[发明专利]一种主动排水叶脉状交指型流场燃料电池双极板

说明书

本发明涉及一种主动排水叶脉状交指型流场燃料电池双极板，包括双极板本体，所述双极板本体上设置有交指型流场，所述交指型流场呈圆形或正多边形，以流场中心点为圆心，所述交指型流场包括平均分成n等份的局部流场，n≥2，所述局部流场包括反应气进口、反应气出口、叶脉状进气流道和蛇形出气及排水流道，所述反应气进口设置于叶脉状进气流道外端，所述反应气出口设置于蛇形出气及排水流道外端。通过采用上述技术方案，使电池整体传质更加均匀，同时主动排水流道的设计能促进出气流道中中液态水的排除，从而使反应产生的液态水更容易往出气流道扩散，进一步减少了液态水在进气口末端滞留的现象。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池双极板，特别涉及一种主动排水叶脉状交指型流场燃料电池双极板。

背景技术

质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC）因其具有能量转化率高、无污染、启动快等优点而具有可观的市场应用前景。与热机相比，燃料电池的化学能直接转化成电能，不需要初步转化成热能。因此，转化不受卡诺循环的限制，理论上可以实现 90% 转化的高效率。

燃料电池的核心是膜电极和双极板。膜电极是电化学反应的场所；双极板提供气体分配和收集电流，为了完成气体分配和收集电流这两项任务，双极板通常是导电的，其表面有凹凸两个部分，其中凸出部分(收集电流脊梁)用来与电极接触，收集电流；凹下部分(流场)为气体向电极表面传递提供通道，双极板的这一含有凹凸结构的部分称流场。

实际上，燃料电池的产能效率很大程度上取决于双极板流场的结构，优质的流场结构可以改善反应物和生成物的流动状态，使电极各处都能及时得到反应物，并且能及时排除冷却水，提高燃料电池的发电效率。

常见的质子交换膜燃料电池双极板的流场有平行流场，蛇型流场和交指型流场。平行流场的一个显著优点在于气体进口和出口之间的总压降较低，但当流场的宽度相对较大时，每个流场中的流体分布会出现不均匀的现象，这就会引起部分区域的水的堆积，导致传输耗损的增加，从而降低了电流密度。

蛇型流场的优点在于排水能力，单一流动路径能推动液态水的排出。但在大面积的流场中，蛇型流场的压降很大，且气体浓度分布不均匀。

交指型流场的设计促进了反应气体在扩散层中的强制对流，其水管理的效果远优于平行流场和蛇型流场，但气体扩散层中的强制对流导致很大的压降损耗。

叶脉状结构在大自然广泛的存在，是自然长期进化的产物，因此在传质运输方面有很多优异的特性，随着仿生学的发展，越来越多的研究者将其应用于科学研究。

当前的现有技术中,由于传统交指型流场压降大，当电池输出工作时，有效面积内反应物分布的不均匀性使得区域内电化学反应并不充分，导致反应物和电机的利用率降低，从而会影响电流输出的稳定性，同时在交指型的流场中，流道的末端是不通的，气体被迫通过收集电流脊骨底下的扩散层进入相邻流道，这种流场的主要缺点是电池出口部分由于电池生成水的积累，液态水较多容易导致电池水淹，影响电池性能。

发明内容

综上所述，为克服现有技术的不足，本发明提供一种更均匀地分配反应气体到各分支流道，更有利于电池的热管理，能提升电池性能的主动排水叶脉状交指型流场燃料电池双极板。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种主动排水叶脉状交指型流场燃料电池双极板，包括双极板本体，所述双极板本体上设置有交指型流场，所述交指型流场呈圆形或正多边形，以流场中心点为圆心，所述交指型流场包括平均分成n等份的局部流场，n≥2，所述局部流场包括反应气进口、反应气出口、排水气体入口、叶脉状进气流道和蛇形出气及排水流道，所述反应气进口设置于叶脉状进气流道外端，所述反应气出口设置于蛇形出气及排水流道内端，所述排水气体入口设置于蛇形出气及排水流道外端。