一种复合流场的氢燃料电池双极板的制作方法

本实用新型属于氢燃料电池技术领域，特别涉及一种复合流场的氢燃料电池双极板。

背景技术：

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，具有对环境无污染、运行安静、能量转换效率高等优点，在航天和汽车行业备受青睐。

双极板是质子交换膜燃料电池的关键部件之一，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。在保持一定机械强度和良好阻气作用的前提下，双极板厚度应尽可能地薄，以减少对电流和热的传导阻力。

现有的双极板流道都存在问题：平行流道的压降小，但易造成燃料流量分布不均使得燃料利用率低；蛇形流道其流道过长易造成反应气体压降过大；网状流道流体流量分布均匀，但排水能力较差，交指型流道强化了对流传质，但易造成液态水在流道上滞留。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种复合流场的氢燃料电池双极板，以解决现有的氢燃料电池双极板流道压降较小，排水能力差，工作效率低下的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型提供了一种复合流场的氢燃料电池双极板，包括氢极板和氧极板；氢极板包括氢极板进口区、氢极板分配区、氢极板反应区、氢极板汇合区、氢极板出口区、密封槽及定位销孔；氢极板反应区具有若干蛇形流道，若干蛇形流道平行设置；每个蛇形流道的进口端与氢极板分配区连通，每个蛇形流道的出口端与氢极板汇合区连通；

氧极板包括氧极板进口区、氧极板分配区、氧极板反应区、氧极板汇合区、氧极板出口区、密封槽及定位销孔；氧极板反应区具有若干蛇形流道，若干蛇形流道平行设置；氧极板反应区上每个蛇形流道的进口端与氧极板分配区连通，每个蛇形流道的出口端与氧极板汇合区连通。

进一步的，氢极板进口区设置在氢极板的一侧，氢极板出口区设置在氢极板的另一侧，氢极板进口区通过氢极板分配区与氢极板反应区连通，氢极板出口区通过氢极板汇合区与氢极板反应区连通；

氧极板进口区设置在氧极板的一侧，氧极板出口区设置在氧极板的另一侧，氧极板进口区通过氧极板分配区与氧极板反应区连通，氧极板出口区通过氧极板汇合区与氧极板反应区连通。

进一步的，氢极板进口区沿其宽度方向依次设置有氢极板氢入口、氢极板空气入口及氢极板冷却液入口；氢极板出口区沿其宽度方向依次设置有氢极板氢出口、氢极板空气出口及氢极板冷却液出口；

氧极板进口区沿其宽度方向依次设置有氧极板氢入口、氧极板空气入口及氧极板冷却液入口；氧极板出口区沿其宽度方向依次设置有氧极板氢出口、氧极板空气出口及氧极板冷却液出口。

进一步的，氢极板的氢极板分配区及氢极板汇合区上均交错排布有针状凸起；氧极板的氧极板分配区及氧极板汇合区上均交错排布有针状凸起。

进一步的，氢极板上的密封槽内设置有密封圈，氧极板上的密封槽上设置有密封圈。

进一步的，氢极板上的定位销孔设置在氢极板的四个角上，氧极板上的定位销孔设置在氧极板的四个角上。

进一步的，氢极板反应区的蛇形流道个数为五个，五个蛇形流道平行设置；氧极板反应区的蛇形流道个数为五个，五个蛇形流道平行设置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供了一种复合流场的氢燃料电池双极板，通过在氢极板反应区和氧极板上设置若干蛇形流道，通过将若干蛇形流道平行排布，由此减少了蛇形流道长度，降低了流道对压降过大的影响；增加了工作流体在流道内的留存时间，充分利用了反应区域，使得氢氧燃料的利用率；同时，通过采用多个平行设置的蛇形流道，避免了单一流道出现堵塞时，整个双极板流道无法实现排水功能，有效提高了流道的排水能力，避免了液态水在流道上的滞留，有效提高了燃料电池的工作效率。

进一步的，通过将氢极板进口区及氢极板出口区异侧设置，将氧极板进口区及氧极板进口区异侧设置，有效降低了进口区压差过大，提高了电池的使用寿命；通过将进口区、分配区、反应区、汇合区及出口区依次配合连通设置，实现了双极板之间气体流场的优化。

进一步的，通过在氢极板分配区、氢极板汇合区、氧极板分配区及氧极板汇合区上设置针状凸起，有助于反应气体向后续流道到均匀分配气体，提高了燃料电池输出性能的稳定性。

进一步的，氢极板上的密封槽内设置有密封圈，氧极板上的密封槽上设置有密封圈，避免了工作流体外漏，提高了燃料电池的稳定性和安全性。

附图说明

图1为本实用新型所述的氢燃料电池双极板中的氢极板结构示意图；

图2为本实用新型所述的氢燃料电池双极板中的氢极板分区结构示意图；

图3为本实用新型所述的氢燃料电池双极板中的氧极板结构示意图；

图4为本实用新型所述的氢燃料电池双极板中的氧极板结构示意图。

其中，1氢极板，2氧极板，3密封槽，4定位销孔，5蛇形流道，6针状凸起；11氢极板进口区，12氢极板分配区，13氢极板反应区，14氢极板汇合区，15氢极板出口区；111氢极板氢入口，112氢极板空气入口，113氢极板冷却液入口；151氢极板氢出口，152氢极板空气出口，153氢极板冷却液出口；21氧极板进口区，22氧极板分配区，23氧极板反应区，24氧极板汇合区，25氧极板出口区；211氧极板氢入口，212氧极板空气入口，213氧极板冷却液入口；251氧极板氢出口，252氧极板空气出口，253氧极板冷却液出口。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

如附图1-2所示，本实用新型提供了一种复合流场的氢燃料电池双极板，包括氢极板1和氧极板2。

氢极板1包括氢极板进口区11、氢极板分配区12、氢极板反应区13、氢极板汇合区14、氢极板出口区15、密封槽3及定位销孔4；氢极板进口区11设置在氢极板1的一侧，氢极板出口区15设置在氢极板1的另一侧，通过将氢极板进口区与氢极板出口区异侧设置，避免了压差过大，提高了电池的寿命；氢极板进口区11通过氢极板分配区12与氢极板反应区13连通，氢极板出口区15通过氢极板汇合区14与氢极板反应区13连通；氢极板进口区11沿其宽度方向依次设置有氢极板氢入口111、氢极板空气入口112及氢极板冷却液入口113；氢极板出口区15沿其宽度方向依次设置有氢极板氢出口151、氢极板空气出口152及氢极板冷却液出口153。氢极板反应区13具有若干蛇形流道5，若干蛇形流道5平行设置；每个蛇形流道5的进口端与氢极板分配区12连通，每个蛇形流道5的出口端与氢极板汇合区14连通，通过将若干蛇形流道平行排布，由此减少了蛇形流道长度，降低了流道对压降过大的影响；增加了工作流体在流道内的留存时间，使得反应气体的利用率。

氧极板2包括氧极板进口区21、氧极板分配区22、氧极板反应区23、氧极板汇合区24、氧极板出口区25、密封槽3及定位销孔4；氧极板进口区21设置在氧极板2的一侧，氧极板出口区25设置在氧极板2的另一侧，通过将氧极板进口区与氧极板出口区异侧设置，避免了压差过大，提高了电池的寿命；氧极板进口区21通过氧极板分配区22与氧极板反应区23连通，氧极板出口区25通过氧极板汇合区24与氧极板反应区23连通；氧极板进口区21沿其宽度方向依次设置有氧极板氢入口211、氧极板空气入口212及氧极板冷却液入口213；氧极板出口区25沿其宽度方向依次设置有氧极板氢出口251、氧极板空气出口252及氧极板冷却液出口253；氧极板反应区21具有若干蛇形流道5，若干蛇形流道5平行设置；每个蛇形流道5的进口端与氧极板分配区22连通，每个蛇形流道5的出口端与氧极板汇合区25连通；通过将若干蛇形流道平行排布，由此减少了蛇形流道长度，降低了流道对压降过大的影响；增加了工作流体在流道内的留存时间，使得反应气体的利用率。

氢极板1的氢极板分配区12及氢极板汇合区14上均交错排布有针状凸起6；氧极板2的氧极板分配区22及氧极板汇合区24上均交错排布有针状凸起6；通过在氢极板分配区、氢极板汇合区、氧极板分配区及氧极板汇合区上设置针状凸起，有助于反应气体向后续流道到均匀分配气体，提高了燃料电池输出性能的稳定性。

本实用新型中氢极板上通过将氢极板进口区、氢极板分配区、氢极板反应区、氢极板汇合区及氢极板出口区依次配合连通设置，氧极板上通过将氧极板进口区、氧极板分配区、氧极板反应区、氧极板汇合区及氧极板出口区依次配合连通设置，实现了双极板之间气体流场的优化。

氢极板1上的密封槽3内设置有密封圈，氧极板2上的密封槽3上设置有密封圈，用于防止工作流体外漏。氢极板1上的定位销孔4设置在氢极板1的四个角上，氧极板2上的定位销孔4设置在氧极板2的四个角上；氢极板1及氧极板2之间通过定位销固定连接成一体，定位销穿设在定位销孔4中。

优选的，氢极板反应区13的蛇形流道5个数为五个，五个蛇形流道平行设置；氧极板反应区23的蛇形流道5个数为五个，五个蛇形流道平行设置。

本实用新型所述的一种复合流场的氢燃料电池双极板，通过采用若干蛇形流道平行排布的混合流道形式，有效的解决了现有双极板反应气体压降过大，分布不均匀，流道过长，流道堵塞等问题，提高了电池的排水能力及氢气的利用率，增加了燃料电池的稳定性。

如附图1、3中，箭头为气体流动方向，线条为导流线。

以上所述仅表示本实用新型的优选实施方式，任何人在不脱离本实用新型的原理下而做出的结构变形、改进和润饰等，这些变形、改进和润饰等均视为在本实用新型的保护范围内。