一种平行四边形组合挡板质子交换膜燃料电池双极板的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体而言是一种双极板，尤其涉及一种平行四边形组合挡板质子交换膜燃料电池双极板。


背景技术：

2.燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转化成电能的装置，是继水利发电、热能发电和原子发电的第四代发电技术，具有清洁、环保、效率高等性能特点。其中质子交换膜燃料电池(pemfc)以可低温运行、使用寿命长、性能稳定等优点，广泛应用于汽车、船舶等交通运输领域。双极板是燃料电池的主要组成部分，具有收集电子，隔离反应气体的作用，因此也被称为集流板或隔离板。双极板上带有的流场可以决定反应气体在燃料电池内的分布，同时影响反应生成的液态水排出。反应气体分布会影响电化学反应速率，进而影响局部温度；反应气体的不均匀分布会造成局部热点温度，影响电池性能和使用寿命。生成的液态水也会影响电池的性能，如果生成的液态水不能及时排出，会发生电池水淹现象，导致电池性能快速下降。常见的流场结构主要有平行流场、蛇形流场、交指流场、螺旋流场等。但含有这些流场的双极板在性能方面存在一定问题，需要进行优化和新的设计。
3.1.含有平行流场的双极板。平行流场具有结构简单，加工成本低，压降小等优点，但由于气体流速较低，气体利用率低，无法及时排出液态水，容易造成一条或多条通道阻塞，导致电池性能下降。
4.2.含有蛇形流场的双极板。蛇形流场具有一条流道，可以有效排出液态水，但也导致其压降过大；由于反应的消耗导致出口处浓差损失过大，导致反应气体分布不均匀。
5.3.含有交指流场的双极板。交指流场是由封闭的流道组成，迫使反应气体通过肋下对流，有利于增加气体扩散层中反应物的浓度，同时有利于排出气体扩散层中的液态水。但由于其封闭的流道导致压降较大；同时气流量较大时会导致膜电极损坏，造成电池永久损伤。
6.4.含有螺旋流场的双极板。螺旋流场由螺旋流道组成，反应气体通过螺旋流场时产生的离心力作用可以加强反应气体的肋下对流，增强传质。但螺旋流场加工难度大，有效面积小，压降大，因此不适合广泛应用。


技术实现要素：

7.为解决气体分布不均匀，压降大，以及液态水的排出问题，设计一种平行四边形组合挡板质子交换膜燃料电池(pemfc)双极板，双极板内的平行四边形组合挡板有扰流作用，增强传质；双极板整体呈对称分布，保证反应气体分布均匀，进而保证电池长期稳定运行。。
8.本实用新型采用的技术手段如下：
9.一种平行四边形组合挡板质子交换膜燃料电池双极板，包括双极板本体，所述双极板本体的顶部设有进气口和与所述进气口连通的进气通道，所述双极板本体的底部设有出口和与所述出口连通的排出通道，所述双极板本体内设有平行四边形组合流场，所述平
行四边形组合流场包括多个水平排列且呈竖直设置的组合流道；
10.所述组合流道包括第一主流道和对称设置在所述第一主流道两侧的子流道组，所述子流道组包括多个由上至下依次排列的子流道，所述子流道靠近所述第一主流道的一端与所述第一主流道连通，所述第一主流道上设有多个由上至下依次排列的第一密封挡板，所述第一密封挡板封堵所述第一主流道，所述第一主流道的顶部与设置在所述进气通道上的分进气口连通，所述第一主流道的底部与所述排出通道连通；
11.相临两个所述组合流道之间的间隙形成第二主流道，所述子流道靠近所述第二主流道的一端与所述第二主流道连通；所述第二主流道上设有多个由上至下依次排列的第二密封挡板，所述第二密封挡板封堵所述第二主流道，所述第二主流道的顶部被所述第二密封挡板密封，且所述第二主流道的底部被出口处挡板密封。
12.优选地，所述子流道远离所述第一主流道的一端斜向上倾斜。
13.优选地，所述子流道与水平方向的夹角α为15
‑
60
°
。
14.优选地，所述第一密封挡板呈v字形，且其两侧向上倾斜的角度与所述子流道的倾斜角度相匹配。
15.优选地，所述第二密封挡板呈倒置的v字形，且其两侧与所述第一密封挡板的两侧平行。
16.优选地所述第一主流道宽度为1～3mm。
17.优选地所述子流道宽度为0.5
‑
1.5mm。
18.优选地，所述平行四边形组合流场是由多个水平排布的流道肋组与所述双极板本体固定连接形成；相临两个所述流道肋组之间的间隙形成所述第二主流道；
19.所述流道肋组是由上至下依次排列的多个肋板组与所述双极板本体固定连接形成；
20.所述肋板组包括由上至下依次设置的第一肋板组、第二肋板组、所述第一密封挡板和第三肋板组；
21.所述第一肋板组、所述第二肋板组和所述第三肋板组分别包括两个左右对称设置的第一肋板、第二肋板和第三肋板，且两个所述第一肋板、两个所述第二肋板和两个所述第三肋板之间的水平间距相同，所述间距为所述第一主流道的宽度；同一侧的所述第一肋板与所述第二肋板之间的间隙、所述第二肋板与所述第一密封挡板之间的间隙、所述第一密封挡板与所述第三肋板之间的间隙和所述第三肋板与所述第一肋板之间的间隙形成所述子流道；
22.两个所述第一肋板、两个所述第二肋板和两个所述第三肋板相靠近的一端倾斜向下设置；
23.同一肋板组中的所述第一肋板的端部同与此所述肋板组水平相临的肋板组中的第一肋板的端部固定连接，形成所述第二密封挡板。
24.所述出口处挡板为三角形挡板。
25.所述第一肋板、第二肋板和第三肋板呈平行四边形结构。
26.较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
27.1、本实用新型采用漏斗状进气分进口，结合横向进气通道可以保证反应气体均匀进入流场，同时提高气体进入流场的速度，进而提高气体扩散层内反应气体的浓度。
28.2、组合流道具有聚流和分流作用，促使反应气体均匀分布在整个流场。同时由于挡板的扰流作用，有利于反应气体进入气体扩散层，增强传质。
29.3、有利于液态水的排出。
30.4、流场出口处采用三角形挡板，有利于未反应气体和生成的液态水顺利排出，防止发生电池水淹现象。
31.基于上述理由本实用新型可在双极板等领域广泛推广。
附图说明
32.为了更清楚地说明本实用新型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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本实用新型具体实施方式中一种平行四边形组合挡板质子交换膜燃料电池双极板结构示意图。
34.图2为图1中a部放大图。
35.图3为图1中b部放大图(带有气体流动方向示意图)。
36.图4为本实用新型具体实施方式中肋板组尺寸示意图。
具体实施方式
37.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
38.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
39.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
40.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
41.在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
42.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
43.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
44.如图1～4所示，一种平行四边形组合挡板质子交换膜燃料电池双极板，包括双极板本体1，所述双极板本体1的顶部设有进气口2和与所述进气口2连通的进气通道3，所述双极板本体1的底部设有出口11和与所述出口11连通的排出通道10，所述双极板本体1内设有平行四边形组合流场，所述平行四边形组合流场包括多个水平排列且呈竖直设置的组合流道；
45.所述组合流道包括第一主流道7和对称设置在所述第一主流道7两侧的子流道组，所述子流道组包括多个由上至下依次排列的子流道8，所述子流道8靠近所述第一主流道7的一端与所述第一主流道7连通，所述第一主流道7上设有多个由上至下依次排列的第一密封挡板12，所述第一密封挡板12封堵所述第一主流道7，所述第一主流道7的顶部与设置在所述进气通道3上的分进气口4连通，所述第一主流道7的底部与所述排出通道10连通；
46.相临两个所述组合流道之间的间隙形成第二主流道13，所述子流道8靠近所述第二主流道13的一端与所述第二主流道13连通；所述第二主流道13上设有多个由上至下依次排列的第二密封挡板14，所述第二密封挡板14封堵所述第二主流道13，所述第二主流道13的顶部被所述第二密封挡板14密封，且所述第二主流道13的底部被出口处挡板9密封。
47.优选地，所述子流道8远离所述第一主流道7的一端斜向上倾斜。
48.优选地，所述子流道8与水平方向的夹角α为15
‑
60
°
。
49.优选地，所述第一密封挡板12呈v字形，且其两侧向上倾斜的角度与所述子流道8的倾斜角度相匹配。
50.优选地，所述第二密封挡板14呈倒置的v字形，且其两侧与所述第一密封挡板12的两侧平行。
51.优选地，所述平行四边形组合流场是由多个水平排布的流道肋组与所述双极板本体1固定连接形成；相临两个所述流道肋组之间的间隙形成所述第二主流道12；
52.所述流道肋组是由上至下依次排列的多个肋板组与所述双极板本体1固定连接形成；
53.所述肋板组包括由上至下依次设置的第一肋板组、第二肋板组、所述第一密封挡板12和第三肋板组；
54.所述第一肋板组、所述第二肋板组和所述第三肋板组分别包括两个左右对称设置的第一肋板5、第二肋板6和第三肋板15，且两个所述第一肋板5、两个所述第二肋板6和两个所述第三肋板15之间的水平间距相同，所述间距为所述第一主流道7的宽度；同一侧的所述第一肋板5与所述第二肋板6之间的间隙、所述第二肋板6与所述第一密封挡板12之间的间隙、所述第一密封挡板12与所述第三肋板15之间的间隙和所述第三肋板15与所述第一肋5板之间的间隙形成所述子流道8；
55.两个所述第一肋板5、两个所述第二肋板6和两个所述第三肋板15相靠近的一端倾斜向下设置；
56.同一肋板组中的所述第一肋板5的端部同与此所述肋板组水平相临的肋板组中的第一肋板5的端部固定连接，形成所述第二密封挡板15。
57.所述出口处挡板9为三角形挡板。
58.所述第一肋板5、第二肋板6和第三肋板15呈平行四边形结构。
59.所述第一肋板5、所述第二肋板6、所述第三肋板15、所述第一密封挡板12和所述第二密封挡板14板厚a为0.5～1mm。
60.所述第一主流道7宽度b为1～3mm。
61.所述子流道8宽度c为0.5
‑
1.5mm。
62.所述第二肋板6和所述第三肋板15长度d为2～5mm。
63.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。