本发明专利技术公开了一种基于对称蛇形结构流场的质子交换膜燃料电池双极板，包括气体流场（1），其特征在于：所述的气体流场（1）呈对称蛇形分布设置，该气体流场（1）的反应气体进口（2）和生成产物出口（10）分别位于气体流场（1）的其中一条对角线的两端且呈对角分布，位于反应气体进口（2）和生成产物出口（10）的连线上的脊（3）将自反应气体进口（2）开始的流道分为两部分对称设置的蛇形流道。本发明专利技术的对称蛇形结构流场和传统蛇形流场相比，克服了蛇形流场压降大的缺点，增强了气体的传输性能，使气体分布更加均匀，并且改善了燃料电池的生成水排出性能，使整体电流密度分布更加均匀，从而提高了燃料电池的整体性能。
【技术实现步骤摘要】
一种基于对称蛇形结构流场的质子交换膜燃料电池双极板
本专利技术属于质子交换膜燃料电池双极板
，具体地说是一种基于对称蛇形结构流场的质子交换膜燃料电池双极板。
技术介绍
质子交换膜燃料电池具有环保，能量转换效率高和工作温度低等优点，有着非常好的应用前景，被认为是最理想的能量转换装置，作为燃料电池不可或缺的一部分，双极板在燃料电池性能中的作用至关重要。双极板上有着各种形状的流场，反应气体通过流场，扩散到气体催化层，进而在催化层产生化学反应，同时反应生成物液态水通过流场排出燃料电池，气体的不均匀分布会造成局部反应物的堆积，形成局部的热点和冷点，不能及时的排出液态水，会影响反应气体到催化剂表面的反应速率，降低燃料电池的性能。常见的质子交换膜燃料电池双极板流场有平行流场，蛇形流场，交指形流场等。平行流场有多条流道在进口与出口之间，优点是流道与流道之间压差小，但是缺点是：当一个流道阻塞后，气体会分散到其他流道，导致气体分布不均；蛇形流场的优点在于其大的压降易于排水，但是气体在流道中后部分布不均，进而影响着燃料电池的性能；交指形流场促进了气体对流，但是压差过大，不适用于大功率电堆中。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于对称蛇形结构流场的质子交换膜燃料电池双极板，采用该对称蛇形结构流场的质子交换膜燃料电池双极板能够改善燃料电池反应气体的分布不均匀性、降低气体分布不均匀带来的燃料电池电流密度分布不均匀、增强燃料电池的排水性能、及时的清除反应生成水、避免反应物的堆积和堵塞、增强燃料电池的电化学性能和使用寿命。本专利技术的目的是通过以下技术方案解决的：一种基于对称蛇形结构流场的质子交换膜燃料电池双极板，包括气体流场，其特征在于：所述的气体流场呈对称蛇形分布设置，该气体流场的反应气体进口和生成产物出口分别位于气体流场的其中一条对角线的两端且呈对角分布，位于反应气体进口和生成产物出口的连线上的脊将自反应气体进口开始的流道分为两部分对称设置的蛇形流道。所述的蛇形流道包括直线型流道、调头过渡段和排出段流道，所述的直线型流道全部平行于脊设置，初始的直线型流道的起始端为反应气体进口、尾部的直线型流道的末端连通排出段流道的起始端，初始的直线型流道的末端、尾部的直线型流道的起始端以及初始的直线型流道和尾部的直线型流道之间的直线型流道皆通过调头过渡段连通。所述的直线型流道之间皆采用脊隔开。所述的调头过渡段包括依序连通的扩放过渡段、线型过渡段、缩放过渡段，所述线型过渡段的宽度小于直线型流道的宽度，扩放过渡段的进口端宽度等于直线型流道的宽度、出口端宽度等于线型过渡段的宽度且扩放过渡段的宽度最大处大于直线型流道的宽度，缩放过渡段的进口端宽度等于线型过渡段的宽度、缩放过渡段的出口端宽度等于直线型流道的宽度且缩放过渡段的宽度最大处小于直线型流道的宽度。所述调头过渡段的外圆角的半径大于调头过渡段的内圆角的半径。所述蛇形流道的深度与脊的高度相同。所述直线型流道的宽度与脊的宽度相同且直线型流道的宽度a和排出段流道的宽度b之间的关系为：b≤0.8a。所述直线型流道的宽度a、排出段流道的宽度b和脊的数量n之间的关系为：式中，θ为气体流场的对角线与气体流场的其中一个边的夹角，c为与气体流场的对角线构成夹角θ的一个边的边长，n的取值范围为不小于5的奇数。所述的气体流场设置在双极板的板面内且气体流场周围的双极板板面上还设有截面为半圆形的密封槽，所述密封槽的周侧还设有一定数量的螺栓孔和定位孔。所述双极板的两侧壁还设有分别连通反应气体进口和生成产物出口的螺纹密封导流孔，且在双极板的两侧壁上还分别设有一一对应螺纹密封导流孔的温度探测孔。本专利技术相比现有技术有如下优点：本专利技术的对称蛇形结构流场和传统蛇形流场相比，克服了蛇形流场压降大的缺点，增强了气体的传输性能，使气体分布更加均匀，并且改善了燃料电池的生成水排出性能，使整体电流密度分布更加均匀，从而提高了燃料电池的整体性能。本专利技术的双极板上的对称蛇形结构流场的流场结构对称分布，使用时反应气体分布均匀，电化学反应产生的热量由中间向四周扩散，不会产生局部的冷点和热点，提高了燃料电池的电化学性能。本专利技术的双极板上的对称蛇形结构流场的流道与脊部之间的拐角处的截面积的变化，增大了反应气体在拐角处的速度，减小了流道与流道之间的浓度差。本专利技术的双极板上的对称蛇形结构流场的排出段流道的宽度和调头过渡段的宽度小于直线型流道，流道截面积的变化增强了双极板的排水性能，及时带走了反应生成的水，增大了燃料电池的反应效率。本专利技术的双极板上的对称蛇形结构流场的进气和产物导流道均采用孔型结构，并采用螺纹密封结构，保证了进出口的气密性。本专利技术的双极板上的对称蛇形结构流场通过在流场外围设置一圈密封槽，能够有效的防止由于双极板加工误差带来的气体泄漏。附图说明附图1是本专利技术的基于对称蛇形结构流场的质子交换膜燃料电池双极板的平面结构图；附图2是本专利技术的基于对称蛇形结构流场的质子交换膜燃料电池双极板的三维结构图；附图3是采用本专利技术的基于对称蛇形结构流场的质子交换膜燃料电池双极板的电池电化学性能曲线。其中：1—气体流场；2—反应气体进口；3—脊；4—直线型流道；5—调头过渡段；51—扩放过渡段；52—线型过渡段；53—缩放过渡段；6—排出段流道；7—内圆角；8—外圆角；9—螺纹密封导流孔；10—生成产物出口；11—螺栓孔；12—温度探测孔；13—定位孔；14—密封槽。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1-2所示：一种基于对称蛇形结构流场的质子交换膜燃料电池双极板，包括气体流场1，该气体流场1呈对称蛇形分布设置，该气体流场1的反应气体进口2和生成产物出口10分别位于气体流场1的其中一条对角线的两端且呈对角分布，位于反应气体进口2和生成产物出口10的连线上的脊3将自反应气体进口2开始的流道分为两部分对称设置的蛇形流道。其中蛇形流道包括直线型流道4、调头过渡段5和排出段流道6，所述的直线型流道4全部平行于脊3设置，初始的直线型流道4的起始端为反应气体进口2、尾部的直线型流道4的末端连通排出段流道6的起始端，初始的直线型流道4的末端、尾部的直线型流道4的起始端以及初始的直线型流道4和尾部的直线型流道4之间的直线型流道4皆通过调头过渡段5连通，直线型流道4之间皆采用脊3隔开。进一步的说，调头过渡段5包括依序连通的扩放过渡段51、线型过渡段52、缩放过渡段53，所述线型过渡段52的宽度小于直线型流道4的宽度，扩放过渡段51的进口端宽度等于直线型流道4的宽度、出口端宽度等于线型过渡段52的宽度且扩放过渡段51的宽度最大处大于直线型流道4的宽度，缩放过渡段53的进口端宽度等于线型过渡段52的宽度、缩放过渡段53的出口端宽度等于直线型流道4的宽度且缩放过渡段53的宽度最大处小于直线型流道4的宽度；调头过渡本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于对称蛇形结构流场的质子交换膜燃料电池双极板，包括气体流场(1)，其特征在于：所述的气体流场(1)呈对称蛇形分布设置，该气体流场(1)的反应气体进口(2)和生成产物出口(10)分别位于气体流场(1)的其中一条对角线的两端且呈对角分布，位于反应气体进口(2)和生成产物出口(10)的连线上的脊(3)将自反应气体进口(2)开始的流道分为两部分对称设置的蛇形流道。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于对称蛇形结构流场的质子交换膜燃料电池双极板，包括气体流场(1)，其特征在于：所述的气体流场(1)呈对称蛇形分布设置，该气体流场(1)的反应气体进口(2)和生成产物出口(10)分别位于气体流场(1)的其中一条对角线的两端且呈对角分布，位于反应气体进口(2)和生成产物出口(10)的连线上的脊(3)将自反应气体进口(2)开始的流道分为两部分对称设置的蛇形流道。
2.根据权利要求1所述的基于对称蛇形结构流场的质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于：所述的蛇形流道包括直线型流道(4)、调头过渡段(5)和排出段流道(6)，所述的直线型流道(4)全部平行于脊(3)设置，初始的直线型流道(4)的起始端为反应气体进口(2)、尾部的直线型流道(4)的末端连通排出段流道(6)的起始端，初始的直线型流道(4)的末端、尾部的直线型流道(4)的起始端以及初始的直线型流道(4)和尾部的直线型流道(4)之间的直线型流道(4)皆通过调头过渡段(5)连通。
3.根据权利要求2所述的基于对称蛇形结构流场的质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于：所述的直线型流道(4)之间皆采用脊(3)隔开。
4.根据权利要求2所述的基于对称蛇形结构流场的质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于：所述的调头过渡段(5)包括依序连通的扩放过渡段(51)、线型过渡段(52)、缩放过渡段(53)，所述线型过渡段(52)的宽度小于直线型流道(4)的宽度，扩放过渡段(51)的进口端宽度等于直线型流道(4)的宽度、出口端宽度等于线型过渡段(52)的宽度且扩放过渡段(51)的宽度最大处大于直线型流道(4)的宽度，缩放过渡段(53)的进口端宽度等于线型过渡段(52)的宽度、缩放过渡段(53)的出口端宽度等于直线型流道(4)的宽度且缩放过渡段...
【专利技术属性】
技术研发人员：谈金祝，李洋，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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