一种圆盘形叶脉状交指型质子交换膜燃料电池双极板的制作方法

本实用新型涉及质子交换膜燃料电池双极板，特别涉及一种基于叶脉状仿生的圆盘形交指型流场结构的质子交换膜燃料电池双极板。
背景技术：
：质子交换膜燃料电池（ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC）因其具有能量转化率高、无污染、启动快等优点而具有可观的市场应用前景。与热机相比，燃料电池的化学能直接转化成电能，不需要初步转化成热能。因此，转化不受卡诺循环的限制，理论上可以实现90%转化的高效率。燃料电池的核心是膜电极和双极板。膜电极是电化学反应的场所；双极板提供气体分配和收集电流，为了完成气体分配和收集电流这两项任务，双极板通常是导电的，其表面有凹凸两个部分，其中凸出部分(收集电流脊梁)用来与电极接触，收集电流；凹下部分(流场)为气体向电极表面传递提供通道，双极板的这一含有凹凸结构的部分称流场。实际上，燃料电池的产能效率很大程度上取决于双极板流场的结构，优质的流场结构可以改善反应物和生成物的流动状态，使电极各处都能及时得到反应物，并且能及时排除冷却水，提高燃料电池的发电效率。常见的质子交换膜燃料电池双极板的流场有平行流场，蛇型流场和交指型流场。平行流场的一个显著优点在于气体进口和出口之间的总压降较低，但当流场的宽度相对较大时，每个流场中的流体分布会出现不均匀的现象，这就会引起部分区域的水的堆积，导致传输耗损的增加，从而降低了电流密度。蛇型流场的优点在于排水能力，单一流动路径能推动液态水的排出。但在大面积的流场中，蛇型流场的压降很大，且气体浓度分布不均匀。交指型流场的设计促进了反应气体在扩散层中的强制对流，其水管理的效果远优于平行流场和蛇型流场，但气体扩散层中的强制对流导致很大的压降损耗。当前的现有技术中,由于传统交指型流场压降大，当电池输出工作时，反应物分布不均匀，导致反应物和电机的利用率降低，从而会影响电流输出的稳定性。叶脉状结构在大自然广泛的存在，是自然长期进化的产物，因此在传质运输方面有很多优异的特性，随着仿生学的发展，越来越多的研究者将其应用于科学研究。技术实现要素：综上所述，为克服现有技术的不足，本实用新型提供一种反应物分布均匀，电极利用率高的圆盘形叶脉状交指型质子交换膜燃料电池双极板。为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种圆盘形叶脉状交指型质子交换膜燃料电池双极板，包括双极板本体，所述双极板本体上设置有交指型流场，所述交指型流场呈近圆形，以流场中心点为圆心，所述交指型流场包括平均分成n等份的局部流场，n≥2，所述交指型流场包括反应气进口、反应气出口和叶脉状气体流道，所述叶脉状流道包括进气流道和出气流道，所述反应气进口设置于所述进气口流道的外端，所述反应气出口设置于所述出气口流道的外端，所述反应气进口与所述反应气出口圆周排列呈交替设置，进气流道与出气流道交替分布在一个圆上且进气流道与出气流道不连续。通过采用上述技术方案，采用n个反应气进口，可降低压降，使反应气体能够均匀的分布在反应流场；采用叶脉状流道，使流道呈扩散性分布，能够均匀分配反应气体到双极板本体各处。本实用新型进一步设置：所述进气流道包括进气主干流道和进气分支流道，所述进气分支流道同心设置于所述进气主干流道上，所述进气主干流道与所述进气分支流道相连通，所述出气流道包括出气主干流道和出气分支流道，所述出气分支流道同心设置于所述出气主干流道上，所述出气主干流道与所述出气分支流道相连通，所述反应气进口和所述反应气出口均设置有密封槽。通过采用上述技术方案，圆形结构更有利于电池的热管理，电化学反应产生的热量由圆心向四周扩散，分支流道采用同心设置，使电流密度更加均匀，从而使得整体燃料电池的电化学性能得以提升；流道不连续迫使气体在压力作用下穿过扩散层参加反应，提高了气体的利用率和电池功率密度，从而提升电池的性能，设置密封槽，防止装配时反应气体泄露。本实用新型进一步设置：所述进气流道包括三个进气主干流道和多个进气分支流道，所述出气流道包括三个出气主干流道和多个出气分支流道，反应出气主干流道互通。通过采用上述技术方案，多端进口，流道长度缩短，可降低压降，多流道设置，通过压力差增强有效面积内气体对流与扩散能力，从而提升电池的性能。本实用新型进一步设置：流道各处的宽度相等。通过采用上述技术方案，便于加工，减少成本。本实用新型进一步设置：流道宽度、流道深度与脊背宽度相等。通过采用上述技术方案，结构简单，稳定性强。本实用新型进一步设置：所述流道宽度为0.6～1mm，所述流道深度为0.6～1mm，所述脊背宽度为0.6～1mm。通过采用上述技术方案，本流场的开孔率为50%左右，防止开孔率过高增加电池的欧姆极化损失或开孔率过低降低反应物的利用率。本实用新型进一步设置：流道最深处所在面为同一平面。通过采用上述技术方案，流道最深处所在面为同一平面，更容易加工，降低成本。下面结合附图及实施例描述本实用新型具体实施方式。附图说明图1为本实用新型实施例的平面结构示意图；图2为本实用新型实施例的三维结构示意图；图3为本实用新型实施例局部流场的三维结构示意图；图4为本实用新型实施例的电池极化曲线对比图。附图标记：1.双极板本体，11.交指型流场，111.局部流场，2.反应气进口，3.反应气出口，4.叶脉状气体流道，41.进气流道，411.进气主干流道，412.进气分支流道，42.出气流道，421.出气主干流道，422.出气分支流道，5.密封槽。具体实施方式本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。参见附图1-4，本实用新型技术方案公开的一种圆盘形叶脉状交指型质子交换膜燃料电池双极板，包括双极板本体1，所述双极板本体1上设置有交指型流场11，所述交指型流场11呈近圆形，以流场中心点为圆心，所述交指型流场11包括平均分成n等份的局部流场1，n≥2，所述交指型流场11包括反应气进口2、反应气出口3和叶脉状气体流道4，所述叶脉状流道包括进气流道41和出气流道42，所述反应气进口2设置于所述进气口流道的外端，所述反应气出口3设置于所述出气口流道的外端，所述反应气进口2与所述反应气出口3圆周排列呈交替设置，进气流道41与出气流道42交替分布在一个圆上且进气流道41与出气流道42不连续。本实用新型技术方案进一步设置：所述进气流道41包括进气主干流道411和进气分支流道412，所述进气分支流道412同心设置于所述进气主干流道411上，所述进气主干流道411与所述进气分支流道412相连通，所述出气流道42包括出气主干流道421和出气分支流道422，所述出气分支流道422同心设置于所述出气主干流道421上，所述出气主干流道421与所述出气分支流道422相连通，所述反应气进口2和所述反应气出口3均设置有密封槽5。本实用新型技术方案进一步设置：所述进气流道41包括n个进气主干流道411和多个进气分支流道412，所述出气流道42包括n个出气主干流道421和多个出气分支流道422，反应出气主干流道421互通。本实用新型技术方案中，一个局部流场1包含一个进气主干流道411、多个进气分支流道412、一个出气主干流道421和多个出气分支流道422。本实用新型技术方案进一步设置：进气主干流道411宽度与出气主干流道421宽度相等。本实用新型技术方案进一步设置：进气分支流道412宽度与进气主干流道411宽度相等。出气分支流道422与出气主干流道421宽度相等。本实用新型技术方案进一步设置：多个进气分支流道412和多个出气分支流道422从圆形的外圈向内圈分级分布。本实用新型技术方案中，加工方便，优选的进一步设置：流道各处的宽度相等。本实用新型技术方案进一步设置：流道宽度、流道深度与脊背宽度相等。本实用新型技术方案进一步设置：所述流道宽度为0.6～1mm，所述流道深度为0.6～1mm，所述脊背宽度为0.6～1mm。本实用新型技术方案进一步设置：流道最深处所在面为同一平面。本实用新型技术方案进一步设置：本双极板在使用过程中，反应气体从反应气进口2进入双极板流道，通过进气主干流道411将反应气体均匀分布到进气分支流道412，在压力作用下对流分布到扩散层，并进一步对流到出气分支流道422，再汇集到出气主干流道421，最终从反应气出口3排出。本实用新型技术方案进一步设置：本双极板使用中阳极反应气体为氢气，阴极反应气体为空气或者氧气。本实用新型技术方案进一步设置：所示质子交换膜燃料电池的双极板可由石墨材料或金属材料制成。本文中所述的“叶脉状流场”指模仿叶脉，采用一个进口，多个分支流道的结构。附图图4的电池极化曲线对比图的实验条件参照下表。表1操作参数参数数值操作压力（Pa）101325操作温度（K）343阳极质量流量（kg/s）7×10-6阳极湿度100%阳极排水压力（Pa）2500阴极质量流量（kg/s）1.43×10-5，6.59×10-5阳极湿度100%尽管本文较多地使用了：双极板本体1，交指型流场11，局部流场111，反应气进口2，反应气出口3，叶脉状气体流道4，进气流道41，进气主干流道411，进气分支流道412，出气流道42，出气主干流道421，出气分支流道422，密封槽5等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。当前第1页1 2 3