一种燃料电池双极板的制作方法

1.本发明涉及燃料电池双极板技术领域，尤其涉及一种燃料电池双极板。


背景技术：

2.双极板是燃料电池堆中重要的性能元件，双极板的流场是燃料电池气体分配扩散以及排水的重要场所，从而双极板流场的设计可以影响燃料电池性能、寿命及可靠性。流场的形式和结构对反应物和生成物在电堆内部的流动、分配、扩散等起着关键的作用。流场的设计是否合理将直接影响到电堆能否正常运行；由于双极板在燃料电池电堆的重要地位，对它的流道设计与加工也提出了较高要求，其中双极板排水和气体扩散能力是衡量双极板性能的重要指标。
3.现有技术中的燃料电池双极板以直流场和曲流场为主，且均为连续流场，该流场不利于将气体限制在同一个流道中，不利于气体扩散，也不利于水的排出。
4.因此，有必要对现有技术中的燃料电池双极板进行改进，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明克服了现有技术的不足，提供一种燃料电池双极板，以解决现有技术中连续流场中不利于气体和水扩散的问题。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种燃料电池双极板，所述双极板包括：流场腔，设置在所述流场两端分别连通流体进出口区域；所述流场腔的表面形成有若干脊，相邻所述脊之间间隔形成渐变流道；所述脊在水平方向上至少存在非连续的；相邻所述脊之间是非平行的，使得所述渐变流道为变径的，以改变气体流速。
7.本发明一个较佳实施例中，在竖直方向上，所述脊是非平行的。
8.本发明一个较佳实施例中，所述脊的宽度为0.05mm～0.5mm。
9.本发明一个较佳实施例中，所述渐变流道的宽度为0.1～1mm。
10.本发明一个较佳实施例中，在竖直方向上，所述脊按照连续和非连续间隔布置。
11.本发明一个较佳实施例中，每个所述脊为直线结构、弧形结构或锯齿结构。
12.本发明一个较佳实施例中，在水平方向上，若干所述脊为周期排列。
13.本发明一个较佳实施例中，相邻所述脊之间形成夹角。
14.本发明一个较佳实施例中，所述双极板为不锈钢、钛板、石墨、金属与碳材料的复合材料。
15.本发明一个较佳实施例中，一侧所述流体进出口区域由上到下为：空气入口、冷却液入口、氢气出口，另一侧所述流体进出口区域由上到下为：氢气入口、冷却液出口、空气出口。
16.本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：本发明提供了一种燃料电池双极板的流道结构，该流道结构具有非连续性，通过
脊与相邻脊非平行设计，达到变径效果，从而在同流场中不断改变气体流速，提高排水性，且相邻流场可以互相通气通水，有利于气体扩散、流场之间发电更加均匀，提高了燃料电池的效率。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；图1是现有技术中的一种脊在水平方向是连续的、非变径的双极板结构的示意图；图2是本发明的实施例1的一种脊在水平方向是连续和非连续的组合，相邻脊之间是非平行的双极板结构的示意图；图3是本发明的实施例1的气体流动路径图；图4是本发明的实施例2的一种脊在水平方向是间断的、非连续的，相邻脊之间是非平行的双极板结构的示意图；图5是本发明的实施例3的另一种脊在水平方向是间断的、非连续的，相邻脊之间是非平行的双极板结构的示意图；图中：1、双极板；2、流场腔；21、脊；22、渐变流道；3、流体进出口区域；31、空气入口；32、冷却液入口；33、氢气出口；34、氢气入口；35、冷却液出口；36、空气出口。
实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
20.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
21.本发明提供了一种燃料电池双极板。该双极板1包括：流场腔2，设置在流场两端分别连通流体进出口区域3。
22.其中，一侧流体进出口区域3由上到下为：空气入口31、冷却液入口32、氢气出口33，另一侧流体进出口区域3由上到下为：氢气入口34、冷却液出口35、空气出口36。
23.本发明中的流体进出口区域3和流场腔2之间可以设置有过渡区域，用于在流体进入流场腔2之前分散流体或在出流场腔2前汇集流体。
24.本发明中流场腔2的表面形成有若干脊21，相邻脊21之间间隔形成渐变流道22。本发明中的脊21在水平方向是非连续的，或连续和非连续的组合；相邻脊21之间是非平行的，使得渐变流道22为变径的，以改变气体流速。
25.本发明中流道结构具有非连续性，气体在渐变流场中不断的改变流速，提高排水性，且相邻流场可以互相通气通水，有利于气体扩散、流场之间发电更加均匀。
26.本发明中脊21的宽度为0.05mm～0.5mm，渐变流道22的宽度为0.1～1mm。
27.本发明中每个脊21为非平行直线结构、弧形结构或锯齿结构。
28.本发明中在水平方向上，若干脊21为周期排列，相邻脊21之间形成夹角。
29.应当认识到，可获得适用于本发明双极板1的不同材料制备的双极板1，包括但不限于采用不锈钢、钛板、石墨、金属与碳材料的复合材料。应该进一步理解：也可使用其它材料。在特定的实施例中，双极板1的厚度为0.05mm～0.5mm。然而，同样应该理解：可根据需要使用具有其它厚度。
30.本发明的双极板结构具有良好的排水和导气功能，同时兼顾了可焊接性和低成本等特点，适用于大规模低成本生产高性能的燃料电池双极板。
31.对比例1该对比例中，如图1所示，示出了现有技术中的一种脊21在水平方向是连续的双极板1结构。
32.该双极板1的脊21为锯齿形状，竖直方向上阵列布置，流场中的流道为非变径的。
实施例
33.如图2所示，本实施例中提供了一种脊21在水平方向是连续和非连续的组合，相邻脊21之间是非平行的双极板1结构。
34.该实施例中，在竖直方向上，脊21按照连续和非连续间隔布置，连续的脊21呈现锯齿结构，非连续的脊21为直线结构，且相邻脊21之间形成夹角，形成周期性排列。这里的夹角为30
°
～150
°
。
35.如图3所示，为该实施例中气体流动路径图。通过设计不同非连续且变径流场，当气体进入通过分配区到流道入口后，气体通过这种结构改变截面引起气体扰动有利传质，变流道路径有利用提高气体扩散与排水能力。
36.该实施例中，在竖直方向上，脊21也是非平行的，这使得相邻行之间形成的渐变流道22的宽度的变化更大，进一步提高流速的变化速率。
实施例
37.如图4所示，示出了一种脊21在水平方向是间断的、非连续的，相邻脊21之间是非平行的双极板1结构。
38.该实施例中，在水平和竖直方向上，脊21为阵列式排布，每个脊21为单个锯齿结构，相邻脊21之间的渐变流道22为变径的。
实施例
39.如图5所示，示出了另一种脊21在水平方向是间断的、非连续的，相邻脊21之间是
非平行的双极板1结构。
40.本实施例中的脊21为锯齿形状，与对比例1不同在于，在锯齿的顶部和底部都是间断的，相邻脊21之间的渐变流道22形成变径的流道。
41.本发明将对比例1、实施例1-3中的双极板1进行性能对比，组装2片具备不同结构极板夹具，一片膜电极（型号bei275v2tmea），组装后进行气密性检测。测试组装好的不同组的燃料电池性能，相同条件设定为（阴极：流量过量系数1.8，压力200kpa（a），湿度rh40%；阳极流量过量系数2，压力250kpa（a），湿度rh90%；温度为77℃）。
42.如下表1，显示为对比例1、实施例1-3中的双极板1性能试验结果。
[0043][0044]
相较于现有技术中的连续和非变径流场，本发明提供的实施例1-3中，在空气腔31流阻、氢气腔33流阻和冷却腔32流阻上明显更小，气体扰动有利传质，变流道路径有利用提高气体扩散与排水能力，使得在性能上更优。
[0045]
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。