專利名稱：一種分形微通道雙極板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及燃料電池雙極板，特別涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池用分形微通道雙極板。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種可以高效地將燃料和氧化劑通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是以全氟磺酸型質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)，氫氣或甲醇為燃料，空氣或氧氣為氧化劑的燃料電池。PEMFC的核心是膜MEA和雙極板，膜MEA是電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，雙極板實(shí)現(xiàn)氣體均勻分配和收集電流，為了完成氣體分配和收集電流這兩項(xiàng)任務(wù)，雙極板通常需具有良好的導(dǎo)電性能、良好的導(dǎo)熱性能、抗燃料和氧化劑的穿透性和在電化學(xué)環(huán)境中的抗腐蝕性能等。流場(chǎng)板多種多樣，常見的有多孔體流場(chǎng)和由各種金屬網(wǎng)構(gòu)造的網(wǎng)狀流場(chǎng)板，點(diǎn)狀、部分蛇型流場(chǎng)板、交指狀流場(chǎng)等。
目前在質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC中廣泛應(yīng)用的雙極板主要有石墨(包括純石墨板和石墨與聚合物復(fù)合板)雙極板、金屬雙極板、金屬與石墨復(fù)合雙極板和聚合樹脂與石墨摻雜注塑成型的雙極板等。傳統(tǒng)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)一般為點(diǎn)狀、網(wǎng)狀、平行溝槽、蛇形、交指狀和肺形分支狀等。
流場(chǎng)的功能是引導(dǎo)反應(yīng)燃料的流動(dòng)，確保燃料流體能夠均勻分配到電極擴(kuò)散層，使其能夠與催化層充分反應(yīng)。流場(chǎng)的設(shè)計(jì)首先應(yīng)當(dāng)滿足流動(dòng)順暢，壓力降較小和保證氣體通過擴(kuò)散層向催化劑表面的傳遞均勻，在PEMFC燃料電池中，電極各處均能獲得充足的反應(yīng)劑是保證PEMFC燃料電池正常運(yùn)行的關(guān)鍵，如果在燃料電池實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)組分的分布不均勻，就會(huì)造成電極各處反應(yīng)的不均勻，將會(huì)產(chǎn)生一定程度的濃差極化，從而引起電流密度分布不均勻，導(dǎo)致電池局部過熱，影響電池的壽命與降低了電池性能。
其次，及時(shí)把電池電化學(xué)反應(yīng)生成水排出是非常重要的。如果不能及時(shí)把生成水排出，隨著反應(yīng)生成水的逐漸積累，將會(huì)導(dǎo)致(1)催化劑周圍的水使得反應(yīng)劑與催化劑不能進(jìn)行充分接觸，即出現(xiàn)所謂的"電極水淹"現(xiàn)象；(2)水的累計(jì)有時(shí)也會(huì)使得膜局部產(chǎn)生溶漲現(xiàn)象，使膜產(chǎn)生收縮或是彎曲變形，影響電池的輸出性能；(3)增大了反應(yīng)劑通過擴(kuò)散層到達(dá)催化層的傳質(zhì)阻力，降低電池的輸出功率。蛇形流場(chǎng)是目前最廣泛應(yīng)用的一種流場(chǎng)，蛇形流道的優(yōu)點(diǎn)是從入口到出口是一個(gè)連續(xù)的通道，與平行溝槽相比其通道相對(duì)很長(zhǎng)，而且有多次方向變化。反應(yīng)劑在流場(chǎng)中交錯(cuò)流動(dòng)，能提高各個(gè)單電池之間電堆壓力負(fù)荷的均勻分布以及反應(yīng)劑在電極表面上的分配，蛇形流場(chǎng)的缺點(diǎn)除比平行流場(chǎng)壓力降大外，由于流道過長(zhǎng)和氣體沿流動(dòng)方向的逐漸消耗，反應(yīng)氣的濃度會(huì)大幅度減小，靠近出口端的反應(yīng)由于濃度的減少而反應(yīng)不充分，造成濃差極化增大和催化劑不能得到充分的應(yīng)用。為使質(zhì)子膜燃料電池處于高性能的工作狀態(tài)，保持膜電極與雙極板的接觸各點(diǎn)的均勻分布顯然是十分重要的，蛇形流場(chǎng)中的氣體分布不一致性導(dǎo)致了膜電極的各個(gè)反應(yīng)區(qū)域的實(shí)際性能不均衡。

實(shí)用新型內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種分形微通道雙極板，充分利用分形微通道結(jié)構(gòu)流場(chǎng)的較小壓力降和較好的傳熱傳質(zhì)效果，使反應(yīng)氣均勻分配到電極的各處，液態(tài)水順利排出電池。
本實(shí)用新型的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種分形微通道雙極板流場(chǎng)，包括陰極流場(chǎng)板、陽極流場(chǎng)板、質(zhì)子交換膜、陰極擴(kuò)散層、陽極擴(kuò)散層；所述陰極流場(chǎng)板和陽極流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)相同，由上流場(chǎng)板、下流場(chǎng)板、上流場(chǎng)板和下流場(chǎng)板之間的帶有分形結(jié)構(gòu)末端通孔的分隔膜組成；上流場(chǎng)板和下流場(chǎng)板分別設(shè)有氣體進(jìn)口和氣體出口；所述上流場(chǎng)板與下流場(chǎng)板設(shè)有分形微通道，所述分形微通道是每
一段通道在下一層次都有兩個(gè)分支；第K+l層次段的長(zhǎng)度LK+1與第K層次段的長(zhǎng)度Lk的比
值為7 = 2_1" ， D為長(zhǎng)度分形維數(shù)；第K+l層次段的水力直徑dw與第K層次段的水力直徑
dK的比值為^=2—"a,A為直徑分形維數(shù)；雙極板為矩形，分形微通道流場(chǎng)結(jié)構(gòu)單個(gè)分支形
狀分叉角度^二兀，K為分形的層次，K=l、 2、 3…20; L產(chǎn)40mm 60腿，d產(chǎn)200um 300um;氣體進(jìn)口和氣體出口分別與第一級(jí)分形微通道連通；所述的分隔膜上設(shè)有通孔，所述通孔與上流場(chǎng)板與下流場(chǎng)板上分形微通道末端連接，氣體從上流場(chǎng)板經(jīng)過通孔后進(jìn)入下流場(chǎng)板。所述上流場(chǎng)板的分形微通道深度不超過流場(chǎng)板厚度，所述下流場(chǎng)板的分形微通道為通槽。
所述的分隔膜厚度為0. 2 0. 5mm，由無機(jī)絕緣材料或有機(jī)絕緣材料制成。所述的上流場(chǎng)板與下流場(chǎng)板由具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗腐蝕性能的表面改性金屬材料制成。
所述的金屬為316L不銹鋼，所述的表面改性為對(duì)雙極板表面鍍鎳。所述的上流場(chǎng)板與下流場(chǎng)板的厚度為0. 1 0. 5隱。
所述的長(zhǎng)度分形維數(shù)D為2，所述的直徑分形維數(shù)A為3，所述的反應(yīng)氣入口及出口處水力直徑均為d產(chǎn)200^m， L尸50隱。
所述的氣體進(jìn)口和氣體出口分別位于上流場(chǎng)板與下流場(chǎng)板兩對(duì)邊的中點(diǎn)。一種分形微通道雙極板的加工方法，上流場(chǎng)板與下流場(chǎng)板采用金屬蝕刻的加工方法，
工藝過程包括流場(chǎng)板材表面清潔處理、制作保護(hù)層、蝕刻、去除保護(hù)層、后處理；分隔膜
采用激光加工方法加工出其上的通孔；
所述的流場(chǎng)板材表面清潔處理為化學(xué)或電化學(xué)表面清潔；
所述制作保護(hù)層是采用光刻技術(shù)加工出分形微通道結(jié)構(gòu)，將保護(hù)層牢固地附著于流場(chǎng)板材表面，采用蝕刻劑在60 65。C的溫度下進(jìn)行蝕刻，腐蝕時(shí)間30 45分鐘，其中上流場(chǎng)板分形微通道結(jié)構(gòu)腐蝕貫穿板材厚度方向，下流場(chǎng)板腐蝕一定深度未貫穿板材厚度方向，呈密封結(jié)構(gòu)；腐蝕完后，使用5% 10% (重量)NaOH高溫去除保護(hù)層，后處理過程對(duì)去除保護(hù)層后的流場(chǎng)板進(jìn)行清洗，行潔凈后進(jìn)表面改性處理，對(duì)雙極板的陽極側(cè)鍍鎳、密封部
分鍍鋁；所述分隔膜通孔的直徑D二d^diTV—nZ3，4為分形微通道最末端分叉的水力直徑，山
為最前端分叉的水力直徑，#2。
按體積百分比計(jì)，所述蝕刻劑為HC1 45% 55%; HN03 5% 10%; H2P04 2 . 5% 5%;余量
為H20。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 采用分形微通道結(jié)構(gòu)的流場(chǎng)，使得壓力降減為具有相同面積及進(jìn)口雷諾數(shù)的蛇形流場(chǎng)的一半。分形微通道結(jié)構(gòu)流場(chǎng)的壓力降主要產(chǎn)生于分叉和拐彎處，雖然分形微通道結(jié)構(gòu)流場(chǎng)的分叉數(shù)多于蛇形流場(chǎng)的拐彎數(shù)，但因每個(gè)分叉的壓降遠(yuǎn)小于蛇形流場(chǎng)拐彎處的壓降，分形微通道結(jié)構(gòu)流場(chǎng)的總壓力降明顯小于蛇形通道。
2、 具有更好的傳熱效果，使溫度分布均勻，有利于廢熱的排出，維持電池工作溫度恒定。與蛇形通道相比，分形微通道結(jié)構(gòu)具有更大的面容比，而且在分叉處的二次流動(dòng)產(chǎn)生層狀混流，提高了分叉處的努塞爾數(shù)，因此傳熱效果較好。
3、 以分層次的分形微通道結(jié)構(gòu)，具有更好的傳質(zhì)效果，改進(jìn)了其他流場(chǎng)的反應(yīng)燃料末端的不均勻性，各處的燃料分配更加均勻。
4、 以分層次的分形微通道結(jié)構(gòu)，流體在流動(dòng)的過程中在層級(jí)變化時(shí)易出現(xiàn)湍流流動(dòng)，有利于提高傳質(zhì)速度，減小濃差極化。由于采用了一種分形微通道流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，提高了燃料利用率，對(duì)溫度的保持有效提高了電池的壽命，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，耐腐蝕性能好，流場(chǎng)板厚度較小，有效降低了電池組的體積。


圖1為本實(shí)用新型分形微通道流場(chǎng)雙極板單個(gè)流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型分形微通道流場(chǎng)雙極板示意圖。圖3為本實(shí)用新型分形微通道流場(chǎng)結(jié)構(gòu)單個(gè)分支形狀示意圖。圖4為本實(shí)用新型分形微通道流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中示出1-上流場(chǎng)板、2-氣體入口、 3-通孔、4-分隔膜、5-下流場(chǎng)板、6-氣體出口、 7-陰極擴(kuò)散層、8-質(zhì)子交換膜、9-陽極擴(kuò)散層、10-雙極板陰極流場(chǎng)板、11-雙極板陽極流場(chǎng)板
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明，但本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表述的范圍。
如圖l、 3所示，分形微通道流場(chǎng)雙極板單個(gè)流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)包括上流場(chǎng)板l、下流場(chǎng)板5;
上流場(chǎng)板1與下流場(chǎng)板5之間為帶有分形結(jié)構(gòu)末端連接孔的分隔膜4，所述的分隔膜材料為無機(jī)絕緣材料或有機(jī)絕緣材料，厚度為0. 2 0. 5mm，上流場(chǎng)板1與下流場(chǎng)板5分別設(shè)有氣體進(jìn)口2和氣體出口6;上流場(chǎng)板1與下流場(chǎng)板5設(shè)有分形微通道，分形微通道是每一段通道在下一層次都有兩個(gè)分支；第K+l層次段的長(zhǎng)度Lw與第K層次段的長(zhǎng)度Lk的比値為7= 2—1/D ， D為長(zhǎng)度分形維數(shù)；第K+l層次段的水力直徑dK+,與第K層次段的水力直徑dK
的比值為^=2—" A為直徑分形維數(shù)；如圖3所示,雙極板為矩形，分形微通道流場(chǎng)結(jié)構(gòu)單
個(gè)分支形狀分叉角度0 = "， K為分形的層次，K=l、 2、 3…20;氣體進(jìn)口2和氣體出口6分別與第一級(jí)分形微通道連通；氣體進(jìn)口 2和氣體出口 6分別位于上流場(chǎng)板1與下流場(chǎng)板5兩對(duì)邊的中點(diǎn)。分隔膜上設(shè)有通孔3，通孔3與上流場(chǎng)板1與下流場(chǎng)板5上分形微通道最高層次的末端連接，氣體從上流場(chǎng)板經(jīng)過通孔后進(jìn)入下流場(chǎng)板。在上、下流場(chǎng)板中的反應(yīng)氣入口處流道(即第一層次流道)的水力直徑山=200/^，初始長(zhǎng)度L嚴(yán)50mm，層級(jí)數(shù)為n=20，
第n層次水力直徑djdfl200 X 2—2。/3=1. 97 Aw ，流道長(zhǎng)度1^=1^,/2=50 X 2—2。/2=48. 8 ,w 。分
形微通道結(jié)構(gòu)尺寸以及層次可以根據(jù)雙極板的大小作相應(yīng)調(diào)整。根據(jù)默里定律，為保證從大直徑管道向小直徑管道流體的壓力恒定，第K+l層次段的水力直徑dw與第K層次段的水力直徑4的比值為3=2—，第K+1層次段的長(zhǎng)度LKH與第K層次段的長(zhǎng)度LK的比值為^2—'"'，
其中D=2， A=3。本實(shí)用新型采用分形微通道結(jié)構(gòu)，從低層次通道到高層次通道的分叉結(jié)構(gòu)都是相似的，具有相似特征，此種結(jié)構(gòu)則被稱為分形結(jié)構(gòu)，分形分叉產(chǎn)生了越來越多的小直徑通道，使流動(dòng)面積有了大幅度的增加，能大幅度提高傳質(zhì)效率。
附圖2所示為本實(shí)用新型分形微通道雙極板結(jié)構(gòu)示意圖，陰極流場(chǎng)板10是氧化劑流道，陽極流場(chǎng)板11是還原劑流道。陰極流場(chǎng)板IO和陽極流場(chǎng)板11結(jié)構(gòu)相同，均由上流場(chǎng)板1、下流場(chǎng)板5、分隔膜4組成。陽極流場(chǎng)板11的下流場(chǎng)板5和陽極擴(kuò)散層9 (還原劑擴(kuò)散層)接觸，陰極流場(chǎng)板10的下流場(chǎng)板5和陰極擴(kuò)散層7 (氧化劑擴(kuò)散層)接觸，質(zhì)子交換膜8位于陽極擴(kuò)散層9陰極擴(kuò)散層7與之間。上流場(chǎng)板l為密封結(jié)構(gòu)，即分形微通道深度不超過流場(chǎng)板厚度，還原劑或氧化劑在流道內(nèi)流動(dòng)，不能進(jìn)入流場(chǎng)板的另一側(cè)，而是通過與上流場(chǎng)板接觸的多孔分隔膜4進(jìn)入下流場(chǎng)板5流道，下流場(chǎng)板的分形微通道為通槽，還原劑或氧化劑可通過流場(chǎng)板的一側(cè)進(jìn)入另一側(cè)，從而與陰極擴(kuò)散層7或陽極擴(kuò)散層9接觸。
上流場(chǎng)板1與下流場(chǎng)板5厚度為0. 1 0.5mm，由具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗腐蝕性能的材料制成。優(yōu)選為表面改性金屬。金屬可選316L不銹鋼或銅，表面改性是對(duì)雙極板金屬表面鍍鎳。
應(yīng)用時(shí)，反應(yīng)氣從上流場(chǎng)板1進(jìn)氣口2處流入，經(jīng)分形微通道流場(chǎng)，經(jīng)流道分流后在所有最高層次末端通過分隔膜4通孔3流入下流場(chǎng)板5分形微通道最高層次分支末端，氣體匯合后從下流場(chǎng)板5出口 6處排出。
本實(shí)用新型質(zhì)子交換膜燃料電池分形微通道流場(chǎng)雙極板，上、下流場(chǎng)板采用金屬蝕刻的加工方法，工藝過程包括流場(chǎng)板材表面清潔處理、制作保護(hù)層、蝕刻、去除保護(hù)層、后處理。流場(chǎng)板材采用化學(xué)或電化學(xué)進(jìn)行表面清潔，所述的保護(hù)層，采用光刻技術(shù)加工出分形微通道結(jié)構(gòu)，將保護(hù)層牢固地附著于流場(chǎng)板材表面，流場(chǎng)板采用蝕刻劑(HC1 50%(體積)；HN03 5% (體積)；H2P04 2.5% (體積)；H20余量)，在65°C的溫度下進(jìn)行蝕刻，控制腐蝕時(shí)間，控制腐蝕的深度，其中上流場(chǎng)板1分形微通道結(jié)構(gòu)腐蝕貫穿板材厚度方向，下流場(chǎng)板5腐蝕一定深度未貫穿板材厚度方向，呈密封結(jié)構(gòu)。腐蝕完后，使用5% (重量)NaOH高溫去除保護(hù)層，后處理過程對(duì)去除保護(hù)層后的流場(chǎng)板進(jìn)行清洗，潔凈后進(jìn)行表面改性處理，對(duì)雙極板鍍鎳。分隔膜采用激光加工方法加工出其上的通孔。分隔膜通孔的直徑等于c^d,/T'3，dn為分形微通道最末端分叉的水力直徑，d,為最前端分叉的水力直徑，,2。
實(shí)施例1
選擇尺寸為50mmX50誦X0.2誦，電阻率較小的316L不銹鋼，作為上、下流場(chǎng)板的原材料，采用化學(xué)或電化學(xué)進(jìn)行表面清潔，采用光刻技術(shù)加工出分形微通道結(jié)構(gòu)保護(hù)層，保護(hù)層尺寸與流場(chǎng)板相同，分形微通道結(jié)構(gòu)的初始水力直徑d尸200,w，初始長(zhǎng)度Lf50mm，層
級(jí)數(shù)為n=20，第n層次水力直徑d^d,/r'^200X2—2。/:!=1.97^",流道長(zhǎng)度L尸L,A^50X
2-2< /2=48. 8//w。保護(hù)層材料為不被酸性腐蝕液破壞的材料，將加工有分形微通道結(jié)構(gòu)的保
護(hù)層牢固地附著于流場(chǎng)板材表面，采用蝕刻劑在65'C的溫度下進(jìn)行蝕刻，蝕刻劑配方為HC150% (體積)；HN03 5% (體積)；H2P04 2.5% (體積)；H20余量；控制腐蝕時(shí)間為35 40分鐘，控制腐蝕的深度使得上流場(chǎng)板1分形微通道結(jié)構(gòu)腐蝕貫穿板材厚度方向，下流場(chǎng)板5腐蝕未貫穿板材厚度方向，呈密封結(jié)構(gòu)。腐蝕完后，使用5XNaOH高溫去除保護(hù)層，后處理過程對(duì)去除保護(hù)層后的流場(chǎng)板進(jìn)行清洗，潔凈后進(jìn)行表面改性處理，對(duì)雙極板鍍鎳。分隔膜采用激光加工方法加工出其上的通孔。分隔膜材料為無機(jī)或有機(jī)絕緣材料。分隔膜通
孔的直徑等于4二d,/r^l.97/"",A為分形微通道最末端分叉的水力直徑，d,為最前端分叉
的水力直徑，#2。上、下流場(chǎng)板和分隔膜都加工完后，采用滾壓技術(shù)將上、下流場(chǎng)板及分隔膜合為一體，上流場(chǎng)板和下流場(chǎng)板的進(jìn)氣口和出氣口位于兩對(duì)邊上，分隔膜位于兩流場(chǎng)板中間，其上的通孔連通兩板的分形微通道，完成一種新型分形微通道結(jié)構(gòu)流場(chǎng)雙極板的制備。
需要說明的是，該實(shí)施例中蝕刻劑用下面配方即可，HC1 45% 55%; HN03 5% 10%;
H2P04 2. 5% 5%;余量為H20;蝕刻溫度控制在60 65°C ，腐蝕時(shí)間控制在30 45分鐘，
均可達(dá)到上流場(chǎng)板1分形微通道結(jié)構(gòu)腐蝕貫穿板材厚度方向，下流場(chǎng)板5腐蝕一定深度未貫穿板材厚度方向，呈密封結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求1、一種分形微通道雙極板，包括陰極流場(chǎng)板(10)、陽極流場(chǎng)板(11)、質(zhì)子交換膜(8)、陰極擴(kuò)散層(7)、陽極擴(kuò)散層(9)；所述陰極流場(chǎng)板(10)和陽極流場(chǎng)板(11)結(jié)構(gòu)相同，由上流場(chǎng)板(1)、下流場(chǎng)板(5)、上流場(chǎng)板(1)和下流場(chǎng)板(5)之間的帶有分形結(jié)構(gòu)末端通孔(3)的分隔膜(4)組成；上流場(chǎng)板(1)與下流場(chǎng)板(5)分別設(shè)有氣體進(jìn)口(2)和氣體出口(6)；其特征在于所述上流場(chǎng)板(1)與下流場(chǎng)板(5)設(shè)有分形微通道，所述分形微通道是每一段通道在下一層次都有兩個(gè)分支；第K+1層次段的長(zhǎng)度LK+1與第K層次段的長(zhǎng)度LK的比值為γ＝2-1/D，D為長(zhǎng)度分形維數(shù)；第K+1層次段的水力直徑dK+1與第K層次段的水力直徑dK的比值為δ＝2-1/Δ，Δ為直徑分形維數(shù)；雙極板為矩形，分形微通道流場(chǎng)結(jié)構(gòu)單個(gè)分支形狀分叉角度φ＝π，K為分形的層次，K＝1、2、3…20；L1＝40mm～60mm，d1＝200um～300um；氣體進(jìn)口(2)和氣體出口(6)分別與第一級(jí)分形微通道連通；所述的分隔膜上設(shè)有通孔，所述通孔與上流場(chǎng)板(1)與下流場(chǎng)板(5)上分形微通道末端連接。
2、 如權(quán)利要求l所述的一種分形微通道雙極板，其特征在于，所述上流場(chǎng)板的分形微通道深度不超過流場(chǎng)板厚度，所述下流場(chǎng)板的分形微通道為通槽。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種分形微通道雙極板，其特征在于，所述分隔膜(4)厚度為0. 2 0. 5mm，由無機(jī)絕緣材料或有機(jī)絕緣材料制成。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種分形微通道雙極板，其特征在于，所述上流場(chǎng)板(1)和下流場(chǎng)板(5)為表面改性金屬制成。
5、 如權(quán)利要求4所述的一種分形微通道雙極板，其特征在于，所述的金屬為316L不銹鋼，所述的表面改性為對(duì)雙極板表面鍍鎳。
6、 如權(quán)利要求4所述的質(zhì)子交換膜燃料電池分形微通道流場(chǎng)雙極板，其特征在于，所述的上流場(chǎng)板(1)與下流場(chǎng)板(5)的厚度為O. 1 0.5rnm。
7、 如權(quán)利要求l所述的質(zhì)子交換膜燃料電池分形微通道流場(chǎng)雙極板，其特征在于，所述的長(zhǎng)度分形維數(shù)D為2，所述的直徑分形維數(shù)A為3，所述的反應(yīng)氣入口及出口處水力直徑均為d產(chǎn)200^附，L尸50mm。
8、 如權(quán)利要求l所述的質(zhì)子交換膜燃料電池分形微通道流場(chǎng)雙極板，其特征在于，所述的氣體進(jìn)口和氣體出口分別位于上流場(chǎng)板(1)與下流場(chǎng)板(5)兩對(duì)邊的中點(diǎn)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種分形微通道雙極板，分形微通道雙極板包括陰極流場(chǎng)板(10)、陽極流場(chǎng)板(11)、質(zhì)子交換膜(8)、陰極擴(kuò)散層(7)、陽極擴(kuò)散層(9)；上流場(chǎng)板(1)與下流場(chǎng)板(5)設(shè)有分形微通道，分形微通道是每一段通道在下一層次都有兩個(gè)分支；分形微通道流場(chǎng)結(jié)構(gòu)單個(gè)分支形狀分叉角度φ＝π。本實(shí)用新型采用蝕刻技術(shù)加工分形微通道結(jié)構(gòu)和激光技術(shù)加工分隔膜上的通孔。本實(shí)用新型用于質(zhì)子交換膜燃料電池能確保反應(yīng)氣分配到電極的各處，分形微通道結(jié)構(gòu)能保證電池內(nèi)部溫度分布均勻和較小的壓力降，使反應(yīng)氣在流場(chǎng)中保持一定的線速度，有效將電化學(xué)反應(yīng)生成水排出，提高燃料電池的效率。
文檔編號(hào)H01M4/86GK201323219SQ20082020568
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者萬珍平, 方曉明 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)