一种燃料电池的连通流道及制造方法技术

本发明专利技术提供了一种燃料电池的连通流道及制造方法，所述连通流道用于将反应介质输送至反应区，所述连通流道呈波浪型，波浪型的所述连通流道侧壁的内外表面上分别设有相同分布的凸体织构，且所述凸体织构沿流向分布密度梯度递减。本发明专利技术可减缓液态水对侧壁的冲击力，保持其固有形态以减小液态水通过流道的时间，加快对液态水的排除。同时，外侧凸起结构可以增大流场的有效表面积，促进电化学反应效率。促进电化学反应效率。促进电化学反应效率。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池的连通流道及制造方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域或者燃料电池双极板流场
，具体涉及一种燃料电池的连通流道及制造方法。

技术介绍

[0002]至目前，新能源汽车技术已经大力发展，内燃机车市场受到巨大冲击，欧盟议会已经决定在2035年正式禁售燃油车，而我国早已提出将在2030全面禁售燃料车。燃料电池技术作为新能源技术的一种得到了大力发展，质子交换膜燃料电池因为其动力能源可再生、能量密度大、可靠性高、无污染废气排放的优点，成为燃料电池技术的大热门。但由于质子交换膜燃料电池工作工程会产生液态水，大量的液态水如果不及时排除会堵塞流道，阻碍气体参与反应，影响燃料电池的工作性能，所以电池的排水输水问题成为一大难点。
[0003]流道是燃料电池上的关键组件之一，其表面结构更是直接影响了燃料电池的排水性能。流道的结构决定了流场的形状，目前常见的流场有直通道流场、平行通道流场、蛇形单通道流场、蛇形多通道流场、变截面型流场、交指型流场等。波浪型通道作为一种新型流场结构，对促进气体参与反应有着良好作用。但由于波浪流道形状呈现正余弦的波状形态，其对液态水的影响作用很大，不利于产物水的及时排除，其水管理成为目前的研究重点。
[0004]现有技术公开了一种提高燃料电池双极板波浪形流道流场有效面积的流场结构，半月形凸台布于波浪形流道流场两侧的电化学反应弱化区，增加了燃料电池电化学反应有效面积，但其对液态水的排出却没有改善作用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种燃料电池的连通流道及制造方法，所述连通流道呈波浪型，波浪型的所述连通流道侧壁的内外表面上分别设有相同分布的凸体织构，且所述凸体织构沿流向分布密度梯度递减，当波浪型的连通流道内侧遍布这种微结构时，可减缓液态水对侧壁的冲击力，保持其固有形态以减小液态水通过流道的时间，加快对液态水的排除。同时，外侧凸起结构可以增大流场的有效表面积，促进电化学反应效率。
[0006]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0007]一种燃料电池的连通流道，所述连通流道用于将反应介质输送至反应区，所述连通流道呈波浪型，波浪型的所述连通流道侧壁的内外表面上分别设有相同分布的凸体织构，且所述凸体织构沿流向分布密度梯度递减。
[0008]进一步，所述波浪型连通流道包括波峰段和波谷段，交替分布的所述波峰段和波谷段构成波浪型连通流道，所述凸体织构包括第一凸起织构和第二凸起织构，所述第二凸起织构位于所述波峰段的波峰处、波谷段的波谷处和波峰段与波谷段的交界处；所述第一凸起织构位于除波峰段的波峰处、波谷段的波谷处和波峰段与波谷段的交界处的其他连通流道侧壁位置，所述第二凸起织构的凸起高度大于第一凸起织构的凸起高度。
[0009]进一步，所述凸体织构的形状为球体或正方体或圆柱体或正四面体或椭球体。
[0010]进一步，所述连通流道侧壁的凸体织构表面积占连通流道侧壁表面积的70％～80％。
[0011]进一步，所述第二凸起织构的凸起高度为连通流道侧壁高度的10％～20％。
[0012]进一步，所述第一凸起织构的凸起高度为第二凸起织构的凸起高度的0.8～0.9倍。
[0013]进一步，一个所述波峰段和与其相邻的一个波谷段构成了一个周期的波浪连通流道，第一周期的波浪连通流道上按照N
×
M矩形阵列排布若干凸体织构；第i周期的波浪连通流道上按照(N
‑
(i
‑
1))
×
(M
‑
(i
‑
1))矩形阵列排布若干凸体织构。
[0014]进一步，相邻所述第一凸起织构之间的水平间隔为0.3～0.8mm，相邻所述第一凸起织构之间的竖直间隔为0.1～0.3mm。
[0015]进一步，相邻所述第二凸起织构之间的水平间隔为0.3～0.6mm，相邻所述第二凸起织构之间的竖直间隔为0.05～0.2mm；所述凸体织构的凸起高度为0.01～0.1mm。
[0016]一种燃料电池的连通流道的制造方法，利用长脉宽激光分别在连通流道侧壁的内侧和外侧进行激光重熔毛化加工，形成凸体织构；长脉宽激光的加工参数为：功率为450W，脉宽为2ms，扫描速度为2000mm/s，重复次数为10次。
[0017]本专利技术的有益效果在于：
[0018]1.本专利技术所述的燃料电池的连通流道，通过波浪型的所述连通流道侧壁的内外表面上分别设有相同分布的凸体织构，且所述凸体织构沿流向分布密度梯度递减，能够减小液态水从气体扩散层渗透上来时对波浪流道侧壁的冲击力，减小其附着时间，保持其固有形态，能更快的将液态水从流道中排出，有效防止了“水淹”现象的发生。
[0019]2.本专利技术所述的燃料电池的连通流道，连通流道位于燃料电池双极板的流场中，连通流道外部设有凸起织构，分布在连通流道侧壁外部的微凸体织构能够增加流道外部的表面积，进一步增大电流流过所述连通流道表面的表面积，增大流场的电化学反应有效表面积，提高反应速率。
[0020]3.本专利技术所述的燃料电池的连通流道，微凸体织构是递减式分布的，能够降低加工成本。且采用的激光重熔技术，加工过程简单方便。
附图说明
[0021]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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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，显而易见地还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术所述的燃料电池的连通流道的结构示意图。
[0023]图2为本专利技术所述的连通流道的波浪型示意图。
[0024]图3为本专利技术实施例1的波浪型连通流道侧视图。
[0025]图4为本专利技术实施例1的凸体织构放大图。
[0026]图5为本专利技术实施例1的波浪型连通流道侧视图。
[0027]图6为本专利技术实施例1的凸体织构放大图。
[0028]图7为本专利技术实施例1和实施例2与对比例1的排水效果对比图。
[0029]图8为本专利技术实施例1和实施例2与对比例1的压降对比图。
[0030]图9为本专利技术实施例1和实施例2与对比例1的减阻率对比图。
[0031]图10为本专利技术实施例1和实施例2与对比例1的流道底部水相体积分数对比图。
[0032]图11为本专利技术实施例1和实施例2与对比例1的电流密度对比图。
[0033]图中：
[0034]1‑
连通流道；21
‑
第一凸起织构；22
‑
第二凸起织构；T
n
‑
弯道周期；s
Y1
‑
相邻第一凸起织构之间的竖直距离；s
Y2
‑
相邻第二凸起织构之间的竖直距离；s
X1
‑
相邻第一凸起织构之间的水平距离；s
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池的连通流道，所述连通流道用于将反应介质输送至反应区，若干连通流道并排布置，其特征在于，所述连通流道(1)呈波浪型，波浪型的所述连通流道(1)侧壁的内外表面上分别设有相同分布的凸体织构(2)，且所述凸体织构(2)沿流向分布密度梯度递减。2.根据权利要求1所述的燃料电池的连通流道，其特征在于，所述波浪型连通流道(1)包括波峰段和波谷段，交替分布的所述波峰段和波谷段构成波浪型连通流道(1)，所述凸体织构(2)包括第一凸起织构(21)和第二凸起织构(22)，所述第二凸起织构(22)位于所述波峰段的波峰处、波谷段的波谷处和波峰段与波谷段的交界处；所述第一凸起织构(21)位于除波峰段的波峰处、波谷段的波谷处和波峰段与波谷段的交界处的其他连通流道(1)侧壁位置，所述第二凸起织构(22)的凸起高度大于第一凸起织构(21)的凸起高度。3.根据权利要求1所述的燃料电池的连通流道，其特征在于，所述凸体织构(2)的形状为球体或正方体或圆柱体或正四面体或椭球体。4.根据权利要求1所述的燃料电池的连通流道，其特征在于，所述连通流道(1)侧壁的凸体织构(2)表面积占连通流道(1)侧壁表面积的70％～80％。5.根据权利要求2所述的燃料电池的连通流道，其特征在于，所述第二凸起织构(22)的凸起高度为连通流道(1)侧壁高度的10％～20％。6.根据权利要求2所述的燃料电池的连通流道，其特征在于，所述第一凸起织构(21)的凸起高度为第二凸起织构(...

【专利技术属性】
技术研发人员：董非，覃文山，尹必峰，贾和坤，倪捷，许晟，陈鑫，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：