一种燃料电池双极板的阳极流场结构的制作方法

本技术涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池双极板的阳极流场结构。

背景技术：

1、能源作为发展的源动力，与国计民生息息相关。质子交换膜燃料电池以氢气作为燃料，来源广泛，环境友好，转换效率高，可用于电动汽车、分布式电源，航空军工等各个领域，其具有较高的功率密度和能量转化效率、工作温度低、启动时间短等优势是理想的清洁能源，也是未来能源结构的重要组成部分之一。

2、双极板作为燃料电池电堆中的重要零部件，起着气体输运、收集电流、热流传导及支撑膜电极等作用，对于双极板阳极流场中的流道而言，最主要的作用是将氢气均匀的传输至膜电极反应界面，以保证反应的进行。合理的流场结构及合适的流道可以保证电堆中电化学反应均匀稳定的发生。

3、在现有的阳极流场结构中，氢气分布不够均匀，氢气易从阻力最低的通道流出，造成其它气体通道短路，降低发电效率。此外，在现有结构中，例如平行流场、蛇形流场中也存在气体湍动不足、传质效率低的缺点。

4、如公开号为cn207459074u的专利公开了一种燃料电池阳极流场板，在阳极底板顶部表面设有多个导流条，导流条为透气材质，多个导流条位于燃料电池的气体扩散层上方并与气体扩散层接触；阳极底板前端设有进氢孔；阳极底板后端设有排氢孔；氢气从进氢孔进入阳极板，一部分从导流条间隔区域直接进入燃料电池中的气体扩散层，另一部分先进入导流条再向燃料电池中气体扩散层扩散；然后两路氢气均通过气体扩散层进入燃料电池芯片中反应，反应后生成的水随未反应的氢气经导流条排至排氢孔。上述阳极板中的流场由多个导流条形成，存在氢气分布不够均匀、气体湍动不足和传质效率低的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种燃料电池双极板的阳极流场结构，使氢气分布更均匀，使膜电极(电池芯片)避免承受因气流突变而产生的应力，提高了其机械耐久性及使用寿命，而且能够强迫反应气体进入阳极气体扩散层，增强了对流传质性能。

2、为实现上述目的，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：所述燃料电池双极板的阳极流场结构，设置在阳极板的一侧，所述阳极板的两端分别设置氢气入口和氢气出口，所述阳极流场结构包括依次相连的入口端分配区、折弯型直行流场和出口端分配区，所述入口端分配区和出口端分配区内均设置有点阵结构，所述入口端分配区与所述氢气入口相连，所述出口端分配区与所述氢气出口相连。

3、所述点阵结构的密度沿着远离所述氢气入口或所述氢气出口的横向逐渐增大，所述点阵结构的密度沿着远离所述氢气入口或所述氢气出口的纵向逐渐减小。

4、所述点阵结构包括沿着所述阳极板的长度方向间隔设置的多排点阵队列，每排点阵队列包括多个间隔设置的凸点，相邻凸点之间的间距沿着远离所述氢气入口或所述氢气出口的方向逐渐增大，相邻两排点阵队列之间的间距沿着远离所述氢气入口或所述氢气出口的方向逐渐减小。

5、所述相邻凸点之间的间距沿着远离所述氢气入口或所述氢气出口的方向的增大率为20％～50％；相邻两排点阵队列之间的间距沿着远离所述氢气入口或所述氢气出口的方向的减小率为10％～30％。

6、所述氢气入口和氢气出口分别设置在所述阳极板的对角位置，且所述氢气入口和氢气出口截面形状均设置为三角形，所述氢气入口或氢气出口的截面积设置为960～1100mm2。

7、所述折弯型直行流场包括沿着所述阳极板的宽度方向间隔布置的多个曲形折弯凸条，多个曲形折弯凸条之间形成气体流道，所述曲形折弯凸条包括多个折弯单元，所述折弯单元的长度设置为40～50mm，所述折弯单元的个数设置为8～10个，所述折弯单元与所述阳极板所在平面之间的角度为10°～15°。

8、所述阳极板的外周和所述阳极流场结构的外周均设置有环形密封槽，所述环形密封槽的宽度设置为2.5～3.5mm，深度为0.3～0.5mm，所述环形密封槽内安装有密封条。

9、本实用新型的有益效果是：

10、本实用新型通过在氢气入口和氢气出口与流场的连接处设置入口端分配区和出口端分配区，在入口端分配区和出口端分配区均设置点阵结构，通过点阵结构可避免氢气直接进入最近的流场通道，通过点阵结构的阻拦，可使一部分气体流向点阵结构的方向，使氢气分配更加均匀；而且其中的阳极流场设置为折弯型直行流场，可强制性地增加反应气体的湍动，使反应气体高效地进入电化学反应场所发生反应，从而有效提升发电效率，降低功耗。

技术特征：

1.一种燃料电池双极板的阳极流场结构，设置在阳极板的一侧，所述阳极板的两端分别设置氢气入口和氢气出口，特征在于，所述阳极流场结构包括依次相连的入口端分配区、折弯型直行流场和出口端分配区，所述入口端分配区和出口端分配区内均设置有点阵结构，所述入口端分配区与所述氢气入口相连，所述出口端分配区与所述氢气出口相连。

2.根据权利要求1所述的燃料电池双极板的阳极流场结构，其特征在于：所述点阵结构的密度沿着远离所述氢气入口或所述氢气出口的横向逐渐增大，所述点阵结构的密度沿着远离所述氢气入口或所述氢气出口的纵向逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的燃料电池双极板的阳极流场结构，其特征在于：所述点阵结构包括沿着所述阳极板的长度方向间隔设置的多排点阵队列，每排点阵队列包括多个间隔设置的凸点，相邻凸点之间的间距沿着远离所述氢气入口或所述氢气出口的方向逐渐增大，相邻两排点阵队列之间的间距沿着远离所述氢气入口或所述氢气出口的方向逐渐减小。

4.根据权利要求3所述的燃料电池双极板的阳极流场结构，其特征在于：所述相邻凸点之间的间距沿着远离所述氢气入口或所述氢气出口的方向的增大率为20％～50％；相邻两排点阵队列之间的间距沿着远离所述氢气入口或所述氢气出口的方向的减小率为10％～30％。

5.根据权利要求1所述的燃料电池双极板的阳极流场结构，其特征在于：所述氢气入口和氢气出口分别设置在所述阳极板的对角位置，且所述氢气入口和氢气出口截面形状均设置为三角形，所述氢气入口或氢气出口的截面积设置为960～1100mm2。

6.根据权利要求1所述的燃料电池双极板的阳极流场结构，其特征在于：所述折弯型直行流场包括沿着所述阳极板的宽度方向间隔布置的多个曲形折弯凸条，多个曲形折弯凸条之间形成气体流道，所述曲形折弯凸条包括多个折弯单元，所述折弯单元的长度设置为40～50mm，所述折弯单元的个数设置为8～10个，所述折弯单元与所述阳极板所在平面之间的角度为10°～15°。

7.根据权利要求1所述的燃料电池双极板的阳极流场结构，其特征在于：所述阳极板的外周和所述阳极流场结构的外周均设置有环形密封槽，所述环形密封槽的宽度设置为2.5～3.5mm，深度为0.3～0.5mm，所述环形密封槽内安装有密封条。

技术总结
一种燃料电池双极板的阳极流场结构，属于燃料电池技术领域，该阳极流场结构包括依次相连的入口端分配区、折弯型直行流场和出口端分配区，入口端分配区和出口端分配区内均设置有点阵结构，入口端分配区与氢气入口相连，出口端分配区与氢气出口相连，本技术的有益效果是，本技术使氢气分布更均匀，使膜电极避免承受因气流突变而产生的应力，提高了其机械耐久性及使用寿命，而且能够强迫反应气体进入阳极气体扩散层，增强了对流传质性能。

技术研发人员：高冀,邓高明,潘立升,任博,周林
受保护的技术使用者：奇瑞商用车（安徽）有限公司
技术研发日：20230112
技术公布日：2024/1/12