[发明专利]一种箭羽状质子交换膜燃料电池双极板

说明书

本发明提供一种箭羽状质子交换膜燃料电池双极板，包括双极板本体，所述双极板本体的顶部设有进气口和与所述进气口连通的进气通道，所述双极板本体的底部设有出口和与所述出口连通的排出通道，所述双极板本体内设有交指流场，所述交指流场包括多个水平排列且呈竖直设置的箭羽状流道。本发明的流场结构是基于交指流场的改进，具有箭羽状流道。增加了肋下对流通道的数量，提高气体扩散层中反应气体的浓度，提高气体利用率；同时，反应气体在传输过程中，带走气体扩散层中多余的液态水，有效防止发生电池水淹现象。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言是质子交换膜燃料电池双极板，尤其涉及一种箭羽状质子交换膜燃料电池双极板。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转化成电能的装置，是继水利发电、热能发电和原子发电的第四代发电技术，具有清洁、环保、效率高等性能特点。其中质子交换膜燃料电池(PEMFC)以可低温运行、使用寿命长、性能稳定等优点，广泛应用于汽车、船舶等交通运输领域。双极板是燃料电池的主要组成部分，具有收集电子，隔离反应气体的作用，因此也被称为集流板或隔离板。双极板上带有的流场可以决定反应气体在燃料电池内的分布，同时影响反应生成的液态水排出。反应气体分布会影响电化学反应速率，进而影响局部温度；反应气体的不均匀分布会造成局部热点温度，影响电池性能和使用寿命。生成的液态水也会影响电池的性能，如果生成的液态水不能及时排出，会发生电池水淹现象，导致电池性能快速下降。常见的流场结构主要有平行流场、蛇形流场、交指流场、螺旋流场等。但含有这些流场的双极板在性能方面存在一定问题，需要进行优化和新的设计。

1、含有平行流场的双极板。平行流场具有结构简单，加工成本低，压降小等优点，但由于气体流速较低，气体利用率低，无法及时排出液态水，容易造成一条或多条通道阻塞，导致电池性能下降。

2、含有蛇形流场的双极板。蛇形流场具有一条流道，可以有效排出液态水，但也导致其压降过大；由于反应的消耗使出口处浓差损失过大，导致反应气体分布不均匀。

3、含有交指流场的双极板。交指流场是由封闭的流道组成，迫使反应气体通过肋下对流，有利于增加气体扩散层中反应物的浓度，同时有利于排出气体扩散层中的液态水。但由于其封闭的流道导致压降较大；同时气流量较大时会导致膜电极损坏，造成电池永久损伤。

4、含有螺旋流场的双极板。螺旋流场由螺旋流道组成，反应气体通过螺旋流场时产生的离心力作用可以加强反应气体的肋下对流，增强传质。但螺旋流场加工难度大，有效面积小，压降大，因此不适合广泛应用。

发明内容

根据上述技术问题，而提供一种箭羽状质子交换膜燃料电池双极板。

本发明采用的技术手段如下：

一种箭羽状质子交换膜燃料电池双极板，包括双极板本体，所述双极板本体的顶部设有进气口和与所述进气口连通的进气通道，所述双极板本体的底部设有出口和与所述出口连通的排出通道，所述双极板本体内设有交指流场，所述交指流场包括多个水平排列且呈竖直设置的箭羽状流道；

所述箭羽状流道包括竖直设置的进气流道和对称设置在所述进气流道两侧的进气子流道组，所述进气子流道组包括多个由上至下依次排布的进气子流道，且所述进气子流道的一端与所述进气流道连通，且另一端密封；上下相临的两个进气子流道之间的间隙形成排出子流道；所述进气流道的顶部与设置在所述进气通道上的进气分进口连通；

相临两个所述箭羽状流道之间的间隙形成竖直设置的排出流道，且所述排出子流道靠近所述排出流道的一端与所述排出流道连通，远离所述排出流道的一端密封；所述排出流道的底部与所述排出通道连通；所述进气流道的底部和所述排出流道的顶部分别通过封闭挡板密封；

所述箭羽状流道与所述双极板本体的侧壁之间形成流场侧流道，且所述流场侧流道的底部与所述排出通道连通，所述流场侧流道的顶部密封。

优选的，所述进气子流道远离所述进气流道的一端倾斜向下设置。