[发明专利]一种燃料电池双极板流场结构

说明书

本发明公开了一种新型的具有波浪形结构与脊下流道耦合质子交换膜燃料电池双极板，包括：周期性波纹状结构、脊下结构、出入口、气体分散柱、双极板本体、扩散槽；双极板本体上设有扩散槽；扩散槽两端设有所述出入口；气体分散柱位于出入口内侧，扩散槽内的由一端的气体分散柱至另一端的气体分散柱平行设置有多列所述周期性波纹结构，任意两列周期性波纹结构之间设有脊下结构。本发明既可以明显改善平行流场分流效果，又能够提升质子交换膜燃料电池内部物质传输。相比于传统平行流道，脊下反应物浓度明显增加，生成物浓度明显减少，物质、温度以及电流密度分布更加均匀。有效减小了浓差极化，提高质子交换膜燃料电池整体性能。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池双极板流场结构。

背景技术

在质子交换膜燃料电池流场结构中，主要有对流场整体形式的结构以及通过增加阻块、结构波纹流道结构减少流道体积的方法。

其中，对于流场整体形式的结构，主要有蛇形，交指形，平行等流场。蛇形、交指形等新型流场可以促进质子交换膜燃料电池内物质传输，但是压降大，加工复杂是其主要缺点。平行流场压降小，易于加工，是目前应用最多的流场形式。通过增加阻块，一方面强迫反应气体进入扩散层，另一方面也有助于生成水的排出。这将提高物质传输能力，减小浓差极化的影响，提高质子交换膜燃料电池性能。但是，这种方法会引起巨大的压降差，导致额外的能量消耗产生。

波纹状流场具有周期性结构起伏的波浪结构，也可以产生强制对流，促进质子交换膜燃料电池内物质运输进而提高质子交换膜燃料电池性能，而相对于增加阻块的方法，其引起的压降差较小。然而，增加阻块、结构波纹流道结构仅是使更多的气体由流道进入扩散层，而流道下扩散层内和脊下扩散层内物质传输特性是不一样的。脊下部分反应气体难以进入以及生成的水不易排出。

发明内容

本发明提供一种燃料电池双极板流场结构，以解决上述问题。

本发明包括：周期性波纹状结构、脊下结构、出入口、气体分散柱、双极板本体、扩散槽；双极板本体上设有扩散槽；扩散槽两端设有出入口；气体分散柱位于出入口内侧，扩散槽内的由一端的所述气体分散柱至另一端的气体分散柱平行设置有多列所述周期性波纹结构，任意两列周期性波纹结构之间设有所述脊下结构。

进一步地，周期性波纹状结构为长条状表面有多个重复波浪结构，周期性波纹状结构的长度为1mm-5mm，宽度为0.8mm，流道高度为0.1mm-0.8mm，波浪数为4-18个；周期性波纹状结构靠近出入口的一端距离出入口为2mm。

进一步地，脊下结构由4-18个重复的脊下单元组成，脊下单元位于相邻直流道波浪最低处正下方，脊下单元为位于流道底处交叉相连的结构，脊下单元的长度为1mm-5mm，宽为0.1mm-0.2mm，高为0.1mm-0.2mm，脊下单元连通周期性波纹状结构的波浪最底端。

进一步地，出入口尺寸的长为1-3mm，宽为1-3mm，高为1-1.6mm；出入口内侧有多排气体分散柱,靠近周期性波纹状结构一侧的气体分散柱中心与周期性波纹状结构对齐，气体分散柱半径为0.6mm-0.8mm，高度0.4-0.8mm，每一个气体分散柱圆心横向之间的距离为1-2mm，纵向之间的距离为0.5mm-1.5mm。

进一步地，双极板本体的长为30mm-40mm，宽为20-30mm，高为1.6mm。本发明既可以明显改善平行流场分流效果，又能够提升质子交换膜燃料电池内部物质传输。相比于传统平行流道，脊下反应物浓度明显增加，生成物浓度明显减少，物质、温度以及电流密度分布更加均匀。有效减小了浓差极化，提高质子交换膜燃料电池整体性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。