本发明专利技术公开了一种基于雪花结构的仿生学质子交换膜燃料电池，包括双极板，双极板包括上的流场由4个流道模块组合而成，每个流道模块包括具有进口和出口的蛇形通道，4个流道模块上的蛇形通道依次串接以构成仿生流道，流道满铺于双极板，进而首位的流道模块上的蛇形通道的进口形成流道入口，末位的流道模块上的蛇形通道的出口形成流道出口。本装置的仿生流道压降良好，能够使气体分布均匀，改善了流道的流动通畅性，利于排出液态水。利于排出液态水。利于排出液态水。
【技术实现步骤摘要】
一种基于雪花结构的仿生学质子交换膜燃料电池
[0001]本专利技术涉及质子交换膜燃料电池的
，特别涉及一种基于雪花结构的仿生学质子交换膜燃料电池。
技术介绍
[0002]目前，常用的质子交换膜燃料电池的流场分为平行流场和蛇形流场等，其中，平行流场的显著优点在于气体进出口之间的压力降较比较小，减少了泵能损伤，但由于其流场宽度较大，每个流道中的流体分布会出现不均匀现象，从而导致液态水堆积、传输损耗增加和电极中心区气体反应物供应不足以及电流密度降低，影响电池性能；而蛇形流场的优点在于排水能力，单一流动路径能够促进液态水的排出，但在大面积的流场中，蛇形流场的压力降很大，由于流道过长会因过大的压力降造成泵能损失，并使得气体反应物分布均匀性下降，导致降低燃料电池性能。
[0003]因此，如何在保证流场的排水能力的基础上降低流场的压降，是本领域技术人员函待解决的技术问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种基于雪花结构的仿生学质子交换膜燃料电池，流道压降良好，能够使气体分布均匀，改善了流道的流动通畅性，利于排出液态水。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于雪花结构的仿生学质子交换膜燃料电池，包括双极板，所述双极板上的流场划分为4个流道模块，每个所述流道模块包括具有进口和出口的蛇形通道，4个流道模块上的蛇形通道依次串接以构成仿生流道，所述流道满铺于双极板，进而首位的流道模块上的蛇形通道的进口形成流道入口，末位的流道模块上的蛇形通道的出口形成流道出口。
[0006]进一步，所述蛇形通道的横截面为方形。
[0007]进一步，所述仿生流道的任一横截面的宽度为2mm，深度为1mm。
[0008]进一步，所述仿生流道的深度自流道入口至流道出口逐渐变大。
[0009]进一步，每个所述流道模块均为直角三角形区域，且4个所述流道模块的直角边相互拼接以构成方形的流场。
[0010]进一步，所述双极板上设有沿其边沿延伸一圈的第一隔板，所述双极板的中部设有十字交叉隔板，所述十字交叉隔板用于将第一隔板内的区域分隔为4个直角三角形区域。
[0011]进一步，所述第一隔板的内侧设有多个间隔均匀的第一挡块，所述十字交叉隔板设有多个间隔均匀的第二挡块，位于同一个直角三角形区域的第一挡块和第二挡块相互平行交错，进而使每个所述直角三角形区域内的第一挡块和第二挡块之间的间隙构成蛇形通道。
[0012]进一步，在同一个直角三角形区域内，所述第一挡块从第一隔板延伸的末端端面与十字交叉隔板平行，且上述每个第一挡块的末端端面与十字交叉隔板在上述延伸方向上
的间隔距离相同；
[0013]在同一个直角三角形区域内，所述第二挡块从十字交叉隔板延伸的末端端面与第一隔板平行，且上述每个第二挡块的末端端面与第一隔板在上述延伸方向上的间隔距离相同。
[0014]进一步，还包括膜电极，所述膜电极由气体扩散层、催化层和质子交换膜组成，所述气体扩散层和所述双极板接触。
[0015]采用本专利技术的基于雪花结构的仿生学质子交换膜燃料电池，具有以下有益效果：
[0016]1、本设计可改善氢气和氧气在双极板流道中的分布均匀性；
[0017]2、参考了水在自然条件下的结晶衍生形状，改善了部分水热特性；
[0018]3、可使氢气和氧气在仿生流道中充分反应，提高了燃料电池效率，同时相对于传统结构流道(例如平行、蛇形等)不过分长，压降情况良好；
[0019]4、通过仿生流道的结构形成强制对流，改善了仿生流道内部的流动通畅性，利于排水。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术实施例所提供的一种基于雪花结构的仿生学质子交换膜燃料电池的爆炸图；
[0022]图2为双极板的轴向视图；
[0023]图3为双极板的俯视图；
[0024]图4为基础边界条件线形图；
[0025]图5为网格无关性验证线形图；
[0026]图6为模拟结果与实验数据对比线形图；
[0027]图7为三种流道极化曲线与功率密度曲线对比线形图；
[0028]图8为蛇形流道极化曲线与极化曲线线形图；
[0029]图9为平行流道极化曲线与功率密度曲线线形图；
[0030]图10为仿生流道极化曲线与功率密度曲线线形图；
[0031]图11为0.7V时三种流道系统压降对比线形图；
[0032]图12为流道压力分布云图；
[0033]图13为0.7V工作电压下反应物质量分数分布云图；
[0034]图14为脊下对流效应效果图；
[0035]图15为0.7V工作电压下水分布云图；
[0036]图16为阴极侧温度分布云图；
[0037]其中：1.阳极板，2.膜电极，3.阴极板，4.第二挡块，5.流道入口， 6.流道出口，7.十字交叉隔板，8.第一挡块，9.第一隔板，10.斜面， 11.直角三角形区域，12.出口，13.进口，14.头端，15.尾端，16.蛇形通道。
具体实施方式
[0038]本专利技术的核心是提供一种基于雪花结构的仿生学质子交换膜燃料电池，以有效便捷的移动加水装置，单人即可操作。
[0039]为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。
[0040]参考现有技术：质子交换膜燃料电池以氢气和氧气作为燃料，将化学能直接转换为电能，是最为绿色环保的能量转换装置之一。氢气和氧气作为质子交换膜燃料电池的反应气体，氢气和氧气在通入气体流道后，反应气体向燃料电池中心扩散进入气体扩散层，进而扩散至催化层进行电化学反应。质子交换膜燃料电池的气体流道及多孔介质的气体扩散层和催化层是燃料反应气体传输的必经之地，影响到整个燃料电池的传质过程，最终影响到燃料电池的燃料利用效率及燃料电池的整体输出性能。
[0041]气体扩散层与燃料电池的极板紧密相连，构成了传质通道，是质子交换膜燃料电池的重要组成部分，气体扩散层的主要作用是支撑催化剂层、稳定电极结构、为电极反应提供气体通道、电子通道和排水通道，极板的主要功能是均匀分配反应气体、实现阴阳极电子传导、及时散热等，燃料电池的水在阴极催化层生成并通过气体扩散层到达流场中，流场的结构形式与水在流场中的流动状态密切相关，若是流场中的水不能够及时的排出，将会出现“水淹现象”，使得电池性能降低，因此优化流道结构使燃料电池中生成物水更快的排出来提高电池的输出性能。
[0042]请参考图1至4，本专利技术公开的一种基于雪花结构的仿生学质子交换膜燃料电池，包括双极板，双极板按电池的电极特性分阳极板1和阴极板3，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于雪花结构的仿生学质子交换膜燃料电池，包括双极板，其特征在于，所述双极板上的流场划分为4个流道模块，每个所述流道模块包括具有进口和出口的蛇形通道，4个流道模块上的蛇形通道依次串接以构成仿生流道，所述流道满铺于双极板，进而首位的流道模块上的蛇形通道的进口形成流道入口，末位的流道模块上的蛇形通道的出口形成流道出口。2.如权利要求1所述的基于雪花结构的仿生学质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述蛇形通道的横截面为方形。3.如权利要求2所述的基于雪花结构的仿生学质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述仿生流道的任一横截面的宽度为2mm，深度为1mm。4.如权利要求1或2所述的基于雪花结构的仿生学质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述仿生流道的深度自流道入口至流道出口逐渐变大。5.如权利要求1所述的基于雪花结构的仿生学质子交换膜燃料电池，其特征在于，每个所述流道模块均为直角三角形区域，且4个所述流道模块的直角边相互拼接以构成方形的流场。6.如权利要求5所述的基于雪花结构的仿生学质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述双极板上设有沿其边沿延伸一圈的第一隔板，...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐轩，
申请(专利权)人：唐轩，
类型：发明
国别省市：
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