一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统技术方案

一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统，属于燃料电池技术领域。双极板由阳极单极板、阴极单极板及中间隔板连接构成三层结构，分别形成燃料流场、氧化剂流场以及冷却液流场Ⅱ、冷却液流场Ⅰ。上述一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统，其阳极流场保留了多路蛇形流道压降小与交指型流道气体扩散性好的优点；阴极流场保留了多路蛇形流道排气方便压降低的同时，凸包使在流道中流动的氧化剂利于向扩散层扩散提高电池功率；两组冷却液流动方向相反的双冷却液流场使冷却液冷却温度更均匀，燃料电池工作区域一致性更好，极大地提高了燃料电池的热控制能力，为燃料电池的安全性提供了保障。

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统
本技术属于燃料电池
，具体一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统。
技术介绍
目前蓄电池行业如锂电池、铅酸、镍氢、镍镉电池等均因存在较大如环保、安全等方面的隐患，在科技发展的今天已经难以满足绿色能源的要求，开发新型替代产品已经刻不容缓了。燃料电池作为一种在等温条件下，不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料和氧气中的化学能转化为电能的发电装置。被认为是解决能源环境危机的终极方案。质子膜燃料电池以其优异的低温、环保等性质，成为汽车动力源和储能电站的理想取代方案。金属双极板以其独特的优异性能成为质子膜燃料电池主要组成部件双极板的重要材料应用之一。现在市场上的质子膜燃料电池双极板以石墨双极板为主，金属双极板的应用还处于初始阶段，对于如何提高电池输出功率，提高排水性能防止水淹，提高系统热管理效率，从而提高安全性和稳定性等问题为燃料电池金属双极板流场设计提出了要求。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本技术的目的在于设计提供一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统的技术方案，其显著提高了电池输出功率，两组冷却液流动方向相反的双冷却液流场使冷却液冷却温度更均匀，燃料电池工作区域一致性更好，极大地提高了燃料电池的热控制能力，为燃料电池的安全性提供了保障。所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统，其特征在于双极板由阳极单极板、阴极单极板及中间隔板连接构成，分别形成燃料流场、氧化剂流场以及冷却液流场Ⅱ、冷却液流场Ⅰ。所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统，其特征在于阳极单极板正面为燃料流场，采用全流程多路蛇形-交指型流道或多路蛇形流道；同时全流程流道使反面形成完整的多路蛇形冷却液流道，为冷却液流场Ⅱ。所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统，其特征在于阴极单极板正面为氧化剂流场，采用中间为带凸包的多路蛇形流道，首末两条为普通光滑蛇形流道；同时在反面形成完整的多路蛇形冷却液流道，为冷却液流场Ⅰ。所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统，其特征在于中间隔板为带孔平板，中间隔板的两边分别与阴极单极板、阳极单极板相连接，中间隔板两面各形成了冷却液流场Ⅰ、冷却液流场Ⅱ；冷却液流场Ⅰ、冷却液流场Ⅱ的流道布置方向相反。所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统，其特征在于阳极单极板板体上设置阳极板燃料进气通道、阳极板冷却液进液通道、阳极板氧化剂进气通道、阳极板氧化剂出气通道、阳极板冷却液出液通道、阳极板燃料出气通道、阳极板燃料进流道小孔、阳极板燃料出流道小孔；阳极单极板的正面设置阳极板燃料流道，阳极板燃料流道的始末端各设置一段阳极板燃料流场过渡通道，阳极板燃料流道外围板体上设置阳极板密封位；阳极单极板反面设置冷却液流场Ⅱ冷却液流道、阳极板燃料进气腔、阳极板冷却剂进液腔、阳极板燃料出气腔，冷却液流场Ⅱ冷却液流道外围设置阳极板焊接/粘接位，阳极板燃料进气腔、阳极板燃料出气腔分别与阳极板燃料流场过渡通道通过阳极板燃料进流道小孔和阳极板燃料出流道小孔相连。所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统，其特征在于阴极单极板的板体上设置阴极板氧化剂进气通道、阴极板冷却液进液通道、阴极板燃料进气通道、阴极板燃料出气通道、阴极板冷却液出液通道、阴极板氧化剂出气通道、阴极板氧化剂进流道小孔、阴极板氧化剂出流道小孔；阴极单极板的正面设置阴极板氧化剂流道，阴极板氧化剂流道的始末端各设置一段阴极板氧化剂流场过渡通道，阴极板氧化剂流道外围设置阴极板密封位；阴极单极板反面设置冷却液流场Ⅰ冷却液流道、阴极板氧化剂进气腔，冷却液出液腔、阴极板氧化剂气腔，冷却液流场Ⅰ冷却液流道外围设置阴极板焊接/粘接位，阴极板氧化剂进气腔、阴极板氧化剂气腔与阴极板氧化剂流场过渡通道分别通过阴极板氧化剂进流道小孔和阴极板氧化剂出流道小孔相连。所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统，其特征在于中间隔板的冷却液流场进口端板体上设置氧化剂进气通道、冷却液进液通道、燃料进气通道、冷却液流场Ⅰ进流道矩形孔、冷却液进液通道Ⅰ、冷却液进液通道Ⅱ、冷却液流场Ⅱ进流道矩形孔，中间隔板的冷却液流场出口端板体上设置燃料出气通道、冷却液出液通道、氧化剂出气通道、冷却液流场Ⅱ出流道矩形孔、冷却液出液通道Ⅱ、冷却液出液通道Ⅰ、冷却液流场Ⅰ出流道矩形孔。所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统，其特征在于阳极单极板、阴极单极板、中间隔板的厚度均为0.05-0.5mm，优选0.08-0.12mm。所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统，其特征在于阳极板燃料流道、阴极板氧化剂流道的流道深度：0.1-2.5mm，流道宽度：0.5-2.5mm，脊宽：0.5-2.5mm。上述一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统，包括阴极单极板、阳极单极板和中间隔板的三层结构，其阳极燃料流场为全流程多路蛇形-交指型流道或多路蛇形流道，阴极氧化剂流场为带凸包的多路蛇形流道，中间冷却液流场为两层冷却液流向相反的双冷却液流场组成。它的阳极流场在保留了多路蛇形流道压降小与交指型流道气体扩散性好的优点；阴极流场保留了多路蛇形流道排气方便压降低的同时，凸包使在流道中流动的氧化剂利于向扩散层扩散提高电池功率；两组冷却液流动方向相反的双冷却液流场使冷却液冷却温度更均匀，燃料电池工作区域一致性更好，极大地提高了燃料电池的热控制能力，为燃料电池的安全性提供了保障。附图说明图1为本技术双极板的分体结构示意图；图2为本技术双极板阳极板面的正面结构示意图；图3为本技术双极板的侧面结构示意图；图4为本技术双极板阴极板面的正面结构示意图；图5为本技术中间隔板的结构示意图；图6为本技术阳极单极板的反面结构示意图；图7为图6的A-A剖面结构示意图；图8为本技术阳极单极板的正面结构示意图；图9为图7的B局部结构示意图；图10为本技术阴极单极板的正面结构示意图；图11为图10的C-C剖面结构示意图；图12为本技术阴极单极板的反面结构示意图；图13为图11的E局部结构示意图；图14为图10的D部放大结构示意图；图中：1-阳极单极板、2-阴极单极板、3-中间隔板、S1-阳极板燃料进气通道、S2-阳极板冷却液进液通道、S3-阳极板氧化剂进气通道、S4-阳极板氧化剂出气通道、S5-阳极板冷却液出液通道、S6-阳极板燃料出气通道、S7-阳极板密封位、S8-阳极板燃料流道、S9-阳极板燃料流场过渡通道、S10-阳极板燃料出流道小孔、S11-阳极板燃料进流道小孔、S12-阳极板焊接/粘接位、S13-冷却液流场Ⅱ冷却液流道、S14-阳极板燃料进气腔、S15-阳极板冷却剂进液腔、S16-阳极板燃料出气腔；H1-阴极板氧化剂进气通道、H2-阴极板冷却液进液通道、H3-阴极板燃料进气通道、H4-阴极板燃料出气通道、H5-阴极板冷却液出液通道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统，其特征在于双极板由阳极单极板（1）、阴极单极板（2）及中间隔板（3）连接构成，分别形成燃料流场、氧化剂流场以及冷却液流场Ⅱ、冷却液流场Ⅰ。/n

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统，其特征在于双极板由阳极单极板（1）、阴极单极板（2）及中间隔板（3）连接构成，分别形成燃料流场、氧化剂流场以及冷却液流场Ⅱ、冷却液流场Ⅰ。


2.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统，其特征在于阳极单极板（1）正面为燃料流场，采用全流程多路蛇形-交指型流道或多路蛇形流道；同时全流程流道使反面形成完整的多路蛇形冷却液流道，为冷却液流场Ⅱ。


3.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统，其特征在于阴极单极板（2）正面为氧化剂流场，采用中间为带凸包的多路蛇形流道，首末两条为普通光滑蛇形流道；同时在反面形成完整的多路蛇形冷却液流道，为冷却液流场Ⅰ。


4.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统，其特征在于中间隔板（3）为带孔平板，中间隔板（3）的两边分别与阴极单极板（2）、阳极单极板（1）相连接，中间隔板（3）两面各形成了冷却液流场Ⅰ、冷却液流场Ⅱ；冷却液流场Ⅰ、冷却液流场Ⅱ的流道布置方向相反。


5.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池金属双极板流场系统，其特征在于阳极单极板（1）板体上设置阳极板燃料进气通道（S1）、阳极板冷却液进液通道（S2）、阳极板氧化剂进气通道（S3）、阳极板氧化剂出气通道（S4）、阳极板冷却液出液通道（S5）、阳极板燃料出气通道（S6）、阳极板燃料进流道小孔（S11）、阳极板燃料出流道小孔（S10）；阳极单极板（1）的正面设置阳极板燃料流道（S8），阳极板燃料流道（S8）的始末端各设置一段阳极板燃料流场过渡通道（S9），阳极板燃料流道（S8）外围板体上设置阳极板密封位（S7）；阳极单极板（1）反面设置冷却液流场Ⅱ冷却液流道（S13）、阳极板燃料进气腔（S14）、阳极板冷却剂进液腔（S15）、阳极板燃料出气腔（S16），冷却液流场Ⅱ冷却液流道（S13）外围设置阳极板焊接/粘接位（S12），阳极板燃料进气腔（S14）、阳极板燃料出气腔（S16）分别与阳极板燃料流场过渡通道（S9）通过阳极板燃料进流道小孔（S11）和阳极板燃料出流道小孔（S10）相连。

【专利技术属性】
技术研发人员：茅开强，周凤满，万书径，周罡，
申请(专利权)人：浙江中合天空科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33