阅读说明：本技术 一种新型的具有波浪形结构与脊下流道耦合质子交换膜燃料电池双极板 (Novel bipolar plate with wave-shaped structure and under-ridge flow channel coupling proton exchange membrane fuel cell ) 是由 王鸿雨 腾飞 王国栋 蒋磊 孙俊才 于 2021-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种新型的具有波浪形结构与脊下流道耦合质子交换膜燃料电池双极板,包括：周期性波纹状结构、脊下结构、出入口、气体分散柱、双极板本体、扩散槽；双极板本体上设有扩散槽；扩散槽两端设有所述出入口；气体分散柱位于出入口内侧,扩散槽内的由一端的气体分散柱至另一端的气体分散柱平行设置有多列所述周期性波纹结构,任意两列周期性波纹结构之间设有脊下结构。本发明既可以明显改善平行流场分流效果,又能够提升质子交换膜燃料电池内部物质传输。相比于传统平行流道,脊下反应物浓度明显增加,生成物浓度明显减少,物质、温度以及电流密度分布更加均匀。有效减小了浓差极化,提高质子交换膜燃料电池整体性能。(The invention discloses a novel bipolar plate with a corrugated structure and an under-ridge runner coupling proton exchange membrane fuel cell, which comprises: the device comprises a periodic corrugated structure, an under-ridge structure, an inlet and an outlet, a gas dispersion column, a bipolar plate body and a diffusion groove; the bipolar plate body is provided with a diffusion groove; the two ends of the diffusion groove are provided with the inlet and the outlet; the gas dispersion column is positioned at the inner side of the inlet and the outlet, a plurality of rows of periodic corrugation structures are arranged in parallel from the gas dispersion column at one end to the gas dispersion column at the other end in the diffusion groove, and an under-ridge structure is arranged between any two rows of periodic corrugation structures. The invention can not only obviously improve the shunting effect of the parallel flow field, but also improve the material transmission in the proton exchange membrane fuel cell. Compared with the traditional parallel flow channel, the concentration of reactants under the ridge is obviously increased, the concentration of products is obviously reduced, and the distribution of substances, temperature and current density is more uniform. Effectively reduces concentration polarization and improves the overall performance of the proton exchange membrane fuel cell.)

一种新型的具有波浪形结构与脊下流道耦合质子交换膜燃料 电池双极板

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，尤其涉及一种新型的具有波浪形结构与脊下流道耦合质子交换膜燃料电池双极板。

背景技术

在质子交换膜燃料电池流场结构中，主要有对流场整体形式的结构以及通过增加阻块、结构波纹流道结构减少流道体积的方法。

其中，对于流场整体形式的结构，主要有蛇形，交指形，平行等流场。蛇形、交指形等新型流场可以促进质子交换膜燃料电池内物质传输，但是压降大，加工复杂是其主要缺点。平行流场压降小，易于加工，是目前应用最多的流场形式。通过增加阻块，一方面强迫反应气体进入扩散层，另一方面也有助于生成水的排出。这将提高物质传输能力，减小浓差极化的影响，提高质子交换膜燃料电池性能。但是，这种方法会引起巨大的压降差，导致额外的能量消耗产生。

波纹状流场具有周期性结构起伏的波浪结构，也可以产生强制对流，促进质子交换膜燃料电池内物质运输进而提高质子交换膜燃料电池性能，而相对于增加阻块的方法，其引起的压降差较小。然而，增加阻块、结构波纹流道结构仅是使更多的气体由流道进入扩散层，而流道下扩散层内和脊下扩散层内物质传输特性是不一样的。脊下部分反应气体难以进入以及生成的水不易排出。

发明内容

本发明提供一种新型的具有波浪形结构与脊下流道耦合质子交换膜燃料电池双极板，以解决上述问题。

本发明包括：周期性波纹状结构、脊下结构、出入口、气体分散柱、双极板本体、扩散槽；双极板本体上设有扩散槽；扩散槽两端设有出入口；气体分散柱位于出入口内侧，扩散槽内的由一端的所述气体分散柱至另一端的气体分散柱平行设置有多列所述周期性波纹结构，任意两列周期性波纹结构之间设有所述脊下结构。

进一步地，周期性波纹状结构为长条状表面有多个重复波浪结构，周期性波纹状结构的长度为1mm-5mm，宽度为0.8mm，流道高度为0.1mm-0.8mm，波浪数为4-18个；周期性波纹状结构靠近出入口的一端距离出入口为2mm。

进一步地，脊下结构由4-18个重复的脊下单元组成，脊下单元位于相邻直流道波浪最低处正下方，脊下单元为位于流道底处交叉相连的结构，脊下单元的长度为1mm-5mm，宽为0.1mm-0.2mm，高为0.1mm-0.2mm，脊下单元连通周期性波纹状结构的波浪最底端。

进一步地，出入口尺寸的长为1-3mm，宽为1-3mm，高为1-1.6mm；出入口内侧有多排气体分散柱,靠近周期性波纹状结构一侧的气体分散柱中心与周期性波纹状结构对齐，气体分散柱半径为0.6mm-0.8mm，高度0.4-0.8mm，每一个气体分散柱圆心横向之间的距离为1-2mm，纵向之间的距离为0.5mm-1.5mm。

进一步地，双极板本体的长为30mm-40mm，宽为20-30mm，高为1.6mm。本发明既可以明显改善平行流场分流效果，又能够提升质子交换膜燃料电池内部物质传输。相比于传统平行流道，脊下反应物浓度明显增加，生成物浓度明显减少，物质、温度以及电流密度分布更加均匀。有效减小了浓差极化，提高质子交换膜燃料电池整体性能。

附图说明

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体结构图；

图2为本发明实验对比图；

图3为本发明俯视图；

图4为本发明周期性波纹结构放大图；

图5为本发明脊下结构放大图；

图6为本发明气体分散柱放大图。

附图标号说明：

1、周期性波纹状结构；2、脊下结构；3、出入口；4、气体分散柱；6、双极板本体；7、扩散槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

实施例1

如图1、图3所示：

本发明包括：周期性波纹状结构1、脊下结构2、出入口3、气体分散柱4、双极板本体5、扩散槽6；双极板本体5上设有扩散槽6；扩散槽两端设有所述出入口3；气体分散柱4位于所述出入口3内侧，扩散槽6的一端至另一端平行设置有多列周期性波纹结构1，脊下结构2位于任意两列周期性波纹结构1之间。

如图4所示，周期性波纹状结构1为长条状表面有多个重复波浪结构，所述周期性波纹状结构1的长度为1mm-5mm，宽度为0.8mm，流道高度为0.1mm-0.8mm，波浪数为4-18个；所述周期性波纹状结构1距离进入流道出入口2mm，所述周期性波纹状结构1是直流道。

具体而言，周期性波纹状结构会使气体在运动过程中速度矢量也产生周期性的变化，这将产生强制对流效果，增强流道与扩散层内物质交换。

如图5所示，任意两列所述周期性波纹状结构1之间设置有多列脊下结构2，每一列脊下结构2由4-18个重复的脊下单元组成，所述重复的脊下单元位于相邻直流道波浪最低处正下方，重复的脊下单元流道底处交叉相连的结构，重复的脊下单元的长度为1mm-5mm，宽为0.1mm-0.2mm，高为0.1mm-0.2mm，重复的脊下单元连通所述周期性波纹状结构1的波浪最底端，距离流道出入口分别为2mm。

具体而言，脊下流道可以增强脊下扩散层和流道下扩散层之间的物质传输。

如图6所示，出入口3尺寸的长为1-3mm，宽为1-3mm，高为1-1.6mm；所述出入口3内侧有多排所述气体分散柱4,靠近所述周期性波纹状结构1一侧的气体分散柱4中心与周期性波纹状结构1对齐，半径为0.6mm-0.8mm，高度0.4-0.8mm，每一个气体分散柱4圆心横向之间的距离为1-2mm，纵向之间的距离为0.5mm-1.5mm；气体分散柱4的个数由入口方向为13、10、7、4。

双极板本体5的长为30mm-40mm，宽为20-30mm，高为1.6mm。

实施例2

质子交换膜燃料电池运行时，气体通过入口进入流道。首先进入到扩散区域，此区域包含有很多气体分散柱阻隔，气体流经此处后可以均匀的流向下一流道区域。在流道区域，周期装结构起伏的波浪结构可以产生垂直于流道方向的速度分量，产生强制加强流道与流道下扩散层内物质交换。其次，在各流道之间的脊下流道还能够加强脊下扩散层与流道下扩散层之间的物质交换。

如图2所示，新型流道在电压0.4V下，电流密度提升4％，有效缓解了高电流密度下的浓差极化损失。

整体有益效果：

本发明既可以明显改善平行流场分流效果，又能够提升质子交换膜燃料电池内部物质传输。相比于传统平行流道，脊下反应物浓度明显增加，生成物浓度明显减少，物质、温度以及电流密度分布更加均匀。有效减小了浓差极化，提高质子交换膜燃料电池整体性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。