[实用新型]一种圆形基板的螺旋槽流场双极板结构

说明书

本实用新型公开了一种圆形基板的螺旋槽流场双极板结构，包括覆盖于圆形基板上的径向螺旋槽流道和周向肋条流道。径向螺旋槽流道由两条对数螺旋线围成，沿半径方向由内向外槽宽逐渐变大；径向螺旋槽流道沿圆周方向的两侧设有周向肋条流道，周向肋条流道沿半径方向等距排列，为圆弧矩形结构。径向螺旋槽流道与周向肋条流道相互联通，增加了有效反应面积，使得反应气体均匀分布。该径向螺旋槽流道缩短了气体流动的通道，减少了气体的能量损失；使气体在输送过程中的压力逐渐升高，改善了流道的排水能力，降低了发生水淹的概率。该双极板采用薄壁材料制造，减小了双极板的体积和质量，有利于燃料电池双极板核心部件的制造和商业化。

技术领域

本实用新型涉及质子交换膜燃料电池技术领域，尤其涉及一种圆形基板的螺旋槽流场双极板结构。

背景技术

质子交换膜燃料电池的工作原理为：氢气与空气分别从阳极和阴极注入，氢气通过阳极气体扩散层到达催化剂层，在催化剂作用下变成氢离子和电子。氢离子通过质子交换膜到达阴极，电子经过阳极气体扩散层，双极板和集电片，通过外电路进入阴极，再经过阴极集电片和气体扩散层到达催化剂层，与氧气(来自阴极注入的空气)、氢离子反应生成水。通过化学反应，外电路生成电流，化学能转化为电能。

在反应过程中，双极板起到分隔反应气体、传导电流、引导气体等作用。必然要求双极板具备导电率高，阻气性好，耐腐蚀性好等特点。双极板的研究重点与难点在于双极板材料的选择与制备、双极板流场结构设计和双极板的加工方法等方面，这些难题与相关技术瓶颈的突破是双极板制造与创新的核心内容。其中，合理的流场结构有利于传质的进行，及时散热，促进水的排出以及在流场内的均匀分布，加快化学反应速率，从而为电堆的设计奠定良好的基础。

常见的质子交换膜燃料电池双极板的流场有平行流场，蛇形流场和交指型流场。平行流场制造简单，进出口之间的压降较低，缺点是水的分布不均匀，在流场内部容易造成水的堆积；蛇形流场的优势在于具有良好的排水能力，但是在大面积的流场中，进出口之间的压降很大，增加了损耗的功率；交指型流场能够让反应气体在扩散层中强制对流，加强了流场的排水能力，然而反应物的分布却不均匀，最终影响到电流输出的稳定性。

除了常规的流场，新型流场结构也逐渐发展，如仿生流场，三维流场，径向流场等。仿生流场是采用仿生学原理设计的，可以改善电池的性能，目前存在的问题是双极板制造难度大，成本高。在三维流场中，流体并没有固定的流道，具有三维流场的双极板能够显著提升水管理能力和气体输送效率，但是同样存在加工过程复杂，成本高等问题。另外，现有的径向流场大多基于较厚的双极板，较为笨重，不利于电堆的设计与装配。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种圆形基板的螺旋槽流场双极板结构，以解决上述背景技术中提出的现有双极板流场结构设计行程长，压降低，水分布不均匀，排水能力差，反应物反应面积小且分布不均匀，功率损耗高，电流输出不稳定等问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型包括覆盖于圆形基板上的径向螺旋槽流道和周向肋条流道。在圆形基板的内径处设有气体入口，在外径处设有气体出口；径向螺旋槽流道覆盖在圆形基板上，由两条具有一定高度的螺旋线围成，沿半径方向由内向外槽宽逐渐变大，且两条螺旋线均为对数螺旋线，每个径向螺旋槽与圆形基板内径圆弧围成的面为气体入口，与之对应的径向螺旋槽与外径圆弧围成的面为气体出口；径向螺旋槽的沿圆周方向两侧设有圆弧矩形的周向肋条流道，周向肋条流道的高度与径向螺旋槽流道一致，每两个径向螺旋槽沿圆周方向与多个周向肋条流道连接在一起，多个周向肋条流道沿半径方向等距排列，每个周向肋条流道为圆弧矩形结构，每个周向肋条流道连通与其相邻的两个径向螺旋槽流道。

本实用新型的有益效果是：