本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于雪花結(jié)構(gòu)的仿生學質(zhì)子交換膜燃料電池，包括雙極板，雙極板包括上的流場由4個流道模塊組合而成，每個流道模塊包括具有進口和出口的蛇形通道，4個流道模塊上的蛇形通道依次串接以構(gòu)成仿生流道，流道滿鋪于雙極板，進而首位的流道模塊上的蛇形通道的進口形成流道入口，末位的流道模塊上的蛇形通道的出口形成流道出口。本裝置的仿生流道壓降良好，能夠使氣體分布均勻，改善了流道的流動通暢性，利于排出液態(tài)水。利于排出液態(tài)水。利于排出液態(tài)水。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于雪花結(jié)構(gòu)的仿生學質(zhì)子交換膜燃料電池
[0001]本專利技術(shù)涉及質(zhì)子交換膜燃料電池的
，特別涉及一種基于雪花結(jié)構(gòu)的仿生學質(zhì)子交換膜燃料電池。
技術(shù)介紹
[0002]目前，常用的質(zhì)子交換膜燃料電池的流場分為平行流場和蛇形流場等，其中，平行流場的顯著優(yōu)點在于氣體進出口之間的壓力降較比較小，減少了泵能損傷，但由于其流場寬度較大，每個流道中的流體分布會出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，從而導致液態(tài)水堆積、傳輸損耗增加和電極中心區(qū)氣體反應物供應不足以及電流密度降低，影響電池性能；而蛇形流場的優(yōu)點在于排水能力，單一流動路徑能夠促進液態(tài)水的排出，但在大面積的流場中，蛇形流場的壓力降很大，由于流道過長會因過大的壓力降造成泵能損失，并使得氣體反應物分布均勻性下降，導致降低燃料電池性能。
[0003]因此，如何在保證流場的排水能力的基礎(chǔ)上降低流場的壓降，是本領(lǐng)域技術(shù)人員函待解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0004]本專利技術(shù)的目的是提供一種基于雪花結(jié)構(gòu)的仿生學質(zhì)子交換膜燃料電池，流道壓降良好，能夠使氣體分布均勻，改善了流道的流動通暢性，利于排出液態(tài)水。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供一種基于雪花結(jié)構(gòu)的仿生學質(zhì)子交換膜燃料電池，包括雙極板，所述雙極板上的流場劃分為4個流道模塊，每個所述流道模塊包括具有進口和出口的蛇形通道，4個流道模塊上的蛇形通道依次串接以構(gòu)成仿生流道，所述流道滿鋪于雙極板，進而首位的流道模塊上的蛇形通道的進口形成流道入口，末位的流道模塊上的蛇形通道的出口形成流道出口。
[0006]進一步，所述蛇形通道的橫截面為方形。
[0007]進一步，所述仿生流道的任一橫截面的寬度為2mm，深度為1mm。
[0008]進一步，所述仿生流道的深度自流道入口至流道出口逐漸變大。
[0009]進一步，每個所述流道模塊均為直角三角形區(qū)域，且4個所述流道模塊的直角邊相互拼接以構(gòu)成方形的流場。
[0010]進一步，所述雙極板上設(shè)有沿其邊沿延伸一圈的第一隔板，所述雙極板的中部設(shè)有十字交叉隔板，所述十字交叉隔板用于將第一隔板內(nèi)的區(qū)域分隔為4個直角三角形區(qū)域。
[0011]進一步，所述第一隔板的內(nèi)側(cè)設(shè)有多個間隔均勻的第一擋塊，所述十字交叉隔板設(shè)有多個間隔均勻的第二擋塊，位于同一個直角三角形區(qū)域的第一擋塊和第二擋塊相互平行交錯，進而使每個所述直角三角形區(qū)域內(nèi)的第一擋塊和第二擋塊之間的間隙構(gòu)成蛇形通道。
[0012]進一步，在同一個直角三角形區(qū)域內(nèi)，所述第一擋塊從第一隔板延伸的末端端面與十字交叉隔板平行，且上述每個第一擋塊的末端端面與十字交叉隔板在上述延伸方向上
的間隔距離相同；
[0013]在同一個直角三角形區(qū)域內(nèi)，所述第二擋塊從十字交叉隔板延伸的末端端面與第一隔板平行，且上述每個第二擋塊的末端端面與第一隔板在上述延伸方向上的間隔距離相同。
[0014]進一步，還包括膜電極，所述膜電極由氣體擴散層、催化層和質(zhì)子交換膜組成，所述氣體擴散層和所述雙極板接觸。
[0015]采用本專利技術(shù)的基于雪花結(jié)構(gòu)的仿生學質(zhì)子交換膜燃料電池，具有以下有益效果：
[0016]1、本設(shè)計可改善氫氣和氧氣在雙極板流道中的分布均勻性；
[0017]2、參考了水在自然條件下的結(jié)晶衍生形狀，改善了部分水熱特性；
[0018]3、可使氫氣和氧氣在仿生流道中充分反應，提高了燃料電池效率，同時相對于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)流道(例如平行、蛇形等)不過分長，壓降情況良好；
[0019]4、通過仿生流道的結(jié)構(gòu)形成強制對流，改善了仿生流道內(nèi)部的流動通暢性，利于排水。
附圖說明
[0020]為了更清楚地說明本專利技術(shù)實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1為本專利技術(shù)實施例所提供的一種基于雪花結(jié)構(gòu)的仿生學質(zhì)子交換膜燃料電池的爆炸圖；
[0022]圖2為雙極板的軸向視圖；
[0023]圖3為雙極板的俯視圖；
[0024]圖4為基礎(chǔ)邊界條件線形圖；
[0025]圖5為網(wǎng)格無關(guān)性驗證線形圖；
[0026]圖6為模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)對比線形圖；
[0027]圖7為三種流道極化曲線與功率密度曲線對比線形圖；
[0028]圖8為蛇形流道極化曲線與極化曲線線形圖；
[0029]圖9為平行流道極化曲線與功率密度曲線線形圖；
[0030]圖10為仿生流道極化曲線與功率密度曲線線形圖；
[0031]圖11為0.7V時三種流道系統(tǒng)壓降對比線形圖；
[0032]圖12為流道壓力分布云圖；
[0033]圖13為0.7V工作電壓下反應物質(zhì)量分數(shù)分布云圖；
[0034]圖14為脊下對流效應效果圖；
[0035]圖15為0.7V工作電壓下水分布云圖；
[0036]圖16為陰極側(cè)溫度分布云圖；
[0037]其中：1.陽極板，2.膜電極，3.陰極板，4.第二擋塊，5.流道入口，6.流道出口，7.十字交叉隔板，8.第一擋塊，9.第一隔板，10.斜面，11.直角三角形區(qū)域，12.出口，13.進口，14.頭端，15.尾端，16.蛇形通道。
具體實施方式
[0038]本專利技術(shù)的核心是提供一種基于雪花結(jié)構(gòu)的仿生學質(zhì)子交換膜燃料電池，以有效便捷的移動加水裝置，單人即可操作。
[0039]為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本專利技術(shù)的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和實施方式對本專利技術(shù)作進一步的詳細說明。
[0040]參考現(xiàn)有技術(shù)：質(zhì)子交換膜燃料電池以氫氣和氧氣作為燃料，將化學能直接轉(zhuǎn)換為電能，是最為綠色環(huán)保的能量轉(zhuǎn)換裝置之一。氫氣和氧氣作為質(zhì)子交換膜燃料電池的反應氣體，氫氣和氧氣在通入氣體流道后，反應氣體向燃料電池中心擴散進入氣體擴散層，進而擴散至催化層進行電化學反應。質(zhì)子交換膜燃料電池的氣體流道及多孔介質(zhì)的氣體擴散層和催化層是燃料反應氣體傳輸?shù)谋亟?jīng)之地，影響到整個燃料電池的傳質(zhì)過程，最終影響到燃料電池的燃料利用效率及燃料電池的整體輸出性能。
[0041]氣體擴散層與燃料電池的極板緊密相連，構(gòu)成了傳質(zhì)通道，是質(zhì)子交換膜燃料電池的重要組成部分，氣體擴散層的主要作用是支撐催化劑層、穩(wěn)定電極結(jié)構(gòu)、為電極反應提供氣體通道、電子通道和排水通道，極板的主要功能是均勻分配反應氣體、實現(xiàn)陰陽極電子傳導、及時散熱等，燃料電池的水在陰極催化層生成并通過氣體擴散層到達流場中，流場的結(jié)構(gòu)形式與水在流場中的流動狀態(tài)密切相關(guān)，若是流場中的水不能夠及時的排出，將會出現(xiàn)“水淹現(xiàn)象”，使得電池性能降低，因此優(yōu)化流道結(jié)構(gòu)使燃料電池中生成物水更快的排出來提高電池的輸出性能。
[0042]請參考圖1至4，本專利技術(shù)公開的一種基于雪花結(jié)構(gòu)的仿生學質(zhì)子交換膜燃料電池，包括雙極板，雙極板按電池的電極特性分陽極板1和陰極板3，雙極本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于雪花結(jié)構(gòu)的仿生學質(zhì)子交換膜燃料電池，包括雙極板，其特征在于，所述雙極板上的流場劃分為4個流道模塊，每個所述流道模塊包括具有進口和出口的蛇形通道，4個流道模塊上的蛇形通道依次串接以構(gòu)成仿生流道，所述流道滿鋪于雙極板，進而首位的流道模塊上的蛇形通道的進口形成流道入口，末位的流道模塊上的蛇形通道的出口形成流道出口。2.如權(quán)利要求1所述的基于雪花結(jié)構(gòu)的仿生學質(zhì)子交換膜燃料電池，其特征在于，所述蛇形通道的橫截面為方形。3.如權(quán)利要求2所述的基于雪花結(jié)構(gòu)的仿生學質(zhì)子交換膜燃料電池，其特征在于，所述仿生流道的任一橫截面的寬度為2mm，深度為1mm。4.如權(quán)利要求1或2所述的基于雪花結(jié)構(gòu)的仿生學質(zhì)子交換膜燃料電池，其特征在于，所述仿生流道的深度自流道入口至流道出口逐漸變大。5.如權(quán)利要求1所述的基于雪花結(jié)構(gòu)的仿生學質(zhì)子交換膜燃料電池，其特征在于，每個所述流道模塊均為直角三角形區(qū)域，且4個所述流道模塊的直角邊相互拼接以構(gòu)成方形的流場。6.如權(quán)利要求5所述的基于雪花結(jié)構(gòu)的仿生學質(zhì)子交換膜燃料電池，其特征在于，所述雙極板上設(shè)有沿其邊沿延伸一圈的第一隔板，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：唐軒，
申請(專利權(quán))人：唐軒，
類型：新型
國別省市：
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