一种脊背开槽的燃料电池双极板的制作方法

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种脊背开槽的燃料电池双极板。

背景技术：

燃料电池是一种将燃料与氧化剂中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置，因其具有能量转换效率高、无污染、运行噪音低以及可靠性高等优点而被广泛应用。作为燃料电池的重要组成部分之一，双极板约占电池总重量的60%-80%，总成本的30%-50%。因此，双极板的设计对燃料电池的输出性能和成本具有重要影响。

双极板在燃料电池中的作用主要体现在两方面：一方面是为整个电池的电化学反应提供燃料和氧化剂，并排出未反应的气体和反应产物(主要是水)；另一方面是收集电化学反应产生的电流。而现有燃料电池双极板常见的问题有，参与反应的气体在流道中分布不均匀,反应生成的水难以排出造成“水淹”，以及由于气体在流道中分布的不均造成催化剂利用不充分，电化学反应不均等导致局部高温降低燃料电池使用寿命等。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种脊背开槽的燃料电池双极板，该燃料电池双极板流道之间设有脊背，脊背上开设有脊槽，防止因反应气体分布不均造成的电化学反应不均匀，导致电池局部温度过高等问题，提高燃料电池使用寿命。

本发明采用如下技术方案：

一种脊背开槽的燃料电池双极板，包括双极板，所述双极板上设有气体进气口、气体出气口，所述气体进气口、气体出气口之间经流道连通，所述流道之间设有脊背，所述脊背上开设有脊槽。

进一步地，所述流道和脊背的拐角处均设计为圆弧形，且圆角半径为0.2mm。

进一步地，所述流道和脊背的宽度值设置为相同，且其宽度值设置为1mm。

进一步地，所述流道和脊背的深度值设置为相同，且其深度值设置为1mm。

进一步地，所述脊槽与气体进气方向的夹角θ取值范围设置为0°到180°之间。

进一步地，所述脊槽宽度d取值范围设置为0.1mm-1mm。

进一步地，所述脊槽深度值h取值范围设置为0.1mm-1mm。

进一步地，所述脊槽的深度值h不大于流道和脊背的深度值。

进一步地，所述脊槽宽度d不大于流道和脊背的宽度值。

进一步地，所述相邻脊槽之间的间距为a，其中间距a小于脊背长度a。

本发明的优点与有益效果为：

1、本发明的一种脊背开槽的燃料电池双极板，流道结构简单合理，在使用时可以保证反应气体在流道内均匀分布，提高催化剂的使用效率；

2、本发明的一种脊背开槽的燃料电池双极板，脊背和流道在拐角处均设置为圆弧形，这样不仅可以减少生成物水在拐角处的累积，还可以避免尖锐的直角造成应力集中压破多孔介质层；

3、本发明的一种脊背开槽的燃料电池双极板，脊背开槽可以防止因反应气体分布不均造成的电化学反应不均匀，导致电池局部温度过高等问题，提高燃料电池使用寿命；

4、本发明的一种脊背开槽的燃料电池双极板，脊背开槽可以减少脊背下气体扩散层中的含水量，提高反应气体通过气体扩散层到达催化层的纵向扩散能力，降低浓差极化。

5、本发明的一种脊背开槽的燃料电池双极板，脊背开槽可以降低流道气体出入口的压力降，降低循环泵的功率，提高燃料电池的净功率。

附图说明

图1为本发明一种脊背开槽的燃料电池双极板应用在单蛇形流场中的平面结构示意图；

图2为本发明一种脊背开槽的燃料电池双极板应用在单蛇形流场中的三维结构示意图；

图3为本发明一种脊背开槽的燃料电池双极板应用在单蛇形流场中与传统单蛇形流道的极化曲线及功率曲线对比图；

图4为本发明一种脊背开槽的燃料电池双极板应用在交指流场中的三维结构示意图；

图5为本发明一种脊背开槽的燃料电池双极板应用在平行流场中的三维结构示意图。

图中：1为螺栓孔、2为双极板、3为气体进气口、4为流道、5为脊背、6为脊槽、7为气体出气口。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步解释。

本发明是一种适用于燃料电池的双极板，具体涉及一种脊背开槽的燃料电池双极板技术。下面将以单蛇形流场为例展开介绍。其中，单蛇形双极板包括螺栓孔1、双极板2、气体进气口3、流道4、脊背5、脊槽6和气体出气口7。双极板2的左上方设置有气体进气口3，双极板2的右下方设置有气体出气口7，气体进气口3和气体出气口7分别连接流道4的两端，流道4之间设置有脊背5，脊背5上开有脊槽6。

实施例1

本发明为一种脊背开槽的燃料电池双极板，以其应用在单蛇形流场中为例，在工作时，由气体进气口3通入反应气体，气体沿着流道4和脊槽6进行移动和扩散，在气体出气口7处排出未参与反应的气体和反应生成的水。双极板2中的5是脊背，其中脊背5的主要作用是机械支撑、隔离气体、传导电子以及扩散热量等。

在组装、测试燃料电池单体时，螺栓拧紧顺序应按照以下规定进行操作：l1和l5的螺栓孔预先拧，为保证受力均衡不可一下拧紧，之后依次是l3和l7、l2和l6、l4和l8，第一次预拧紧完毕后，再按照第一次拧紧顺序继续拧紧到预设拧紧值。

本发明的脊背开槽涉及还可应用于交指流场、平行流场等其它流场情况。

技术特征：

1.一种脊背开槽的燃料电池双极板，包括双极板（2），所述双极板（2）上设有气体进气口（3）、气体出气口（7），所述气体进气口（3）、气体出气口（7）之间经流道（4）连通，其特征在于：所述流道（4）之间设有脊背（5），所述脊背（5）上开设有脊槽（6）。

2.根据权利要求1所述的一种脊背开槽的燃料电池双极板，其特征在于：所述流道（4）和脊背（5）的拐角处均设计为圆弧形，且圆角半径为0.2mm。

3.根据权利要求1所述的一种脊背开槽的燃料电池双极板，其特征在于：所述流道（4）和脊背（5）的宽度值设置为相同，且其宽度值设置为1mm。

4.根据权利要求1所述的一种脊背开槽的燃料电池双极板，其特征在于：所述流道（4）和脊背（5）的深度值设置为相同，且其深度值设置为1mm。

5.根据权利要求1所述的一种脊背开槽的燃料电池双极板，其特征在于：所述脊槽（6）与气体进气方向的夹角θ取值范围设置为0°到180°之间。

6.根据权利要求1所述的一种脊背开槽的燃料电池双极板，其特征在于：所述脊槽（6）宽度d取值范围设置为0.1mm-1mm。

7.根据权利要求1所述的一种脊背开槽的燃料电池双极板，其特征在于：所述脊槽（6）深度值h取值范围设置为0.1mm-1mm。

8.根据权利要求1所述的一种脊背开槽的燃料电池双极板，其特征在于：所述脊槽（6）的深度值h不大于流道（4）和脊背（5）的深度值。

9.根据权利要求1所述的一种脊背开槽的燃料电池双极板，其特征在于：所述脊槽（6）宽度d不大于流道（4）和脊背（5）的宽度值。

10.根据权利要求1所述的一种脊背开槽的燃料电池双极板，其特征在于：所述相邻脊槽（6）之间的间距为a，其中间距a小于脊背（5）长度a。

技术总结
一种脊背开槽的燃料电池双极板，属于燃料电池领域，包括双极板（2），所述双极板（2）上设有气体进气口（3）、气体出气口（7），所述气体进气口（3）、气体出气口（7）之间经流道（4）连通，所述流道（4）之间设有脊背（5），所述脊背（5）上开设有脊槽（6）。该燃料电池双极板流道之间设有脊背，脊背上开设有脊槽，防止因反应气体分布不均造成的电化学反应不均匀，导致电池局部温度过高等问题，提高燃料电池使用寿命。

技术研发人员：夏忠贤;陈士忠;罗鑫;袁伟;张婷
受保护的技术使用者：沈阳建筑大学
技术研发日：2020.02.27
技术公布日：2020.05.15