一种新型燃料电池双极板结构的制作方法

本发明属于燃料电池，具体涉及一种新型燃料电池双极板结构。

背景技术：

1、双极板又称集流板，是燃料电池重要部件之一。双极板（又称隔板）的功能是提供气体流道，防止电池气室中的氢气与氧气串通，并在串联的阴阳两极之间建立电流通路。双极板（流场板）是质子交换膜燃料电池的重要部件，其质量占电池堆的60%以上。流场板的流道设计对电池性能、运行效率和制造成本有很大影响。

2、双极板主要分为进出口区、过渡区和反应区三个部分，据相关文献报道，适当的流道设计能使电池性能提高50%左右。因此，分配区和反应区的设计直接影响电堆的性能。目前最常见的流道设计有直通，蛇形和曲型为主，但都是平行流场，区别在于流道的周期大小，这种类型的平行流场在气体扩散和传质极化上表现平平，而且排水效果很差，容易产生水淹。现有的金属双极板分配区的导流结构主要分为点状和条状两种，为了保证气体分配的均匀性，条状的设计都会经历两次拐弯后进入反应区，这种导流结构虽然可以让进入反应区内的气体更加均匀，但是无形中增大了气体的进出口压差，降低了气体的利用率。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种新型燃料电池双极板结构。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型燃料电池双极板结构，包括：进出口区，分配区和反应区，

3、所述进出口区有两个，且分别位于双极板两侧，所述进出口区设置有空气入口、冷却水入口和氢气出口；另一所述进出口区设置有氢气入口、冷却水出口和空气出口；

4、所述分配区位于进出口区的侧面，包括气体进出口和导流结构，用于连通所述进出口区和所述反应区，所述导流结构为若干个连续且均匀分布的条状气体通道；

5、所述反应区位于双极板中间位置，用于连通流体的进出口区域；所述反应区内设置有若干个第一梁脊，相邻所述第一梁脊之间形成的流道为流体的通道。

6、本发明一个较佳实施例中，所述第一梁脊呈周期排列状，所述第一梁脊是平行状，且垂直方向上，相邻的所述第一梁脊呈对称式设计。

7、本发明一个较佳实施例中，所述流道变径宽度为0.3mm-1.0mm，呈周期排列状，所述流道宽位置的宽度为窄位置的2至3倍。

8、本发明一个较佳实施例中，每个所述第一梁脊形状为蛇形或折线型，所述第一梁脊的截面为矩形、弧形或梯形。

9、本发明一个较佳实施例中，还能够第二梁脊和第三梁脊排列构成，所述第二梁脊呈折线型，所述第二梁脊在垂直方向为平行式排列，水平方向呈现周期排列，相邻所述第二梁脊中间的宽度为流道，所述流道宽度设计为所述第二梁脊宽的2倍以上。

10、本发明一个较佳实施例中，所述第三梁脊呈非连续性分布在所述流道中，每个所述第三梁脊与所述流道边界有一定夹角，呈非平行设计。

11、本发明一个较佳实施例中，所述流道内的所述第三梁脊与所述流道边界最小宽度不低于0.2mm-0.3mm。

12、本发明一个较佳实施例中，双极板材料包括石墨、不锈钢金属板、钛金属、气体碳材为载体的复合材料，材料厚度为0.5mm-1mm。

13、本发明一个较佳实施例中，所述导流结构分别设置于所述进出口区和所述第一梁脊连接处。

14、本发明一个较佳实施例中，所述流道分段处的间隙保持在第二梁脊第三梁脊之间最窄区域宽度2倍以上。

15、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：

16、该新型燃料电池双极板结构，流道两侧采用对称的蛇形梁脊，在连续的流道内部，气体在窄宽交替作用下，达到变径的效果，气体的流速被不断地改变，提高了排水性，同时在每次变径后都会经过一个圆形容腔，容腔保证气体在变径后压降不会得到增加，保证了气体的利用率；同时分配区的导流结构只需经历一次拐弯就能达到反应区，大大地降低了气体进出口压降，有利于气体扩散和均匀性，提高了燃料电池的效率。

17、该新型燃料电池双极板结构，分配区位于进出口区的内侧，连通进出口区和反应区，在进出口处设计出连续且均匀分布的条状导流结构，气体进出口处的导流结构可以保证气体进出时气体的均匀性和一致性，流场连接处的导流结构设计的使气体一次拐弯就直接进入流场区域，减小了气体流阻，提升了双极板的发电性能。

18、该新型燃料电池双极板结构，通过设置第二梁脊和第三梁脊，使得流体在这样流道内同时进行宽窄交替运行，可以改变流体的流速，同时第二梁脊和第三梁脊有一定夹角，并保证第三梁脊与第二梁脊之间最窄区域宽度不低于0.2mm，能够使第三梁脊与第二梁脊形成变径通道，气体在进入第三梁脊与第二梁脊之间的变径通道时候，在变径的作用下改变了气体的流速，增加排水性能。

19、该新型燃料电池双极板结构，在第二梁脊的拐弯处依旧采用非平行设计，其中第三梁脊与另一段第三梁脊的分段位置位于第二梁脊的直线中间位置，分段处的间隙保持在第三梁脊与第二梁脊之间最窄区域宽度2倍以上，使得气体在经历一次变径后，且在进入第二次变径时，气体的流阻和压降能够保持在之前水平，本发明使得气体在整个流道周期内经历多次变径后，气体在实现排水效果同时，流阻和压降不会增加，不影响电堆的整体性能。

技术特征：

1.一种新型燃料电池双极板结构，包括：进出口区，分配区和反应区，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种新型燃料电池双极板结构，其特征在于：所述第一梁脊呈周期排列状，所述第一梁脊是平行状，且垂直方向上，相邻的所述第一梁脊呈对称式设计。

3.根据权利要求1所述的一种新型燃料电池双极板结构，其特征在于：所述流道变径宽度为0.3mm-1.0mm，呈周期排列状，所述流道宽位置的宽度为窄位置的2至3倍。

4.根据权利要求1所述的一种新型燃料电池双极板结构，其特征在于：每个所述第一梁脊形状为蛇形或折线型，所述第一梁脊的截面为矩形、弧形或梯形。

5.根据权利要求1所述的一种新型燃料电池双极板结构，其特征在于：还能够第二梁脊和第三梁脊排列构成，所述第二梁脊呈折线型，所述第二梁脊在垂直方向为平行式排列，水平方向呈现周期排列，相邻所述第二梁脊中间的宽度为流道，所述流道宽度设计为所述第二梁脊宽的2倍以上。

6.根据权利要求5所述的一种新型燃料电池双极板结构，其特征在于：所述第三梁脊呈非连续性分布在所述流道中，每个所述第三梁脊与所述流道边界有一定夹角，呈非平行设计。

7.根据权利要求6所述的一种新型燃料电池双极板结构，其特征在于：所述流道内的所述第三梁脊与所述流道边界最小宽度不低于0.2mm-0.3mm。

8.根据权利要求1所述的一种新型燃料电池双极板结构，其特征在于：双极板材料包括石墨、不锈钢金属板、钛金属、气体碳材为载体的复合材料，材料厚度适用为0.5mm-1mm。

9.根据权利要求1所述的一种新型燃料电池双极板结构，其特征在于：所述导流结构分别设置于所述进出口区和所述第一梁脊连接处。

10.根据权利要求6所述的一种新型燃料电池双极板结构，其特征在于：所述流道分段处的间隙保持在第二梁脊第三梁脊之间最窄区域宽度2倍以上。

技术总结
本发明公开了一种新型燃料电池双极板结构，包括：进出口区，分配区和反应区，所述进出口区有两个，且分别位于双极板两侧，所述进出口区设置有空气入口、冷却水入口和氢气出口；另一所述进出口区设置有氢气入口、冷却水出口和空气出口。该新型燃料电池双极板结构，流道两侧采用对称的蛇形梁脊，在连续的流道内部，气体在窄宽交替作用下，达到变径的效果，气体的流速被不断地改变，提高了排水性，同时在每次变径后都会经过一个圆形容腔，容腔保证气体在变径后压降不会得到增加，保证了气体的利用率；同时分配区的导流结构只需经历一次拐弯就能达到反应区，大大地降低了气体进出口压降，有利于气体扩散和均匀性，提高了燃料电池的效率。

技术研发人员：熊兴,孙一焱,张帆,赵书飞
受保护的技术使用者：苏州氢澜科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13