【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池，具体涉及一种自吸加湿式燃料电池双极板。
技术介绍
1、双极板作为燃料电池的核心组件，其性能对燃料电池的整体效率和使用寿命具有重要影响。传统燃料电池在工作过程中，需要预先对反应气体进行加湿处理，以保证反应气体在燃料电池内部能够充分进行电化学反应。
2、目前，燃料电池的扩散层设计通常采用在扩散层中开通孔或槽的方式来提升液态水的排出性能，这种设计虽然在一定程度上改善了排水效果，但槽道的布置形式相对简单，往往不能达到最佳的排水效率；同时，传统的双极板流道设计，如平行流道或蛇形流道，虽然能够满足基本的反应气体传输需求，但在反应气体扩散和传质方面存在一定的局限性，可能导致燃料电池反应的不均衡性。
3、针对上述问题，业界开始探索自加湿式的燃料电池技术，旨在通过改进双极板和膜电极的结构设计，实现反应气体的自加湿，从而简化燃料电池系统，提高整体效率和稳定性。自加湿式燃料电池技术通过在双极板或膜电极中设计特定的结构，使得反应过程中产生的水能够得到有效管理和利用，以加湿进入燃料电池的反应气体。
4、然而，现有的自加湿式燃料电池技术仍存在一些挑战，存在自加湿式燃料电池的自加湿效果差、反应气体扩散及传质性能不佳及排水效率低等问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的上述不足，本专利技术提供了一种自吸加湿式燃料电池双极板，解决了现有自加湿式燃料电池的自加湿效果差、反应气体扩散及传质性能不佳及排水效率低而具有水淹风险等问题。
2、为实现上述目
3、提供一种自吸加湿式燃料电池双极板，包括双极板本体，双极板本体包括阳极板及阴极板，阳极板与阴极板中部均设置有流道区，阳极板与阴极板上均设置有反应气体进口及反应气体出口，反应气体进口与流道区输入端连接，反应气体出口与流道区输出端连接，反应气体进口与反应气体出口之间形成反应气体主流道，反应气体进口与反应气体出口呈对角设置；
4、流道区内设置有若干流道结构组，若干流道结构组均包括第一流道、第二流道、第三流道及第四流道，第一流道、第二流道、第三流道及第四流道均呈瑞士卷型；第一流道及第二流道设置于反应气体主流道一侧，第三流道及第四流道设置于反应气体主流道另一侧；
5、第一流道与第二流道之间设置有第一引射回水结构，第三流道及第四流道之间均设置有第二引射回水结构，第一引射回水结构包括第一入口及第一出口，第一入口及第一出口之间设置有第一喉部通道，第一喉部通道两侧分别设置有第一被引回水通道及第二被引回水通道，第一被引回水通道与第一集水区连接，第二被引回水通道与第二集水区连接；第一集水区设置于第一流道上，第二集水区设置于第二流道上；第一喉部通道的宽度小于第一入口的入口端宽度及第一出口的出口端宽度；
6、第二引射回水结构包括第二入口及第二出口，第二入口及第二出口之间设置有第二喉部通道，第二喉部通道两侧分别设置有第三被引回水通道及第四被引回水通道，第三被引回水通道与第三集水区连接，第四被引回水通道与第四集水区连接；第三集水区设置于第三流道上，第四集水区设置于第四流道上；第二喉部通道的宽度小于第二入口的入口端宽度及第二出口的出口端宽度。
7、采用上述技术方案的有益效果为：该自吸加湿式燃料电池双极板包括双极板本体，双极板本体包括阳极板及阴极板，阳极板及阴极板的中部均设计了流道区，流道区用于引导反应气体的流动，且能确保反应气体流通时的顺畅性，反应气体可经反应气体进口进入流道区，在流道区内扩散反应之后再经反应气体出口流出；而流道区内设置的多个流道结构组，每个流道结构组至少包括第一流道、第二流道、第三流道及第四流道，且这些流道均设置为瑞士卷型的结构，可使相邻流道间存在气压差，进而促进反应物质的横向扩散，达到提高燃料电池反应均衡性的目的；另外，第一流道与第二流道之间及第三流道及第四流道之间均设置有引射回水结构，当反应气体（如h2或o2）从反应气体进口进入流道区时，反应气体会流经瑞士卷型流道，然后经过燃料电池的扩散层的扩散与催化剂接触并发生反应，生产水和电能，同时，高湿度的反应后反应气体中的水分会在集水区被收集，而由于喉部通道的宽度小于引射回水结构入口端及出口端的宽度，会使流经喉部通道的反应气体流速增加，但压力会降低，形成压差，压差会驱动反应后的水从集水区通过被引回水通道进入喉部通道，从而加湿反应气体，加湿后的反应气体更利于燃料电池反应的进行，且通过利用集水区与引射回水结构形成的自加湿作用还可以降低燃料电池水淹风险，为燃料电池高功率密度工作时的稳定性提供保障。
8、该自吸加湿式燃料电池双极板中的瑞士卷型流道可使相邻流道间存在气压差，反应物质可以横向扩散，有利于燃料电池反应的均衡性，同时通过设置于流道间的引射回水结构，可使反应后的高湿度反应气体能够有效地加湿进入的反应气体，避免了反应气体预先加湿的需求，既能降低燃料电池的水淹风险，还可以确保燃料电池的稳定性。
9、进一步地，第一流道、第二流道、第三流道及第四流道均包括第三入口及第三出口，第一流道、第二流道、第三流道及第四流道自第三入口由外向内沿顺时针方向盘绕形成顺时针流道，顺时针流道末端沿逆时针方向盘绕形成逆时针流道，相邻流道之间的方向相反；第一流道的入口端与第二流道的入口端连接，第一流道的出口端与第二流道的出口端连接；第三流道的入口端与第四流道的入口端连接，第三流道的出口端与第四流道的出口端连接。
10、采用上述技术方案的有益效果为：第一流道、第二流道、第三流道及第四流道均从第三入口开始，由外向内沿顺时针方向盘绕形成顺时针流道，在顺时针流道的末端，流道会沿逆时针方向盘绕，形成逆时针流道，相邻的流道之间方向相反，即第一流道、第二流道、第三流道及第四流道的流道结构均为瑞士卷型，且第一流道与第二流道之间及第三流道与第四流道之间均为对称关系，通过顺时针流道与逆时针流道的交替盘绕，可增加反应气体在流道中的停留时间和扩散距离，利于反应气体更充分地混合和反应，而相邻流道方向相反的设计，可以产生一定的反应气体扰动和涡流，进一步促进了反应气体的扩散和混合，进而提高燃料电池的反应效率和均匀性。
11、进一步地，逆时针流道近反应气体主流道一侧设置有凸起部，凸起部为集水区。
12、采用上述技术方案的有益效果为：瑞士卷型流道中的反应气体为反应后的高湿度反应气体，反应产生的水气混合物在流道弯道处受离心力的作用会将水汇集到集水区，通过集水区与引射回水结构的配合使用，可以形成自加湿系统，引射回水结构可将集水区内的水分引入反应气体主流道，通过喉部通道对反应气体进行加湿，达到提高燃料电池性能，降低水淹风险的目的。
13、进一步地，第一引射回水结构及第二引射回水结构设置于反应气体主流道两侧；第一入口及第二入口与反应气体主流道连接，第一出口及第二出口均与第三入口连接。
14、进一步地，第一入口及第二入口均为入口端大、出口端小的锥形入口，第一出口及第二出口均为入口端小、出口端大的锥形出口；第一喉本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自吸加湿式燃料电池双极板，其特征在于：包括双极板本体（1），所述双极板本体（1）包括阳极板及阴极板，所述阳极板与阴极板中部均设置有流道区（2），所述阳极板与阴极板上均设置有反应气体进口（3）及反应气体出口（4），所述反应气体进口（3）与流道区（2）输入端连接，所述反应气体出口（4）与流道区（2）输出端连接，所述反应气体进口（3）与反应气体出口（4）之间形成反应气体主流道（5），所述反应气体进口（3）与反应气体出口（4）呈对角设置；
2.根据权利要求1所述的自吸加湿式燃料电池双极板，其特征在于：所述第一流道（61）、第二流道（62）、第三流道（63）及第四流道（64）均包括第三入口（69）及第三出口（610），所述第一流道（61）、第二流道（62）、第三流道（63）及第四流道（64）自第三入口（69）由外向内沿顺时针方向盘绕形成顺时针流道（611），所述顺时针流道（611）末端沿逆时针方向盘绕形成逆时针流道（612），相邻流道之间的方向相反；所述第一流道（61）的入口端与第二流道（62）的入口端连接，所述第一流道（61）的出口端与第二流道（62）的出口端连接；所
3.根据权利要求2所述的自吸加湿式燃料电池双极板，其特征在于：所述逆时针流道（612）近反应气体主流道（5）一侧设置有凸起部，所述凸起部为集水区。
4.根据权利要求1所述的自吸加湿式燃料电池双极板，其特征在于：所述第一引射回水结构（7）及第二引射回水结构（8）设置于反应气体主流道（5）两侧；所述第一入口（71）及第二入口（81）与反应气体主流道（5）连接，所述第一出口（72）及第二出口（82）均与第三入口（69）连接。
5.根据权利要求1所述的自吸加湿式燃料电池双极板，其特征在于：所述第一入口（71）及第二入口（81）均为入口端大、出口端小的锥形入口，所述第一出口（72）及第二出口（82）均为入口端小、出口端大的锥形出口；所述第一喉部通道（73）一端与第一入口（71）的出口端连接，另一端与第一出口（72）的入口端连接；所述第二喉部通道（83）与第二入口（81）的出口端连接，另一端与第二出口（82）的入口端连接。
6.根据权利要求5所述的自吸加湿式燃料电池双极板，其特征在于：所述第一喉部通道（73）宽度为第一入口（71）的入口端宽度及第一出口（72）的出口端宽度的1/5；所述第二喉部通道（83）的宽度为第二入口（81）的入口端宽度及第二出口（82）的出口端宽度的1/5。
7.根据权利要求1所述的自吸加湿式燃料电池双极板，其特征在于：所述第一流道（61）及第二流道（62）之间、第三流道（63）及第四流道（64）之间均设置有第一通道（9），所述第一通道（9）一端与引射回水结构出口端连接，另一端与第三入口（69）的入口端连接，所述第一通道（9）内设置有第一螺旋结构（11），若干所述流道结构组（6）之间设置有第二通道（10），所述第二通道（10）内设置有第二螺旋结构（12），所述第一螺旋结构（11）及第二螺旋结构（12）均包括螺旋肋板（121），所述螺旋肋板（121）上设置有通孔（122）。
8.根据权利要求1所述的自吸加湿式燃料电池双极板，其特征在于：所述阳极板及阴极板之间设置有膜电极（13），所述膜电极（13）中部设置有扩散区（131），所述扩散区（131）包括若干通槽（132），若干所述通槽（132）之间相互连接，若干所述通槽（132）之间设置为蜂窝状。
9.根据权利要求8所述的自吸加湿式燃料电池双极板，其特征在于：若干所述通槽（132）的长度为200~300μm。
...【技术特征摘要】
1.一种自吸加湿式燃料电池双极板，其特征在于：包括双极板本体（1），所述双极板本体（1）包括阳极板及阴极板，所述阳极板与阴极板中部均设置有流道区（2），所述阳极板与阴极板上均设置有反应气体进口（3）及反应气体出口（4），所述反应气体进口（3）与流道区（2）输入端连接，所述反应气体出口（4）与流道区（2）输出端连接，所述反应气体进口（3）与反应气体出口（4）之间形成反应气体主流道（5），所述反应气体进口（3）与反应气体出口（4）呈对角设置；
2.根据权利要求1所述的自吸加湿式燃料电池双极板，其特征在于：所述第一流道（61）、第二流道（62）、第三流道（63）及第四流道（64）均包括第三入口（69）及第三出口（610），所述第一流道（61）、第二流道（62）、第三流道（63）及第四流道（64）自第三入口（69）由外向内沿顺时针方向盘绕形成顺时针流道（611），所述顺时针流道（611）末端沿逆时针方向盘绕形成逆时针流道（612），相邻流道之间的方向相反；所述第一流道（61）的入口端与第二流道（62）的入口端连接，所述第一流道（61）的出口端与第二流道（62）的出口端连接；所述第三流道（63）的入口端与第四流道（64）的入口端连接，所述第三流道（63）的出口端与第四流道（64）的出口端连接。
3.根据权利要求2所述的自吸加湿式燃料电池双极板，其特征在于：所述逆时针流道（612）近反应气体主流道（5）一侧设置有凸起部，所述凸起部为集水区。
4.根据权利要求1所述的自吸加湿式燃料电池双极板，其特征在于：所述第一引射回水结构（7）及第二引射回水结构（8）设置于反应气体主流道（5）两侧；所述第一入口（71）及第二入口（81）与反应气体主流道（5）连接，所述第一出口（72）及第二出口（82）均与第三入口（69）连接。
5.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：祁文杰，余兰，赵世昌，张志刚，葛帅帅，兰家水，谢正邱，胡博，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：
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