【技术实现步骤摘要】
一种仿肺多层结构燃料电池双极板及其实现方法
本专利技术涉及燃料电池领域，具体涉及一种仿肺多层结构燃料电池双极板及其实现方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池是一种启动时间快、重量轻、清洁环保高效的能源转换装置，以氢气作为燃料，在催化层催化剂和质子交换膜的作用下直接将氢气中的化学能转化为电能，产生工作电流，发电效率能高达60％以上且不受卡诺循环限制，电池内部的电化学反应产物只有水，极大解决了环境污染和能源短缺问题。质子交换膜燃料电池由多个串联的单电堆堆叠工作，其单体结构主要包括气体扩散层、气体催化层、质子交换膜和双极板等，气体扩散层位于双极板前。质子交换膜燃料电池在外界燃料供给充足时，能持续工作，可广泛应用于交通、航天、军事等领域，发展前景广阔。双极板是质子交换膜燃料电池的关键组成部件之一，其主要功能有传输气体燃料，均匀分配电池中的氢燃料和氧化剂，收集和传导电子，其上流道排出反应生成的水等。双极板的流场结构复杂多样，流场设计对燃料电池的性能至关重要，其结构决定气体传输效率、局部电流分布密度和水热管理能力等。若传质不均，造...
【技术保护点】
1.一种仿肺多层结构燃料电池双极板，其特征在于，所述仿肺多层结构燃料电池双极板包括：多层气体分布层、定向吹气层和导流排水层；其中，多层气体分布层的前表面设置定向吹气层；定向吹气层的前表面设置导流排水层；多层气体分布层为基于肺部支气管的宏观二分网络结构，包括N层气体分布层，N≥2，第i层气体分布层包括4
【技术特征摘要】
1.一种仿肺多层结构燃料电池双极板，其特征在于，所述仿肺多层结构燃料电池双极板包括：多层气体分布层、定向吹气层和导流排水层；其中，多层气体分布层的前表面设置定向吹气层；定向吹气层的前表面设置导流排水层；多层气体分布层为基于肺部支气管的宏观二分网络结构，包括N层气体分布层，N≥2，第i层气体分布层包括4i-1个i级传气单元，i＝1,…,N；每一个传气单元包括一个母传气通道、两个次传气通道和四个垂直联通通道，均为中空的管道，母传气通道和两个次传气通道在同一个平面内，并且所在的平面平行于导流排水层；两个对称的次传气通道互相平行分布在母传气通道的两侧，母传气通道垂直于两个次传气通道，在母传气通道上壁的中心设置有进气口，母传气通道的两端分别为出气孔，分别连通至两个次传气通道侧壁的中心的进气口，次传气通道的两端分别为出气孔，连通至垂直联通通道，垂直联通通道垂直于母传气通道和两个次传气通道所在的平面，每一个垂直联通通道的末端连接至下一级母传气通道的进气口；N级传气单元的垂直联通通道的末端连通至对应的定向吹气层的每一个定向吹气孔；定向吹气层包括平板和定向吹气孔阵列，在平板内开设多个周期分布的定向吹气孔，构成二维分布的定向吹气孔阵列，每一个定向吹气孔沿着气体的流向具有向下的倾斜角θ，定向吹气孔的水平横截面形状为正方形，定向吹气孔的宽度等于导流排水层的矩形状流道的宽度，并且相邻的两列定向吹气孔之间的距离等于流场流道脊的宽度；导流排水层包括流道板主体、通气孔、矩形状流道、排水通道和出水口，流道板主体朝向气体扩散层的表面刻有多条周期性沿竖直方向平行排布的矩形状流道，每一条矩形状流道所在的位置正对定向吹气孔阵列中的一列；每相邻的矩形状流道之间形成流场流道脊，流道板主体朝向气体扩散层的表面的底端设置连通每一条矩形状流道的排水通道，排水通道的下表面沿着排水方向具有向下的倾斜角β，形成一个倾斜面，从而排水通道为梯形，排水通道的末端设置有出水口；在矩形状流道上设有贯通的通气孔，每一个通气孔与定向吹气层的一个定向吹气孔相对应；反应气体在泵气压力的作用下经一级传气单元的母传气通道中心的进气口输进入第一层气体分布层，经一级传气单元的母传气通道扩散至两个次传气通道，进行有效定向传输，经垂直联通通道将反应气体传输进四个二级传气单元，以一点向四点发散，有效增大了传气面积；反应气体依次经过各层气体分布层，直至经N级传气单元的每一个垂直联通通道的末端传输至每一个定向吹气孔；反应气体经多级传气单元逐级分配，在均匀反应气体分布的同时，最大面积的将反应气体传输至定向吹气层，缓冲较强的泵气压力对质子交换膜的损害，增强传质均匀性，延长电池使用寿命；反应气体在定向吹气孔的作用下，将垂直于气体扩散层的泵气压力进行分解，使其分解为垂直于气体扩散层的传质分力Fy和平行于气体扩散层的排水分力Fx，平衡传质分力和排水分力，传质分力Fy将反应气体经导流排水层上的通气孔，压进气体扩散层参与电池电化学反应，排水分力Fx吹扫反应产生堆积在矩形状流道的水，将反应产生堆积在矩形状通道的水排出，协...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢国龙，孙磊，樊文选，崔浩，王蜜，刘镇宁，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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