技术领域本发明涉及燃料电池技术领域，特指一种改善燃料电池排水性能的阴极流场板仿生结构。
背景技术：
燃料电池的水管理问题一直以来都是困扰其性能提升的主要因素，尤其是对于燃料电池堆在大电流密度下工作时容易发生电池中“水淹”的现象，这种现象严重影响了燃料电池的性能，在这种状态下电池堆中的水管理问题变的更加严重，因此需要采用各种方式来改善燃料电池中的水管理问题以提升燃料的工作性能，如设计不同的流场板流道结构和改进电池中的材料等方法，这些方法虽然在一定程度上起到了缓解电池中“水淹”的程度，但在电池工作状态改变的过程中这些方法已不再适用，所以寻求别的更有效的排水措施变得尤为重要。植物气孔蒸腾产生水分的散失，诱使叶肉组织产生芯吸作用，在叶片形成相对与大气的负压，驱动树液从土壤经过根部和导管运送至叶片是驱动水分向上运输的主要驱动力。植物生长中所需水分的运输依赖于自身的“生物泵”效应，具有将水分从根系垂直传送至距地面100米的叶片内的驱动能力(如加州冷杉，按树等)，“生物泵”长时间高效运转的核心是叶片上的气孔蒸腾作用和叶肉组织的负压诱导作用。为了模仿植物叶片上气孔的蒸腾作用，因此将植物叶片上的这种功能进行改进，并将其应用于燃料电池的水管理中进行仿生设计，所以本专利通过对燃料电池的阴极流场板进行特殊的结构改进设计以及利用具有吸水特性的材料这双重特性，设计出这种仿生结构，使得该设计更加符合生物工程学的原理，这种结构形式可以在很大程度上提高燃料电池的排水速度，这对于防止燃料电池发生“水淹”的现象和提高其工作性能有重要意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供了一种改善燃料电池排水性能的阴极流场板仿生结构，其整体结构紧凑，实用性强，可以广泛应用于多种规格的燃料电池中，并且能有效防止燃料电池中水淹现象的仿生结构设计。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种改善燃料电池排水性能的阴极流场板仿生结构，包括上支撑层、外垫圈、阴极流场板、内垫圈、下支撑层、吸液材料、阴极气体扩散层、垫圈与阴极催化层，外垫圈设于上支撑层与阴极流场板之间，内垫圈设于阴极流场板与吸液材料之间，阴极气体扩散层设于吸液材料与阴极催化层之间，垫圈设于阴极流场板与阴极催化层之间。进一步而言，所述上支撑层上设有若干上支撑层螺栓孔、上支撑层镂空层、若干上支撑层流道肩与上支撑层侧壁气体出口，上支撑层镂空层与吸液材料对应设置，上支撑层镂空层上设有若干上支撑层镂空，若干上支撑层流道肩之间成型设有上支撑层气体流道，上支撑层侧壁气体出口分别与外垫圈、阴极流场板对应设置。进一步而言，所述外垫圈上设有若干外垫圈螺栓孔与外垫圈侧壁气体出口，外垫圈侧壁气体出口与上支撑层侧壁气体出口连通设置。进一步而言，所述阴极流场板上设有若干阴极流场板螺栓孔、阴极流场板定位肩、侧壁气体通道、外部气体流道、若干外部气体流道肩、侧壁孔入口、阴极流场板侧壁气体出口、内部气体流道肩、内部气体流道肩顶面与微孔，阴极流场板定位肩与下支撑层对应设置，阴极流场板侧壁气体出口与上支撑层侧壁气体出口连通设置，外部气体流道设于阴极流场板定位肩与外部气体流道肩之间，外部气体流道肩与吸料材料对应设置，若干外部气体流道肩上部设有阴极流场板沟槽，若干外部气体流道肩下部设有内部气体流道，内部气体流道通过侧壁气体通道连通于上支撑层气体流道。进一步而言，所述上支撑层、外垫圈与阴极流场板通过螺栓固定连接。进一步而言，所述下支撑层上设有下支撑层沟槽与下支撑层镂空，下支撑层沟槽与吸液材料对应设置。进一步而言，所述吸液材料包括液体蒸腾材料、躯干吸液材料与根系吸液材料，根系吸液材料设于躯干吸液材料上，躯干吸液材料设于液体蒸腾材料上，根系吸液材料穿过下支撑层的下支撑层沟槽内。本发明有益效果：本发明采用这样的结构设置，使得该设计更加符合生物工程学的原理，很大程度上提高了燃料电池的排水速率，可以广泛应用于多种规格的燃料电池中，并且能有效防止燃料电池中水淹现象的发生，此外，在不改变燃料电池阴极流场板原有功能的基础上，增加了流场板的额外功能，减少了燃料电池的外加辅助装置，整体结构简单紧凑，节省了成本。附图说明图1是本发明整体结构剖面图；图2是上支撑层结构图；图3是外垫圈结构图；图4是阴极流场板上表面图；图5是阴极流场板下表面图；图6是图5中A部分放大图；图7是阴极流场板平面图；图8是内垫圈结构图；图9是下支撑层结构图；图10吸液材料结构图。1、上支撑层；2、外垫圈；3、阴极流场板；4、内垫圈；5、下支撑层；6、吸液材料；7、阴极气体扩散层；8、垫圈；9、阴极催化层；11、上支撑层螺栓孔；12、上支撑层镂空层；13、上支撑层镂空；14、上支撑层气体流道；15、上支撑层流道肩；16、上支撑层侧壁气体出口；21、外垫圈螺栓孔；22、外垫圈侧壁气体出口；31、阴极流场板螺栓孔；32、阴极流场板定位肩；33、侧壁气体通道；34、外部气体流道；35、阴极流场板沟槽；36、外部气体流道肩；37、内部气体流道；38、侧壁孔入口；39、阴极流场板侧壁气体出口；311、内部气体流道肩；312、内部气体流道肩顶面；313、微孔；51、下支撑层沟槽；52、下支撑层镂空；61、液体蒸腾材料；62、躯干吸液材料；63、根系吸液材料。具体实施方式下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。如图1所示，本发明所述一种改善燃料电池排水性能的阴极流场板仿生结构，包括上支撑层1、外垫圈2、阴极流场板3、内垫圈4、下支撑层5、吸液材料6、阴极气体扩散层7、垫圈8与阴极催化层9，外垫圈2设于上支撑层1与阴极流场板3之间，内垫圈4设于阴极流场板3与吸液材料6之间，阴极气体扩散层7设于吸液材料6与阴极催化层9之间，垫圈8设于阴极流场板3与阴极催化层9之间。以上所述构成本发明基本结构。本发明采用这样的结构设置，使得该设计更加符合生物工程学的原理，很大程度上提高了燃料电池的排水速率，可以广泛应用于多种规格的燃料电池中，并且能有效防止燃料电池中水淹现象的发生，此外，在不改变燃料电池阴极流场板原有功能的基础上，增加了流场板的额外功能，减少了燃料电池的外加辅助装置，整体结构简单紧凑，节省了成本。其中，外垫圈2起到上支撑层1与阴极流场板3之间的密封作用，内垫圈4起到阴极流场板3与吸液材料6之间的密封作用，垫圈8起到阴极流场板3与阴极催化层9之间的密封作用。更具体而言，如图2所示，所述上支撑层1上设有若干上支撑层螺栓孔11、上支撑层镂空层12、若干上支撑层流道肩15与上支撑层侧壁气体出口16，上支撑层镂空层12与吸液材料6对应设置，上支撑层镂空层12上设有若干上支撑层镂空13，若干上支撑层流道肩15之间成型设有上支撑层气体流道14，上支撑层侧壁气体出口16分别与外垫圈2、阴极流场板3对应设置。本发明所述上支撑层镂空层12起到支撑固定吸液材料6的作用，上支撑层镂空13起到通透气体作用，上支撑层气体流道14作为气体流动的通道。更具体而言，如图3所示，所述外垫圈2上设有若干外垫圈螺栓孔21与外垫圈侧壁气体出口22，外垫圈侧壁气体出口22与上支撑层侧壁气体出口16连通设置。外垫圈2具有密封作用，外垫圈侧壁气体出口22与上支撑层侧壁气体出口16连通作为阴极流场板3通道，使其内部的残余气体便于流出。更具体而言，如图4至图8所示，所述阴极流场板3上设有若干阴极流场板螺栓孔31、阴极流场板定位肩32、侧壁气体通道33、外部气体流道34、若干外部气体流道肩36、侧壁孔入口38、阴极流场板侧壁气体出口39、内部气体流道肩311、内部气体流道肩顶面312与微孔313，阴极流场板定位肩32与下支撑层5对应设置，阴极流场板侧壁气体出口39与上支撑层侧壁气体出口16连通设置，外部气体流道34设于阴极流场板定位肩32与外部气体流道肩36之间，外部气体流道肩36与吸料材料6对应设置，若干外部气体流道肩36上部设有阴极流场板沟槽35，若干外部气体流道肩36下部设有内部气体流道37，内部气体流道37通过侧壁气体通道33连通于上支撑层气体流道14。本发明所述阴极流场板定位肩32起到定位支撑下支撑层5的作用，外部气体流道34与内部气体流道37分别起到传输气体作用，外部气体流道肩36起到支撑下支撑层5以及固定吸液材料6的作用，阴极流场板沟槽35与微孔313用于填充吸液材料6的作用，为燃料电池的多余水的排出提供通道，侧壁孔入口38使阴极反应气体流入到外部气体流道34的通道的作用。更具体而言，所述上支撑层1、外垫圈2与阴极流场板3通过螺栓固定连接。本发明采用将螺栓分别穿过上支撑层1的上支撑层螺栓孔11，外垫圈2的外垫圈螺栓孔21与阴极流场板3的阴极流场板螺栓孔31，并固定。更具体而言，如图9所示，所述下支撑层5上设有下支撑层沟槽51与下支撑层镂空52，下支撑层沟槽51与吸液材料6对应设置。本发明所述下支撑层5整体起到支撑固定吸液材料6的作用，其中下支撑层沟槽51使得吸液材料6可以穿过下支撑层5，下支撑层镂空52起到通透气体的作用。更具体而言，如图10所示，所述吸液材料6包括液体蒸腾材料61、躯干吸液材料62与根系吸液材料63，根系吸液材料63设于躯干吸液材料62上，躯干吸液材料62设于液体蒸腾材料61上，根系吸液材料63穿过下支撑层5的下支撑层沟槽51内。本发明所述液体蒸腾材料61、躯干吸液材料62与根系吸液材料63，每段结构的材料相同而材料的孔隙率和孔隙大小不同，材料可以是碳也可以是多孔聚合物等，其中，液体蒸腾材料61的孔隙率最小孔隙最大，当气体从液体蒸腾材料61的孔隙中穿过时，加速了该段材料中水分的蒸腾散失，并产生蒸腾拉力，使得水分从液体蒸腾材料61上被蒸发以模拟植物叶片蒸发水分的效果，同时也利用吸液材料6从阴极气体扩散层中所吸收的多余水分将气体润湿，从而可以将电化学反应产生的一部分水循环利用；躯干吸液材料62的孔隙率和孔隙次之，用于模拟植物的躯干，在蒸腾拉力的作用下将根系吸液材料63吸收的水分传输到液体蒸腾材料61上；根系吸液材料63的孔隙率最大孔隙最小，用于模拟植物的根系，以从燃料电池的阴极气体扩散层中吸收水分。这三段吸液材料6构成了水分从吸收到传输再到最终的蒸腾散失通道。以上为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。