场板和阳极流场板，所述阴极流场板和阳极流场板中的至少之一为上述实施例的流场板。本专利技术的燃料电池通过采用上述实施例的流场板，可使流场板流道内气体的流动具有三维特性，从而增加流道内气体的对流输运效应，一方面有利于反应气体从流道向燃料电池的气体扩散层中进行传输，另一方面也有利于电极反应产物从气体扩散层向流道的传输，从而增加电极表面的反应气体浓度。由此，本专利技术的燃料电池发电性能更高。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1显示了根据本专利技术实施例的流场板的结构示意图；图2显示了根据本专利技术实施例的流场板的前视图；图3显示了根据本专利技术实施例的流场板的侧视图；图4显示了根据本专利技术实施例的流场板的俯视图；图5显示了根据本专利技术实施例的螺旋肋片的结构示意图；图6显示了实施例1中燃料电池的结构示意图；图7显示了实施例1流道中X，Y，Z三个方向速度分量沿流道长度方向(Z方向)的变化；图8显示了实施例1与比较例沿流道长度方向(Z方向)的氧气(O2)摩尔浓度分布；图9显示了实施例1与比较例沿流道垂直方向(Y方向)的氧气(O2)摩尔浓度分布。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。在本专利技术的一个方面，本专利技术了提出了一种流场板。根据本专利技术的实施例，参考图1～4，该流场板包括：基体100和多个螺旋肋片200。其中，基体100上具有多个流道110，多个螺旋肋片200沿流道110的长度方向分布在流道110内，螺旋肋片200的两端分别向相反的方向弯曲。由此，当气体通过具有螺旋肋片的流道时，在螺旋肋片的作用下，气体在沿流道长度方向流动的同时，在流道横截面内还将进行二次流动，使整个流道内气体的流动具有三维特性，从而增强了流道内气体的对流输运效应。将本专利技术的流场板应用于燃料电池，一方面有利于反应气体从流道向燃料电池的气体扩散层中进行传输，另一方面也有利于电极反应产物从气体扩散层向流道的传输，这将增加电极表面的反应气体浓度，提高电池的发电性能。根据本专利技术的实施例，如图4所示，多个螺旋肋片200与流道110的长度方向的夹角α为45°～135°。由此，可进一步有利于气体在沿流道110长度方向流动的同时，在流道110横截面内发生螺旋二次流动，从而增加流道110内气体的对流输运效应。根据本专利技术的实施例，如图5所示，螺旋肋片200在长度方向上的截面可以为三角形、矩形、梯形、平行四边形、半圆形或带有圆角的四边形。具体的，图5中，A为具有三角形截面的螺旋肋片的结构示意图；B为具有矩形截面的螺旋肋片的结构示意图；C为具有梯形截面的螺旋肋片的结构示意图；D为具有平行四边形截面的螺旋肋片的结构示意图；E为具有半圆形截面的螺旋肋片的结构示意图；F为具有带有圆角的四边形截面的螺旋肋片的结构示意图。另外，需要说明的是，在图1～4中，螺旋肋片200在长度方向上的截面为三角形。根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流场板，其特征在于，包括：基体，所述基体上具有多个流道；多个螺旋肋片，所述多个螺旋肋片沿所述流道的长度方向分布在所述流道内，所述螺旋肋片的两端分别向相反的方向弯曲。

【技术特征摘要】
1.一种流场板，其特征在于，包括：基体，所述基体上具有多个流道；多个螺旋肋片，所述多个螺旋肋片沿所述流道的长度方向分布在所述流道内，所述螺旋肋片的两端分别向相反的方向弯曲。2.根据权利要求1所述的流场板，其特征在于，所述多个螺旋肋片与所述流道的长度方向的夹角为45°～135°。3.根据权利要求1所述的流场板，其特征在于，所述螺旋肋片在长度方向上的截面为三角形、矩形、梯形、平行四边形、半圆形或带有圆角的四边形。4.根据权利要求1～3任一项所述的流场板，其特征在于，多个所述螺旋肋片沿所述流道的长度方向等间距分布。5.根据权利要求1所述的流场板...

【专利技术属性】
技术研发人员：尧磊，彭杰，张剑波，张扬军，诸葛伟林，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11