[发明专利]一种啮合式超薄金属双极板及其三维流场

说明书

一种燃料电池用啮合式超薄金属双极板，包括两块金属单极板（1），金属单极板上具有多条下凹的流道（2），流道作为流场槽，相邻流道之间的部分为流场脊，流道沿宽度方向的截面为梯形、沿长度方向的截面为波浪形，一个单极板的流场脊插入到另一单极板的流场槽内，两块金属单极板在波浪形的波谷处啮合。该金属双极板通过“梯形波浪”的流场设计，一方面可以实现燃料气体的三维传输，另一方面通过“梯形波浪”流场的“波谷”处实现两个单极板之间的啮合式结合，第三利用波浪形流场的“波峰”处可在双极板的中空部分形成冷却液的流场。通过本啮合式金属双极板的设计，可以进一步减薄双极板的厚度，实现超薄金属双极板的设计成型，且同时保留冷却液或冷却气体的流场。

技术领域

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池用金属双极板和流场设计技术领域，具体涉及一种燃料电池用啮合式金属双极板及其三维流场。

背景技术

当前，空气污染已经日趋恶化，环境问题已经被国家日益重视。在汽车方面，国际上许多国家都已制定传统燃油车退出历史舞台的时间表，从而新能源汽车已成为国家的发展战略之一。以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池可以直接将氢气中的化学能转换为电能，在此过程中仅排出水，是一种氢能利用的绿色发电装置，可用于电动汽车的驱动电源，且国际上该车用燃料电池技术已经产业化。

双极板是车用燃料电池的关键部件之一，由于轿车的空间限制，对车用燃料电池的体积功率密度要求较高，这就要求双极板的厚度很薄从而在保持同样的输出功率情况下，尽可能降低车用燃料电池的体积，即提高车用燃料电池的体积功率密度。而在双极板厚度减薄的情况下，传统石墨双极板或复合双极板由于机械性能、气体透过率等因素而无法应用，需要使用金属材料制备双极板。在已有金属双极板设计中，流场槽是基于矩形截面设计，将两个矩形截面设计的金属单极板以“咬合”的形式组合，制备一个金属双极板，而两个单极板的脊部分在双极板的中间形成中空部分，从而形成冷却液或冷却气体的流场。而这种矩形截面的流场如果采用“啮合”的形式组装，则将封闭中空的冷却用流场，造成燃料电池无法冷却。为进一步提高车用燃料电池的体积功率密度，需要通过改进金属双极板的流场设计，优化流场的同时降低金属双极板的厚度达到保持车用燃料电池的输出功率的同时降低燃料电池的体积，从而实现提高车用燃料电池体积功率密度的目的。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种燃料电池用啮合式金属双极板，通过对该金属双极板的三维流场设计，可有效减少金属双极板的厚度、保持输出功率的同时降低车用燃料电池的体积，从而实现提高车用燃料电池的体积功率密度的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种啮合式超薄金属双极板，包括两块金属单极板，金属单极板上具有多条下凹的流道，流道作为流场槽，相邻流道之间的部分为流场脊，流道沿宽度方向的截面为梯形、沿长度方向的截面为波浪形，两块金属单极板的流场槽和流场脊互为交替，即一个单极板的流场脊插入到另一个单极板的流场槽内，两块金属单极板在“波浪形”的“波谷”处啮合。

所述梯形的下底是流道的上部，梯形的上底是流道的下部，通过改变梯形上底和下底的长度来控制流场的脊槽比。

波浪形的方程为正弦函数或者余弦函数。

流场槽梯形截面的上底和下底分别与流场脊的上底和下底相同。

本发明具有的技术效果：