[发明专利]“Z”型流场区域分配的金属双极板

说明书

本发明公开一种“Z”型流场区域分配的金属双极板。它包括极板板体，极板板体的正面被配置成气体流场；极板板体的背面被配置成冷却介质流场；极板板体的两端分别设有冷却介质进口和出口，冷却介质进口，出口之间的极板板体上设气体通道。气体流场包括第一区域的直角三角形为入口区；第三区域的直角三角形为出口区，平行四边形为活性区。本发明上述技术方案中空气、氢气、冷却液进出口位置的布局，能够大大提升流体进入活性区各个流道时分布的均匀性，从而提升电池的性能。上述方案中蛇形流道的设置，可以强化流道的排水效果。

技术领域

本发明属于氢能源技术，具体涉及一种氢能源电池结构，特别是氢能源电池结构中的集流板，即双极板技术。

背景技术

双极板又称集流板，是影响质子交换膜燃料电池性能的重要部件之一，主要功能是形成流体通道，隔绝氢气和空气流场，并在阴阳两极之间构成电路。双极板通常使用石墨、复合材料或是金属材料制作而成，其中，金属双极板具有易加工、导电性强、机械型质佳、成本低、强度高、厚度薄、体积较小、电池的体积比功率与比能量高等优点。

双极板上的流场结构决定了反应物和生成物在流场内部的流动状态、电池的排水和散热能力以及长期运行的稳定性，因此，设计出好的流场结构能极大地提高电池运行的性能。质子交换膜燃料电池中一般采用三进三出的设置，氢气、空气、冷却液三个流场各有一个进口和一个出口。氢气和空气发生电化学反应的核心区域称作活性区，活性区的流场形式常见的主要有直流场、蛇形流场、波浪形流场、3D流场，这些流场有其自身的优点和缺点。

专利CN201711284139.3公开了一种带有新型流场结构的双极板，其特征在于，气体流场的主流场区域由间隔设置的条形板构成，沿气流方向条形板依次由倾斜结构和平台结构二部分构成，这种带有倾斜斜面的三维流场结构，利用斜面增加电池内气体向MEA的扩散，促进传质，同时，有利于MEA中的生成水的排出，以增加电池在高电流密度下的性能，且可在石墨板上直接机械加工，成本相对较低，可加工性大大增强，能够在不增加电池成本的同时，增加电池的性能。该技术中主流场区域间断的条形板结构类似于网格型流场，必然会导致阴阳极板与MEA之间的接触面积大大减小，进而接触电阻增加，影响电池发电效果与性能。且流体在进出口连线区域的流动快,而在角落上可能有滞流,容易出现浓差极化或水淹等问题。

CN202010052276.X公开了一种超大功率质子交换膜燃料电池用石墨-金属复合双极板，阳极反应物进出口和阴极反应物进出口设置在双极板的四周，反应流场设置在双极板的中央，包括由凹凸沟槽形成的流场单元及凸台与凸起沟槽组成的点状沟槽分配流道，流体在双极板流动更加均匀、其散热也更加均匀。该技术中采用了点阵式凹槽凸起流场、蛇形流场、平行流场相结合的方式形成活性区主流场，结构过于复杂，对于加工生产的难度较大，且要将阴阳两个单极板进行结构上的匹配也需要较高的设计要求。另外，该发明复杂的流场设计会大大增加流体流动的损失。

上述双极板的冷却介质进出口与氢气进出口或空气进出口同侧设置，由于需要兼顾两者，使得冷却介质进入段结构复杂，增加流体流动的损失。包括冷却介质，氢气，空气流程损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷却介质，氢气，空气流程损失小的“Z”型流场区域分配的金属双极板。

本发明的技术方案包括：它包括极板板体，极板板体的正面被配置成气体流场；极板板体的背面被配置成冷却介质流场；极板板体的两端分别设有冷却介质进口和出口，冷却介质进口，出口之间的极板板体上设气体通道口，气体通道口包括冷却介质进口近端极板板体两侧分别设的第一气体第一通道口，第二气体第一通道口；冷却介质进口远端极板板体两侧分别设的第一气体第二通道口，第二气体第二通道口；

冷却介质流场包括：