蚊香型流场分布结构的双极板制造技术

一种蚊香型流场分布结构的双极板，包括双极板本体，所述双极板本体设有燃料及氧化剂气体进口和尾气出口，所述双极板本体呈圆柱体，所述圆柱体的表面设有环形流道，所述环形流道包括从圆心到外圈设置的多层相互隔离的环形流道单元，所述燃料及氧化剂气体进口与各个环形流道单元的进口连通，各个环形流道单元的出口与所述尾气出口连通，所述燃料及氧化剂气体进口和尾气出口呈径向设置。本发明专利技术提供一种分配均匀、有效提升电池性能的蚊香型流场分布结构的双极板。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及质子交换膜燃料电池
，尤其是一种双极板。
技术介绍
料电池是将化学能直接转化成电能的装置，不受卡诺循环的限制，能量转换率高， 对环境无污染，被认为是未来的清洁能源。一个质子交换膜燃料电池(PEMFC)本体由若干 个电池单体组成，一个电池单体主要由膜电极(阴极、质子交换膜和阳极)和双极板组成。 双极板是将PEMFC单电池串联起来组成电池堆的关键部件之一，因此双极板的流道结构是 否合理直接影响电池寿命与性能，是燃料电池中不可忽视的问题。合理的流场板设计应满 足如下要求(1)能均勻分配电池发电所需的燃料与氧化剂，以保证电流密度分布均勻，从 而避免局部过热；(2)能使反应生成的水在反应尾气吹扫和夹带下顺利排出。目前，基本流道类型主要包括蛇形流道、直通型流道、平行蛇形流道、交指流道、螺 旋流道和网格流道等。以上各种流道类型都存在着各自的缺点，但对燃料电池性能影响较 大的缺点主要有流道过长会造成较大的反应气体浓度差，不利于水分的排出，尤其是单流 道结构，反应气体的进口压降过大，严重影响电池的性能；流道结构的不合理容易造成反应 气体在各个流道中的不均勻分配；反应气体进口与出口的布置不合理，较难实现水平衡管 理。
技术实现思路
为了克服已有双极板流场结构的分配不均勻、制约电池性能的不足，本专利技术提供 一种分配均勻、有效提升电池性能的蚊香型流场分布结构的双极板。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种蚊香型流场分布结构的双极板，包括双极板本体，所述双极板本体设有燃料 及氧化剂气体进口和尾气出口，所述双极板本体呈圆柱体，所述圆柱体的表面设有环形流 道，所述环形流道包括从圆心到外圈设置的多层相互隔离的环形流道单元，所述燃料及氧 化剂气体进口与各个环形流道单元的进口连通，各个环形流道单元的出口与所述尾气出口 连通，所述燃料及氧化剂气体进口和尾气出口呈径向设置。进一步，所述燃料及氧化剂气体进口和尾气出口之间设有隔板。再进一步，所述燃料及氧化剂气体进口和尾气出口位于所述圆柱体的同一根直径 上；该结构能够实现均勻的分配。所述氧化剂气体进口和尾气出口有至少两个以上，氧化剂气体进口和尾气出口交 替设置且等间隔设置在圆周上，适用于大型燃料电池。优选的，在所述圆柱体的同一根直径上设置所述燃料及氧化剂气体进口和尾气出 口，该节能能够实现更加均勻的分配。本专利技术的技术构思为在外型上，突破传统的模式，采用圆柱体代替长方体，使得 燃料电池中反应区的面积增大，提高反应气体的利用率。采用同心圆所构成的环形流道结构，各个流道的尺寸由外而内逐渐缩小，正符合 反应气体的浓度从入口往圆心逐渐递减的规律，反应更加均勻，提高电池输出性能的稳定 性。环形流道与其他流道相比，不存在拐角，因此反应气体与流道的接触电阻小，从而 反应气体的进口压降也小。为了使质子交换膜燃料电池处于高性能的工作状态，必须始终保持其中质子交换 膜处于湿化不失水的状态。本专利采用反应气体进口与出口相邻的方式，两流道中的气流 相对逆向行走，可以利用反应生成的水对反应气体进口处的气体进行自增湿，从而避免了 额外的外部增湿装置。本专利技术的有益效果为具有气流通畅，分布均勻，利用率高，性能稳定，反应气体进 口压降小，接触电阻低以及具有自增湿的效果。除此之外，本专利的结构可以根据双极板的 大小进行调整，适用范围更广。附图说明图1为一种蚊香型流场分布结构的双极板的结构图。图2为另一种蚊香型流场分布结构的双极板的结构图。图3是再一种蚊香型流场分布结构的双极板的结构图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。参照图1 图3，一种蚊香型流场分布结构的双极板，包括双极板本体1，所述双极 板本体1设有燃料及氧化剂气体进口 3和尾气出口 4，所述双极板本体1呈圆柱体，所述圆 柱体的表面设有环形流道，所述环形流道包括从圆心到外圈设置的多层相互隔离的环形流 道单元2，所述燃料及氧化剂气体进口 3与各个环形流道单元2的进口连通，各个环形流道 单元2的出口与所述尾气出口 4连通，所述燃料及氧化剂气体进口 3和尾气出口 4呈径向 设置。所述燃料及氧化剂气体进口和尾气出口之间设有隔板。或者是所述燃料及氧化剂气体进口和尾气出口位于所述圆柱体的同一根直径 上；该结构能够实现均勻的分配。所述氧化剂气体进口和尾气出口有至少两个以上，氧化剂气体进口和尾气出口交 替设置且等间隔设置在圆周上，适用于大型燃料电池。优选的，在所述圆柱体的同一根直径上设置所述燃料及氧化剂气体进口和尾气出 口，该节能能够实现更加均勻的分配。如图1所示，蚊香型流场分布结构的双极板包括双极板本体1、燃料及氧化剂气 体的进口 3、环形流道2、冷却流体(通常是水)及尾气出口 4。所述的燃料及氧化剂气体的 进口 3与冷却流体及尾气的出口 4相邻而设，反应气体从燃料及氧化剂气体的进口 3进入 环形流道单元2，按顺时针方向，经过反应和消耗后的尾气从冷却流体及尾气的出口 4排出 双极板外或是直接接到燃料及氧化剂气体的进口 3，与新的燃料及氧化剂气体一起进入流 道参加反应，实现循环利用，并且由于反应气体进出口相邻，各自流道中的气体相对逆向行走，使得反应所生成的水对刚进入流道的反应气体进行增湿，如果参数设置得当，有望真正 实现零排放。若是针对微型燃料电池，双极板尺寸较小，可采用单进单出的方式，如图1。所示。若是针对大型燃料电池堆，双极板尺寸较大，此时环形流道较长，可在环形流道圆 周方向均勻增添反应气体的进出口，以保证燃料电池能稳定工作。如图2、3所示。权利要求1.一种蚊香型流场分布结构的双极板，包括双极板本体，所述双极板本体设有燃料及 氧化剂气体进口和尾气出口，其特征在于所述双极板本体呈圆柱体，所述圆柱体的表面设 有环形流道，所述环形流道包括从圆心到外圈设置的多层相互隔离的环形流道单元，所述 燃料及氧化剂气体进口与各个环形流道单元的进口连通，各个环形流道单元的出口与所述 尾气出口连通，所述燃料及氧化剂气体进口和尾气出口呈径向设置。2.如权利要求1所述的蚊香型流场分布结构的双极板，其特征在于所述燃料及氧化 剂气体进口和尾气出口之间设有隔板。3.如权利要求1所述的蚊香型流场分布结构的双极板，其特征在于所述燃料及氧化 剂气体进口和尾气出口位于所述圆柱体的同一根直径上。4.如权利要求1所述的蚊香型流场分布结构的双极板，其特征在于所述氧化剂气体 进口和尾气出口有至少两个以上，氧化剂气体进口和尾气出口交替设置且等间隔设置在圆 周上。5.如权利要求4所述的蚊香型流场分布结构的双极板，其特征在于在所述圆柱体的 同一根直径上设置所述燃料及氧化剂气体进口和尾气出口。全文摘要一种蚊香型流场分布结构的双极板，包括双极板本体，所述双极板本体设有燃料及氧化剂气体进口和尾气出口，所述双极板本体呈圆柱体，所述圆柱体的表面设有环形流道，所述环形流道包括从圆心到外圈设置的多层相互隔离的环形流道单元，所述燃料及氧化剂气体进口与各个环形流道单元的进口连通，各个环形流道单元的出口与所述尾气出口连通，所述燃料及氧化剂气体进口和尾气出口呈径向设置。本专利技术提供一种分配均匀、有效提升电池性能的蚊香型流场分布结构的双极板。文档编号H01M4/86GK102104150SQ20111002166公开日201本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种蚊香型流场分布结构的双极板，包括双极板本体，所述双极板本体设有燃料及氧化剂气体进口和尾气出口，其特征在于：所述双极板本体呈圆柱体，所述圆柱体的表面设有环形流道，所述环形流道包括从圆心到外圈设置的多层相互隔离的环形流道单元，所述燃料及氧化剂气体进口与各个环形流道单元的进口连通，各个环形流道单元的出口与所述尾气出口连通，所述燃料及氧化剂气体进口和尾气出口呈径向设置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁聪达，文东辉，姜少飞，王晶晶，柴国钟，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：86