[發明專利]一種仿魚鱗網狀燃料電池雙極板流道場結構

在審

• 申請號: 202211451915.5
• 申請日: 2022-11-21
• 公開（公告）號: CN115799557A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 林開杰;顧冬冬;喬競馳;陜俊豪;王銳;王超超;孫建峰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01M8/026
• 分類號: H01M8/026;H01M8/0265
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華

本發明公開了一種仿魚鱗網狀燃料電池雙極板流道場結構，包括反應氣體進口、氣體流道場、反應氣體出口。流場結構由不同數量的鱗形肋結構交錯排布組成，氣體通過肋間溝槽從反應氣體進口運輸至反應氣體出口，不同弧形流道相連形成波紋狀仿魚鱗的網狀流道結構。本發明根據魚鱗的自然結構特征及分布規律設計雙極板流場，有效地提升了雙極板流場性能及燃料電池效率。

技術領域

本發明涉及一種燃料電池雙極板流道場結構，特別是一種仿魚鱗網狀燃料電池雙極板流道場結構。

背景技術

隨著科技的進步與發展，人類對能源的需求越來越嚴重，傳統化石燃料因環境污染、不可再生等問題將日益被人類社會淘汰。氫能作為一種新型綠色能源，因較高的能量密度、產物無污染等優點，被視為未來能源架構的重要組成。質子交換膜燃料電池是一種可直接將氫氣中的化學能轉化為電能的裝置，其工作產物僅有水，是一種清潔高效的能源裝置。質子交換膜由質子交換膜、催化層、氣體擴散層及雙極板組成，其中雙極板作為質子交換膜燃料電池的關鍵部件，占總體重量的70％及總成本的40％，其主要功能為傳輸反應氣體、收集電流、支撐燃料電池組等功能。雙極板表面具有與進氣口/出氣口相通的流道結構，反應氣體通過流道結構進入雙極板并向氣體擴散層、催化層擴散，因此雙極板表面的流場結構直接影響氣體在雙極板及燃料電池中的分布，進而直接影響燃料電池的整體工作效率。

傳統燃料電池雙極板結構主要包括平行流道、蛇形流道等。傳統雙極板流道結構特征簡單，加工成形時的難度較小，但簡單的流場結構會導致雙極板內部出現傳輸受阻、氣體堵塞、水分滯留等問題，導致雙極板流場性能下降，甚至燃料電池失效等問題。

發明內容

發明目的：本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種仿魚鱗網狀燃料電池雙極板流道場結構。

為了解決上述技術問題，本發明公開了一種仿魚鱗網狀燃料電池雙極板流道場結構，包括：反應氣體進口、氣體流道場以及反應氣體出口；其中氣體流道場為雙極板結構；反應氣體由反應氣體進口進入氣體流道場，通過氣體流道場中的溝槽從反應氣體出口排出。

所述氣體流道場雙極板結構為矩形，接觸面積為40mm×40mm。

所述氣體流道場的流場結構由鱗形肋結構交錯排布組成，氣體通過肋間溝槽從反應氣體進口運輸至反應氣體出口。

所述鱗形肋結構的弧形邊緣結構根據魚鱗的自然結構特征確定，且肋結構為軸對稱設計；鱗形肋結構的橫向尺寸d1與縱向尺寸d2的比值為：0.66比1，鱗形肋結構的高度h為1mm。

所述鱗形肋結構根據魚鱗分布特征交錯排布，橫向鱗形肋結構在同一水平線分布，其間距為1mm；縱向鱗形肋結構呈交錯分布，下一級的鱗形肋結構在上一級鱗形肋結構的中線分布，且其垂直方向間距為1-2mm。

所述鱗形肋結構交錯排布形成網狀流道，流道寬度為1-2mm，流道高度為1mm，流道截面均為矩形結構，弧形流道的結構特征與鱗形肋結構邊緣結構特征相同，不同弧形流道相連形成波紋狀仿魚鱗的網狀流道結構。

所述反應氣體進口根據魚鱗生長方向及結構特征，設計在靠近鱗形肋結構尖端的位置，反應氣體出口設計于鱗形肋結構尖端的對側位置。

所述反應氣體進口與反應氣體出口平行分布。

所述鱗形肋結構的尺寸根據氣體流道場的尺寸及活性反應面積進行同比例放大或縮小。

所述結構的性能檢測方法，包括以下步驟：

步驟一，設計仿魚鱗網狀燃料電池雙極板流道場結構；

步驟二，建立仿魚鱗網狀燃料電池雙極板流道場及質子交換膜燃料電池的三維幾何模型；

步驟三，對仿魚鱗網狀燃料電池雙極板流道場及質子交換膜燃料電池的幾何結構進行網格劃分；