燃料电池双极板流场制造技术

本发明专利技术公开了一种燃料电池双极板流场，具有极板基体、极板基体侧壁设置有若干平行间隔设置的脊背和若干形成在相邻两脊背之间且平行间隔设置的流道，流道分为等径流道和变径流道，可由脊背上的径向凹槽连通。进入变径流道的气体在经过收缩段时由于流道变窄，导致压力变大，与等径流道形成压力差，此时气体经由径向凹槽进入相邻的等径流道，促进了气体径向上的流动，强化传质。沿径向凹槽流动的气体可以带走反应水，加快反应水的排出。在脊背上开设了径向凹槽可使得相邻流道上的气体可以通过径向凹槽传输，实现气体的二次分配，使各流道内的气量逐渐趋于一致，从而有效提高燃料电池性能和单片一致性。性能和单片一致性。性能和单片一致性。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池双极板流场


[0001]本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种燃料电池双极板流场。

技术介绍

[0002]随着环境污染加剧，人们亟需寻找一种清洁能源来代替目前主流的化石能源。其中，燃料电池因其具有能量密度高、无任何污染产物排放、燃料可再生等优点，成为清洁能源的重要发展方向之一，未来具有极广阔的应用的前景。燃料电池一般以纯氢为燃料，以空气或氧气为氧化剂，通过氧化还原反应将化学能转换为电能，从而驱动用电设备。燃料电池的核心零部件主要为膜电极和双极板，其中膜电极是气体反应的场所，气体传输、反应水传输则在双极板上进行。配气不均会引起燃料电池的性能下降，甚至出现因欠气而导致的膜电极局部烧穿、反极等现象，给燃料电池带来极大损坏。此外，燃料电池在工作运行时会产生反应水，如果不能将反应水及时排出，那么反应水就会在燃料电池内部汇集形成“水淹”，这些没有及时排出的反应水覆盖催化剂，导致气体无法到达催化剂表面参与反应，使得燃料电池出现性能下降甚至无法稳定运行。因此，气体的均匀分配以及反应水及时排出对燃料电池效率提升有着极为重要的影响。
[0003]双极板又称流场板，流场加工于双极板上，流场结构决定气体和反应水的流动状态，因此，合理的双极板流场设计对燃料电池的传质和排水有着至关重要的影响。目前，双极板流场常用结构主要有平行流场、蛇形流场、交指流场和点状流场等。其中，平行流场又有直流场、波浪形流场等类型，此类流场加工相对简单，反应水在流道中流动时压力损失小，但容易引起流场内流体分布均匀性差，不利于反应水的排出，严重时会出现水淹现象。蛇形流场一般流道距离长，进出口压降大，流速快，便于反应水的排出，但沿气体流动方向气体浓度下降很快，浓度梯度较大，很容易造成气体分布不均匀，温度梯度较大。交指流场一端封闭，流道内部气压较大，便于气体向扩散层扩散，有利于提高气体利用率和功率密度，由于气体被迫强制对流，产生的反应水易于流出，但压力过大容易破坏双极板结构，不利于燃料电池的长期使用。点状流场的气体倾向于从压降较小的路径流出，造成气体分布不均匀，容易发生水淹现象，造成燃料电池性能下降。
[0004]中国专利CN 213401255 U公布了一种质子交换膜燃料电池双极板仿生自输运排水流场，该流场借鉴猪笼草口缘区表面的水自搬运机理，在流道底部设计了许多输运块，反应水在输运块作用下沿着气体流动方向运动，实现了自发性的主动排水。这种设计可以有效将燃料电池反应水排出，尤其是在小功率、小气量的情况下效果更为明显，从而极大减缓了燃料电池“水淹”的风险。但是，这种流场设计必须采用增材制造才能实现，不利于大规模生产。中国专利CN 110783596 A公布了一种极板流场结构，该流场在脊顶面开设凹槽，凹槽与相邻的流道相通，脊与气体扩散层接触面积累的反应水可以通过凹槽排出，流道内的气体也可通过凹槽进入气体扩散层，从而强化传质。但是，由于凹槽两侧流道的结构相同，气体压力也相同，气体沿凹槽水平方向运动的驱动力较小，强化传质和排水的效果并不明显。此外，气体进入流道后，由于尺寸等差异存在，各流道之间的气量往往不能完全分配均匀，
这会对燃料电池的性能和单片一致性带来不良影响。因此，通过合理的极板流场设计来改善燃料电池的配气和排水问题成为燃料电池领域的研究重点。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术的燃料电池双极板流场存在气体分布不均匀、传质能力较弱以及排水能力较差的技术问题，提供一种燃料电池双极板流场，所述燃料电池双极板流场具有：
[0006]一极板基体；
[0007]若干平行间隔设置的脊背，设置在所述基体的一侧壁，所述脊背上有间隔设置的若干径向贯通的径向凹槽；
[0008]若干平行间隔设置的流道，分别形成在相邻两脊背之间，其特征在于所述流道分为若干等径流道和若干变径流道，所述等径流道和所述变径流道相互间隔设置且由所述脊背上的径向凹槽连通。
[0009]较佳地是，所述变径流道在流向上具有相互间隔设置的若干收缩段和若干非收缩段，所述收缩段和所述非收缩段在留向上连通，所述收缩段与所述径向凹槽在径向上位置对应。
[0010]较佳地是，所述基体的一侧壁设有：
[0011]将气体输入到所述流道的进口道，所述进口道与所述若干等径流道和所述若干变径流道的入口连通；
[0012]将气体和反应水从所述流道输出的出口道，所述出口道与所述若干等径流道和所述若干变径流道的出口连通。
[0013]较佳地是，所述变径流道从上游至下游依次具有上游端、中心部和下游端，所述收缩段的内径从上游端至中心部逐渐变小，从所述中心部至所述下游端逐渐变大。
[0014]较佳地是，所述变径流道的上游端和下游端的内径与所述等径流道的内径一致。
[0015]较佳地是，所述收缩段的中心部与所述径向凹槽的中心线位于同一直线上。
[0016]较佳地是，所述等径流道的内径：所述脊背的宽度为100：60～120，优选100：85。
[0017]较佳地是，所述等径流道的内径：所述变径流道的所述非收缩段的内径：所述变径流道的所述收缩段的所述中心部的内径为100：100：60～80，优选100：100：70。
[0018]较佳地是，所述所述等径流道的内径：所述变径流道的深度：所述等径流道的深度为100：35～85：35～85，优选100：64：64。
[0019]较佳地是，所述所述等径流道的内径：所述径向凹槽的宽度：所述径向凹槽的深度为100：12.5～50：12.5～50，优选100：28：14。
[0020]本专利技术的积极进步效果在于：
[0021]1)本专利技术的燃料电池双极板流场通过相互间隔设置地若干等径流道和若干变径流道，且在脊背上设置中心线与变径流道收缩段的中心部位于同一直线上且可连通等径流道和变径流道的径向凹槽，使气体在经过变径流道的收缩段时，压力增大，而与之相邻的非收缩口流道内气体的压力不变，形成压力差。当气体到达变径流道的中心部时，由于压力差，变径流道内的气体由径向凹槽进入到等径流道，一方面可以促进流道间气体的流动，强化传质，使更多的气体进入气体扩散层，另一方面，沿径向凹槽流动的气体可以带走积累在
气体扩散层的反应水，加快反应水的排出。
[0022]2)本专利技术的燃料电池双极板流场通过在脊背上设置径向凹槽使得各流道间的气体可以流通，相当于是气体的二次分配，通过这种二次分配使各个流道间的气体逐渐趋于一致，从而有效提升燃料电池的性能和单片一致性。
[0023]3)本专利技术的燃料电池极板流场结构，具有强化传质、排水性好以及气体分配均匀等优点，适用于金属、石墨等多种双极板基材，同时适用于机加工、模压、冲压等多种双极板制造工艺，适合工业化大规模应用。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的燃料电池双极板流场的立体结构示意图；
[0025]图2为本专利技术的燃料电池双极板流场的侧面结构示意图；
[0026]图3为本专利技术的燃料电池双极板流场的流道结构示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池双极板流场，所述燃料电池双极板流场具有：一极板基体；若干平行间隔设置的脊背，设置在所述基体的一侧壁，所述脊背上有间隔设置的若干径向贯通的径向凹槽；若干平行间隔设置的流道，分别形成在相邻两脊背之间，其特征在于所述流道分为若干等径流道和若干变径流道，所述等径流道和所述变径流道相互间隔设置且由所述脊背上的径向凹槽连通。2.如权利要求1所述的燃料电池双极板流场，其特征在于所述变径流道在流向上具有相互间隔设置的若干收缩段和若干非收缩段，所述收缩段和所述非收缩段在流向上连通，所述收缩段与所述径向凹槽在径向上位置对应。3.如权利要求1所述的燃料电池双极板流场，其特征在于所述基体的一侧壁设有：将气体输入到所述流道的进口道，所述进口道与所述若干等径流道和所述若干变径流道的入口连通；将气体和反应水从所述流道输出的出口道，所述出口道与所述若干等径流道和所述若干变径流道的出口连通。4.如权利要求2所述的燃料电池双极板流场，其特征在于所述变径流道的所述收缩段从上游至下游依次具有上游端、中心部和下游端，所述收缩段的内径从上游端至中心部逐渐变小，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小磊，向德成，赵景辉，
申请(专利权)人：氢通上海新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：