具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“接触”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了解决现有燃料电池的双极板采用渐缩流道在实际加工中不容易实现，尤其对于对于长度较长或渐缩程度较大的流道，中后段的流道变得极其细密(流道数量不变但流道宽度降低)，需要极其精密的加工手段，有些甚至出现材料无法成型的情况，本实施例为了更好利用渐缩流道的优势，同时避免渐缩流道难以成型加工的情况，本实施例提出了一种氢燃料电池的双极板。

如图1-图4所示，双极板上设有渐缩流道结构，渐缩流道结构包括相对设置的第一边1和第二边2，第一边1的长度大于第二边2的长度，第一边1和第二边2之间形成有多条内凹的流道3和多条外凸的脊背4，脊背4形成于相邻流道3之间；流道3的第一端(即流道3入口)和脊背4的第一端位于第一边1上，流道3的第二端(流道3出口)和脊背4的第二端位于第二边2上，反应气流在流道3内由第一边1向第二边2的方向流通，流道3和脊背4的宽度由反应气流流通方向呈逐渐变小的趋势；双极板上形成多个流场级，多个流场级沿反应气体流动方向上逐级布置，每个流场级中包括至少一个渐缩流道结构。

本实施例公开的渐缩流道结构的设计充分考虑燃料电池流场中工质流动过程中反应气体浓度逐渐下降的特点，将流场中后段的反应活性面积适当减小，从而避免了流场中后段催化层反应气体“饥饿”以及由此引发的腐蚀和反极情况，同时渐缩的流道3起到加速反应气体流动的作用，强化了末端的排水，避免水淹的发生。若仅设置一个流场级，为了增加流场区域面积，不得不增加流道3长度或降低流道3渐缩率，这样带来了不利后果，在流道3进口区域流道3宽度过大，而在流道3出口区域流道3宽度过小，不利于加工成型。针对在流场中后段的流道3变得极其细密不易加工成型的情况，本实施例通过设置多个流场级，且多个流场级沿气体流动方向上逐级布置，这种方案能够做到在增大流场区域面积的同时避免采用过长的渐缩流道，整个流场所包含的流道3特征基本一致，确保了在成型过程中材料形变特征的一致性。

进一步可选地，如图2所示，渐缩流道结构中第一边1和第二边2呈相互平行的弧线，多条流道3以相同的长度沿第一边1或第二边2的周向设置形成扇形流场。第一边1为扇形的外弧线，第二边2为扇形的内弧线。渐缩流道结构在入口处的流道3宽度(包括脊背4宽度)均宽于出口，在实际设计中，为了保证流量能够在所有流道3中均匀分配，就要求所有流道3的流动阻力一致，因此应保证所有流道3的长度一致。这就需要渐缩流道结构的设计应按照如图2所示的方式分布于同心圆形区域上，即形成一个扇形流场，其中流道3的进口位置分布在外弧线，出口位置分布在内弧线，这样每条流道3的长度均为两个同心圆的半径差:R1-R2。

进一步的，为了保证反应气流在扇形流场中的均匀分配以及流速一致，每条流道3距离所述第一边1或所述第二边2相同距离处的宽度相同；和/或每条脊背4距离所述第一边1或所述第二边2相同距离处的宽度相同。

进一步可选地，同一流场级中包括多个扇形流场，多个扇形流场围绕同一圆心布置，且该圆心距离每个扇形流场的第二边2的距离相同。扇形流场中流道3的绝对渐缩率为两个同心圆的半径比，相对渐缩率为绝对渐缩率与流道3长度之比。显然，流道3长度越大，相对渐缩率越小。对于同一流场级，为了增加流场面积，可通过阵列的方式将多个扇形流场围绕一个圆心进行布置，如图3所示，可布置为更大的扇形区域或直至成为一个圆形区域。在实际设计过程中，还可将模块化的扇形区域轻微变形为梯形区域以便于加工。

进一步可选地，每个流场级中包括多个扇形流场，同一流场级中的多个扇形流场围绕同一圆心布置形成环形流场。在一个具体实施方式中，双极板上设有两个流场级，如图4所示，这两个流场级中的扇形流场为荣同一个圆心布置呈环形流场。位于内环的扇形流场与位于外环的扇形流场采用相近或相同的渐缩率，相邻流场级之间间隙设置形成了用于汇流和混合的过渡区域。这种方案能够做到在增大流场区域面积的同时避免采用过长的渐缩流道，整个流场所包含的流道3特征基本一致，确保了在成型过程中材料形变特征的一致性。除此之外，还可以按照相似的方式设计三级或更多级的流场级。

进一步可选地，相邻的流场级之间，其中一个流场级中的流道3与另一个流场级中的脊背4相对，其中一个流场级中的脊背4与另一个流场级中的流道3相对。

进一步可选地，为了便于成型加工，将同一流场级中的流道3和脊背4的渐缩率相同；和/或，不同流场级中的流道3和脊背4的渐缩率相同；同一流场级中的流道3和脊背4的长度相同；和/或，不同流场级中的流道3和脊背4的长度相同。

进一步可选地，双极板包括背向设置的正面和反面，双极板的正面和反面中的一个上形成阴极流场，双极板的正面和反面中的另一个上形成阳极流场，阴极流场和阳极流场上分别设有渐缩流道结构；

位于阴极流场中的渐缩流道结构中的脊背4对应于阳极流场的渐缩流道结构中的流道3，位于阴极流场中的渐缩流道结构中的流道3对应于阳极渐缩流道结构中的的脊背4。

本实施例还提出了一种氢燃料电池，包括膜电极和多块层叠设置的上述任一项的双极板，膜电极位于相邻两块双极板之间，流道3与膜电极之间形成反应气流通路，脊背4与膜电极相接触，反应气体通过流道3流动，在流动过程中向膜电极进行扩散并进行反应。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。