[发明专利]一种提高传质性能的燃料电池双极板流场结构

说明书

本发明公开了一种提高传质性能的燃料电池双极板流场结构，包括由基底板、第一挡板和第二挡板共同形成承载燃料电池双极板流场结构的流场区域，包括上游区域、交叉区域和下游区域；气体从上游区域进入流场区域，依次流经交叉区域、下游区域后流出流场区域；第一二阶结构固定设置于上游区域；交叉区域用于延长气体在流场区域的驻留时间；第二二阶结构固定设置于下游区域。本发明通过在流场中设计了交叉区域、第一二阶结构和第二二阶结构，促进反应产物进入扩散层反应，同时减少浓差极化，增强PEMFC内部物质传输，提高其性能，解决了强制对流的手段仅限于作用在单一的垂直方向的问题，同时，增大了气体在流场中的接触面积，提高反应物扩散效率。

技术领域

本发明涉及流场设计技术领域，尤其涉及一种提高传质性能的燃料电池双极板流场结构。

背景技术

双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键部件之一。流场结构显著影响燃料电池功率、电流密度分布、电压一致性等多个重要参数，从而决定其工作性能指标和使用寿命，是燃料电池结构设计的重要内容。为了提高PEMFC的反应物利用效率，对流场的几何结构进行改进设计是最直接的手段之一。

在目前的研究阶段中，为了提高反应气体的利用效率，在流道中添加挡板或堵块，目前针对挡板的研究，主要集中在挡板的高度，数量，排列方式带来的影响，然而，这些因素仅仅在气体流动的垂直方向上起作用，无法在流道内形成流动状态更复杂的流场。同时由于双极板与扩散层接触的流道表面积占电池总反应表面积的比例较低，是PEMFC流场设计中存在的另一个问题，常规的蛇形流场对气体流动起到的作用也仅限于单列流道中，无法在全局流场中引起更大范围的强制对流。

发明内容

本发明提供一种提高传质性能的燃料电池双极板流场结构，以克服上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种提高传质性能的燃料电池双极板流场结构，包括基底板、第一挡板、第二挡板；若干第一二阶结构、若干第二二阶结构；

所述基底板、所述第一挡板和第二挡板共同形成承载燃料电池双极板流场结构的流场区域；

所述流场区域包括沿所述基底板的中心线依次设置的上游区域、交叉区域和下游区域；气体从所述上游区域进入流场区域，依次流经交叉区域、下游区域后流出流场区域；

所述第一二阶结构固定设置于所述上游区域，用于当气体通过上游区域进入流场区域后，使得气体产生强制对流；

所述交叉区域用于增加气体流经途径，延长气体在流场区域的驻留时间；

所述第二二阶结构固定设置于所述下游区域，用于减小气体通过的横截面积，提高局部气体浓度。

进一步的，所述第一挡板固定设置于所述基底板顶部的一侧；所述第二挡板固定设置于所述基底板顶部的另一侧，且所述第一挡板与第二挡板平行设置。

进一步的，所述上游区域包括2n-1个上游挡板；所述上游挡板固定设置于所述基底板顶部；

2n-1个所述上游挡板依次均匀设置于所述第一挡板与所述第二挡板之间，且所述上游挡板平行于所述第一挡板；

所述第一挡板、依次设置的2n-1个上游挡板、所述第二挡板之间依次在所述基底板顶部形成第1个上游流道、第2个上游流道、……第2n个上游流道；其中，n为大于1的正整数；

所述第一二阶结构设置于所述第1个上游流道/第2个上游流道/……/第2n个上游流道的内部。

进一步的，所述第一二阶结构包括对称固定设置的第一三角椎体和第二三角锥体；