本发明专利技术涉及一种增强流体扰动的燃料电池双极板，包括阳极板(1)和阴极板(2)，该阳极板(1)和阴极板(2)包括若干极板单元(3)，所述的极板单元(3)包括左脊板(311)、左侧板(321)、中脊板(312)、右侧板(322)和右脊板(313)，各脊板采用波浪形曲面构造，并且相邻两脊板构造曲面的波峰保持一定间距，各侧板连接相邻两脊板并采用放样曲面构造，两极板背靠背贴合安装。该双极板结构可以实现流体的分流和碰撞，产生垂直于反应平面的强制对流，显著增强流体多方位扰动。与现有技术相比，本发明专利技术可以同时强化阳、阴极流场的物质传输特性以及冷却流场的换热效率，进而提高燃料电池的输出性能，而且该结构适于批量化生产。构适于批量化生产。构适于批量化生产。
【技术实现步骤摘要】
一种增强流体扰动的燃料电池双极板
[0001]本专利技术属于燃料电池
，涉及一种增强流体扰动的燃料电池双极板。
技术介绍
[0002]氢能作为一种环境友好的绿色能源越来越受到关注，质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种能够直接将氢能转换为电能的动力装置，具有可在低温环境快速启动、低热辐射、低噪声、低排放和高功率密度等突出优点，在交通运输、固定电站和航空航天等领域具有广泛的应用前景。PEMFC主要由双极板(BPP)、膜电极组件(MEA)、密封元件等零部件组成。BPP作为燃料电池的关键组件，除了具有结构支撑和电流传导的作用，其中分布的流场还可以促进反应物及冷却液均匀分配，并及时排出反应产物，是燃料电池进行水气管理的重要场所，因此，BPP的结构设计非常关键。
[0003]随着关键技术不断革新，PEMFC的功率密度得到了长足的进步，但距离大规模的商业化应用还有很大的提升空间。具有高扰动特性的流场可以促进燃料电池的物质传输、排水和换热，能够显著提高反应均匀性和电池输出性能，是BPP结构设计的重要方向。
[0004]经过现有技术文献的检索发现，中国专利技术专利CN109643809A公开了一种啮合式超薄金属双极板及其三维流场，该专利技术通过梯形截面并结合波浪形底面的流道结构设计来增强燃料电池中的流体扰动，但该设计依然保留传统的脊槽结构，脊下部分的气体扩散层(GDL)被压缩，因此对整个流场水气传输性能提升有限。韩国专利技术专利KR102034457B1公开了一种燃料电池用气流隔板，该专利技术通过分布多个三维通孔元件有效的分离气体和液体流通区域，避免反应物传质路径堵塞，同时利用通孔元件改变气体流动路径形成有利于装置排水的紊流状态，但该专利技术不具备密封性，无法单独作为燃料电池电堆的极板使用，而且生产成本较高。中国专利技术专利CN113823809A公开了一种燃料电池双极板的流场结构，该专利技术在每块极板表面设计“十”字型凸台阵列，通过凸台之间形成的网状气体流通路径增强流场强制对流，强化燃料电池内部的传质效果和换热效率，但该专利技术中极板表面为简单的平面，而且气体流通路径的截面保持一致，难以产生垂直于反应平面方向的强制对流。综上所述，已公开的具有高扰动特性的燃料电池极板结构虽然在一定程度上能够增强流体扰动，但依旧存在许多问题，包括：不具备密封性，生产成本较高以及流体扰动提升有限等，这也进一步限制了现有技术的实际应用效果。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种增强流体扰动的燃料电池双极板，本专利技术密封性良好，既能增强流体扰动，提高燃料电池水气管理性能，又便于制造装配。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种增强流体扰动的燃料电池双极板，包括阳极板和阴极板，该阳极板和阴极板包括若干极板单元，所述的极板单元包括左脊板、左侧板、中脊板、右侧板和右脊板，所述的
左脊板、中脊板和右脊板采用波浪形曲面构造，所述的左侧板连接左脊板和中脊板，所述的右侧板连接右脊板和中脊板。
[0008]进一步地，所述的左脊板和右脊板构造曲面的波峰保持一致，并与中脊板构造曲面的波峰保持一定间距。
[0009]进一步地，所述的左脊板、中脊板和右脊板构造曲面按照余弦函数、正弦函数、高斯函数或多项式函数进行设计。
[0010]作为优选的技术方案，所述的左脊板和右脊板构造曲面的描述函数为f1，所述的中脊板构造曲面的描述函数为f2，所述的左脊板和右脊板构造曲面与中脊板构造曲面的波峰间距为L1，两种构造曲面的描述函数可以为多种，以余弦函数为例：
[0011]f1＝0.5Acos(2πxL2‑1)，x∈[0，L2][0012]f2＝
‑
0.5Acos(2πxL2‑1)，x∈[0，L2][0013]其中，A为极板单元对应流场的最大高度，L2为极板单元的长度。
[0014]所述的左脊板的宽度为W
11
，所述的左侧板的宽度为W
21
，所述的中脊板的宽度为W
12
，所述的右侧板的宽度为W
22
，所述的右脊板的宽度为W
13
，所述的左脊板、左侧板、中脊板、右侧板和右脊板的厚度都为t。
[0015]作为优选的技术方案，所述的左脊板和右脊板构造曲面与中脊板构造曲面的波峰间距以及极板单元的长度和高度可以根据需求进行调整。
[0016]作为优选的技术方案，所述的左脊板、左侧板、中脊板、右侧板和右脊板的宽度和厚度可以根据需求进行调整。
[0017]进一步地，所述的左侧板和右侧板采用放样曲面构造。
[0018]进一步地，所述的左侧板通过以左脊板和中脊板轮廓为引导路径的放样曲面构造，所述的右侧板通过以右脊板和中脊板轮廓为引导路径的放样曲面构造。
[0019]进一步地，所述的左侧板构造曲面的引导路径可以根据需求在左脊板和中脊板轮廓(构造曲面描述函数)的基础上设置自定义辅助约束路径，所述的右侧板构造曲面的引导路径可以根据需求在右脊板和中脊板轮廓(构造曲面描述函数)的基础上设置自定义辅助约束路径。
[0020]进一步地，所述的阳极板和阴极板包括周期排列的单一极板单元或混合排列的多种极板单元。
[0021]进一步地，所述的阳极板和阴极板背靠背安装，在阳极板和阴极板的波谷区域贴合，在阳极板和阴极板的接触区域焊接形成一体化的双极板结构。
[0022]作为优选的技术方案，所述的阳极板和阴极板均采用不锈钢或钛合金等金属合金薄板经冲压工艺获得，一体化的双极板结构采用激光焊接工艺或电阻点焊焊接工艺获得。
[0023]作为优选的技术方案，所述的阳极板和阴极板的安装方式可以根据冷却流场的流通阻力、双极板接触电阻和双极板高度等设计需求沿反应平面方向进行调整。
[0024]进一步地，相邻极板单元中的阳极反应物流通区域相互贯通，阴极反应物流通区域相互贯通，冷却液流通区域相互贯通。
[0025]进一步地，所述的阳极板上表面的流通区域形成双极板的阳极流场，所述的阴极板下表面的流通区域形成双极板的阴极流场，所述的阳极板下表面与阴极板上表面间的流通区域形成双极板的冷却流场。
[0026]作为优选的技术方案，双极板中的阴极反应物流通方向与阳极反应物流通方向相反，并且与冷却液流通方向互相垂直。
[0027]作为优选的技术方案，双极板中的阴极反应物选择氢气，阳极反应物选择空气/氧气。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0029](1)本专利技术可以实现流体的分流和碰撞，并促使其产生垂直于反应平面的强制对流，显著增强流体多方位扰动，对于提升流场物质传输特性和换热效率具有重要意义；
[0030](2)本专利技术保证了极板的密封性，通过将阳极板和阴极板背靠背连接便可以形成具有高扰动特点的阳极流场、阴极流场和冷却流场，相对现有技术节省材料，更适合于组建大功率燃料电池电堆；
[0031](3)本专利技术采用本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种增强流体扰动的燃料电池双极板，包括阳极板(1)和阴极板(2)，其特征在于，该阳极板(1)和阴极板(2)包括若干极板单元(3)，所述的极板单元(3)包括左脊板(311)、左侧板(321)、中脊板(312)、右侧板(322)和右脊板(313)，所述的左脊板(311)、中脊板(312)和右脊板(313)采用波浪形曲面构造，所述的左侧板(321)连接左脊板(311)和中脊板(312)，所述的右侧板(322)连接右脊板(313)和中脊板(312)。2.根据权利要求1所述的一种增强流体扰动的燃料电池双极板，其特征在于，所述的左脊板(311)和右脊板(313)构造曲面的波峰保持一致，并与中脊板(312)构造曲面的波峰保持一定间距。3.根据权利要求1所述的一种增强流体扰动的燃料电池双极板，其特征在于，所述的左脊板(311)、中脊板(312)和右脊板(313)构造曲面按照余弦函数、正弦函数、高斯函数或多项式函数进行设计。4.根据权利要求1所述的一种增强流体扰动的燃料电池双极板，其特征在于，所述的左侧板(321)和右侧板(322)采用放样曲面构造。5.根据权利要求4所述的一种增强流体扰动的燃料电池双极板，其特征在于，所述的左侧板(321)通过以左脊板(311)和中脊板(312)轮廓为引导路径的放样曲面构造，所述的右侧板(322)通过以右脊板(313)和中脊板(31...
【专利技术属性】
技术研发人员：廖书信，邱殿凯，易培云，彭林法，来新民，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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