一种流道内具有楔形凸起的双极板的制作方法

本发明属于燃料电池领域，尤其涉及有利于降低燃料电池浓差损耗的双极板结构。

背景技术：

质子交换膜燃料电池(pemfc)被公认为是未来汽车理想的动力源。它的发展将有助于实现节能减排，缓解大气污染。作为pemfc关键部件之一的双极板，不仅占据电堆重量的70％-80％，而且在电堆的生产成本中也占据相当大的比例。双极板的作用是分隔燃料及氧化剂，并通过流场将燃料反应气体导入燃料电池、收集并传导电流和支撑膜电极，同时还担负起整个电池系统的散热功能和排水功能。因此双极板质量的好坏将直接决定燃料电池堆输出功率的大小和寿命的长短。

燃料电池为了产生电流，必须不断地为燃料电池提供燃料和氧化物，同时，必须不断地排出生成物以防止燃料电池“窒息死亡”。燃料电池催化层内反应物的耗尽(或生成物的聚积)对性能有极为不利的影响，这种情况的燃料电池性能损耗被称为燃料电池的“浓差损耗”。通过对双极板流场的结构优化可将这种损耗降至最低，进而提升燃料电池的效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是减小燃料电池在大电流密度工作条件下的浓差损耗，提高燃料电池性能，提供一种有利于增强反应物向燃料电池催化层扩散的双极板结构。

本发明涉及一种有利于降低燃料电池浓差损耗的双极板结构，所述双极板的气体流场由多条相互平行的流道排列组成，所述流道包括流道沟槽和流道脊，在所述流道沟槽长度方向的等分点上设置有楔形凸起。当气体在流道中流动过程中通过楔形凸起时，气体的速度和压力产生波动，由层流流动变为紊态流动，从而有力于气体内部的扰动，加速向反应层中的传质，进而降低燃料电池的浓差损耗。

优选地，所述楔形凸起为直角三棱柱，且直角三棱柱的斜面与所述流道底面的夹角为20°-70°。

优选地，所述楔形凸起为类直角三棱柱，所述类直角三棱柱的斜面为弧面。

优选地，所述楔形凸起设置于沿所述流道沟槽长度方向的二等分点或三等分点或五等分点或七等分点上。

优选地，所述的楔形凸起尺寸相同。

优选地，所述楔形凸起的尺寸沿所述流道沟槽长度方向逐渐增大或逐渐减小。

优选地，所述流道沟槽的宽度为0.5-1.5mm，所述流道沟槽深度为0.3-1.5mm，流道脊的宽度为0.5-1.5mm。

优选地，所述流道沟槽截面形状为长方形或正方形。

优选地，所述的双极板为金属双极板、石墨双极板或复合材料双极板。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1具有直角三棱柱的楔形凸起的双极板纵向剖面视图

图2具有类直角三棱柱的楔形凸起的双极板纵向剖面视图

图3楔形凸起尺寸逐渐增大的双极板纵向剖面视图

图4所述的双极板横向剖面视图

具体实施方案

下面结合附图与实施例对本发明进一步说明，实施例为进一步阐明本发明的特点，不等同于限制本发明，对于本领域的技术人员依照本发明进行的更改，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例1

如图1所示，所述的双极板的流道为平行流道，单根流道的长度为300mm，流道沟槽深度为1mm，沟槽宽度为1.5mm，在流道的五等分点上设置有4个楔形凸起，4个楔形凸起的尺寸相同，楔形凸起为直角三棱柱，三角体的宽度为1.5mm，最高点与流道沟槽底面的距离为0.5mm，直角三棱柱的斜面与流道沟槽底面夹角为30°。这样在气体流过楔形凸起时，气体的流速和压力均发生了改变，有利于反应气向反应层的扩散，进而降低燃料电池的浓差损耗，提高燃料电池的效率。

实施例2

如图2所示，所述的双极板的流道为平行流道，单根流道的长度为300mm，流道沟槽深度为1mm，沟槽宽度为1.5mm，在流道的五等分点上设置有4个楔形凸起，4个楔形凸起的尺寸相同，楔形凸起为类直三棱柱，所述的类直角三棱柱的斜面为弧面。这样在气体流过楔形凸起时，气体的流速和压力均发生了改变，有利于反应气向反应层的扩散，进而降低燃料电池的浓差损耗，提高燃料电池的效率。

实施例3

如图3所示，所述的双极板的流道为平行流道，单根流道的长度为300mm，流道沟槽深度为1mm，沟槽宽度为1.5mm，在流道的四等分点上设置有3个楔形凸起，所述的3个楔形凸起为直角三棱柱，所述的直角三棱柱的斜面与流道底面夹角为45°，并且3个楔形凸起的大小沿着气体流动方向逐渐增大，增大系数为1.1。这样在气体流过楔形凸起时，气体的流速和压力均发生了改变，有利于反应气向反应层的扩散，进而降低燃料电池的浓差损耗，提高燃料电池的效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种流道内具有楔形凸起的双极板，所述双极板的流场由多条相互平行的流道排列组成，所述流道包括流道沟槽和流道脊，在流道沟槽长度方向的等分点上均设置有楔形凸起，所述楔形凸起尺寸可以相同，也可以逐渐增大或逐渐减小；气体在流道中流动过程中通过楔形凸起时，气体的速度和压力产生波动，由层流流动变为紊态流动，从而有力于气体内部的扰动，加速向反应层中的传质，进而降低燃料电池的浓差损耗，提高燃料电池的效率。

技术研发人员：韩建;崔龙;米新艳;张克金;崔新然;苏中辉
受保护的技术使用者：一汽解放汽车有限公司
技术研发日：2018.12.22
技术公布日：2019.04.26