CN109980242A - 液体燃料电池中具有竖琴状流场结构双极板及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃料电池技术领域，公开了一种液体燃料电池中具有竖琴状流场结构双极板及设计方法，燃料电池的流道结构采用仿生原理，利用竖琴状生物的身体形状，制作成阳、阴极板的流道，使燃料电池的燃料和氧化剂大面积地与膜电极接触，稳定燃料和氧化剂在流道中的流动，减小燃料和氧化剂在流道中的流动阻力，增加压降，使燃料和氧化剂在膜电极的表面均匀分布。本发明能够从技术原理上解决燃料电池性能提高的问题，为燃料电池的商业化应用提供理论技术支持，加速燃料电池商业化应用，本发明减小了燃料和氧化剂在流道中的流动阻力，合理增加压降，促使燃料和氧化剂在电极的表面均匀分布，提高电池的性能。

Description

液体燃料电池中具有竖琴状流场结构双极板及设计方法

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种液体燃料电池中具有竖琴状流场结构双极板及设计方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：

自工业化革命以来，随着化石能源等传统能源的大量开采和利用，能源枯竭和环境污染问题开始陆续出现，并已成为当今世界所面临的两大重大挑战性课题，世界各国的科学家开始致力于研发和推广绿色清洁能源来取代传统的能源，以缓解能源危机和保护环境。随着科技的发展，便携式电子产品在全球已经普及，但产品外型的日趋短小轻便以及功能的日渐复杂也给电子产品的电池带来了严重的挑战，现有的电池技术已经无法满足便携式电子产品日渐增长的能耗需求，而太阳能、风能、水力发电、生物能源、地热发电等电能无法应用于移动及便携式电子设备上。因此亟待需要开发新型能源和电池来取代传统的能源与电源。

燃料电池是一种环境友好、高效的发电装置，它可将燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，不受卡诺循环的限制，能量转化效率高，对环境无污染和能小型化等特点，因此受到各国科学家的青睐，成为21世纪取代传统能源、保护生态环境、解决能源危机和能够应用于小型电子设备上的重要能源之一。所以研究燃料电池对于保护生态环境具有重要的生态意义，对于保障国家的能源安全具有重要的战略意义。

燃料电池由含催化剂的阳极、阴极和离子导电的电解质构成，按电解质类别可以划分为磷酸型燃料电池、固体氧化物燃料、碱性燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和质子交换膜燃料电池。质子交换膜燃料电池因为能量转换率更高、能量比更大、结构简单、移动性好、持久耐用、环境友好和模块化等特点，因此具有广阔的应用前景，已被公认为电动汽车、区域性电站、航天器和各种小型移动设备的首选能源。质子交换膜燃料电池根据所用燃料的种类，分为以氢气为燃料的氢燃料电池和以醇类、酸类等为燃料的液体燃料电池两大类。

在液体燃料电池中，双极板是燃料电池关键部件之一，它负责分配电池所需燃料和氧化剂，其流场结构特性直接影响燃料电池的性能。燃料电池中双极板的流场结构设计是否合理，不但会影响电池的发电性能，而且还会影响燃料电池运行的稳定可靠性及寿命。理想的燃料电池双极板流场设计应该使整个导流场中的燃料与空气中的氧气向电极传质均匀，而且又可以将电极反应生成的产物水及时带出，否则，将导致整个双极板的电流密度、功率密度和发热量分布的不均匀，造成局部过热、失水，直接影响到电池的运行性能。另外双极板槽道的设计，单从气体或液体分配的角度看，槽道中的流动阻力越小越好。液体燃料电池传统的流场结构主要有点状流场、网状流场、平直并联流场、蛇形流场和交指形状流场。点状流场在流体经过流场时易发生短路，流体分布不均匀，不利于液态水排出，会影响电池性能；网状流场流体分布较均匀，有利于反应气传质，减少浓差极化，但金属网的防腐工艺很难，而且阻力降较高；交指形状流场，在很大程度上提高了电池比功率，强化了扩散层的传质能力和扩散层内水的排出，但反应物在电极各处分布不均匀；平直并联流道中电解液的流程较短、流动阻力较小，但是电解液分布不均匀，影响了电池的性能；蛇形流场是目前最流行的一种流场结构，电解液分布均匀，但是其流程较长，流动阻力较大，也对电池性能产生不利影响。

因此迫切需要发明一种新型的流场结构，从工作原理上克服上述流场结构的缺陷。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有技术中，燃料电池中双极板流场设计使整个导流场中的燃料与空气中的氧气向电极传质不均匀，而且不能将电极反应生成的产物水及时带出，导致整个双极板的电流密度、功率密度和发热量分布的不均匀，造成局部过热、失水，直接影响到电池的运行性能。

(2)现有技术中，点状流场在流体经过流场时易发生短路，流体分布不均匀，不利于液态水排出，会影响电池性能；网状流场流体金属网的防腐工艺很难，而且阻力降较高；交指形状流场反应物在电极各处分布不均匀；平直并联流道中电解液分布不均匀，影响了电池的性能；蛇形流场其流程较长，流动阻力较大，也对电池性能产生不利影响。

解决上述技术问题的难度：

为了提高具有点状流场、网状流场、平直并联流场、蛇形流场和交指形状流场结构燃料电池的性能，目前解决的方法是通过流场结构参数优化，达到提高电池性能的目的。虽然通过流场结构优化可以提高燃料电池的性能，但如果想要继续提高燃料电池性能，从技术角度来讲，则非常困难，因此必须发明新型燃料电池流场结构，才能从技术原理上解决燃料电池无法提高性能的问题。

解决上述技术问题的意义：

本发明能够从技术原理上解决燃料电池性能提高的问题，为燃料电池的商业化应用提供理论技术支持，加速燃料电池商业化应用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种液体燃料电池中具有竖琴状流场结构双极板及设计方法。

本发明是这样实现的，一种流场结构双极板的设计方法，所述流场结构双极板的设计方法包括：

燃料电池的流道结构采用仿生原理，利用竖琴状生物的身体形状，制作成阳、阴极板的流道，使燃料电池的燃料和氧化剂大面积地与膜电极接触，稳定燃料和氧化剂在流道中的流动，减小燃料和氧化剂在流道中的流动阻力，增加压降，使燃料和氧化剂在膜电极的表面均匀分布。

进一步，稳定燃料和氧化剂在流道中的流动时，阳极流道燃料分配稳定器和阴极流道氧化剂分配稳定器均二次分配燃料和氧化剂，以及均使反应物强制对流通过燃料和氧化剂扩散层，使燃料和氧化剂接近催化剂层。

进一步，阳极板和阴极板的外形呈正方形或长方形，中间的工作区域呈正方形或长方形；

流道宽度、深度、辐射角、稳定器和脊宽参数的大小根据电池的大小和性能进行设计，流道宽度为0、5-4、5mm，流道的深度为0、5-2mm，流道的脊宽0、5-2、5mm，辐射角为30-60°，稳定器的直径为1-10mm；辐射角的大小决定阳、阴双极板的外形和中间的工作区域的形状，当辐射角为45°时，阳、阴双极板的外形和中间的工作区域的形状为正方形；当辐射角为45°以外角度时，阳、阴双极板的外形和中间的工作区域的形状为长方形；

阳极板和阴极板的的基材选用聚碳酸酯板材、聚乙烯、有机玻璃PMMA或不锈钢板；

基材选用聚碳酸酯板材、聚乙烯和有机玻璃，辅助材料选用金属电镀液、碳纳米管；

基材选用不锈钢板，辅助材料选用银、铂或氮化钛；

金属电镀液包括铝、钛、镍电镀液和银电镀液。

本发明的另一目的在于提供一种流场结构双极板，所述流场结构双极板包括阳极板和阴极板；阳极板和阴极板的流场结构呈竖琴状；

阳极板包括燃料流入通道、阳极板固定销孔、燃料流出流道出口、燃料回流支路、燃料流出通道、阳极流道、阳极流道燃料分配稳定器和燃料流入流道入口；

阴极板包括氧化剂流出流道出口、阴极流道、氧化剂流入通道、阴极流道氧化剂分配稳定器、氧化剂流入流道入口、氧化剂流出通道、氧化剂回流支路和阴极板销孔。

阳极板的燃料流入流道入口通过燃料进入通道与阳极流道燃料分配稳定器相连通；相邻对称阳极流道与阳极流道燃料分配稳定器相连通；燃料流出流道出口通过燃料流出通道与阳极流道燃料分配稳定器相连通；燃料回流支路将阳极流道燃料分配稳定器和阳极流道连接在一起；固定销通过阳极板固定销孔将多片阳极板的外壳体连接；燃料流出流燃料流出通道将燃料输送至下一阳极板的燃料流入流道入口；

阴极板的氧化剂流入流道入口通过氧化剂流入通道与阴极流道氧化剂分配稳定器相连通；相邻对称阴极流道与阴极流道氧化剂分配稳定器相连通；氧化剂流出流道出口通过氧化剂流出通道与阴极流道氧化剂分配稳定器相连通；氧化剂回流支路将阴极流道氧化剂分配稳定器和阴极流道连接在一起；

固定销通过阴极板固销孔将多片阴板的外壳体连接；氧化剂流出通道将氧化剂输送至下一阴极板的氧化剂流入流道入口。

进一步，双极板燃料分配稳定器为相邻对称两流道的交汇点，截面呈圆形。

本发明的另一目的在于提供一种搭载所述流场结构双极板的单电池，所述单电池包括：燃料电池阳极板、燃料电池阴极板、第一膜电极固定板、膜电极和第二膜电极固定板；燃料电池阳极板、燃料电池阴极板呈竖琴状；

第一膜电极固定板设置有第一膜电极固定板正面板和第一膜电极固定板反面板；

第二膜电极固定板设置有第二膜电极固定板正面板和第二膜电极固定板反面板；

第二膜电极固定板包括第第五固定销轴、第六固定销轴、第二正方形通口、第一固定销孔、第二固定销孔、第二膜电极固定口；

第一膜电极固定板包括第一固定销轴、第二固定销轴、第一膜电极固定口、第三固定销轴、第一正方形通口和第四固定销轴。

膜电极放在第一膜电极固定板和第二膜电极固定板中间，并由第二膜电极固定口和第一膜电极固定口固定；第一膜电极固定板和第二膜电极固定板由第一固定销孔、第二固定销孔、第一固定销轴、第二固定销轴定位并连接在一起。

阳极板通过阳极板固定销孔、第三固定销轴和第四固定销轴与第二膜电极固定板定位并固接在一起；阴极板通过阴极板固定销孔、第五固定销轴、第六固定销轴与第一膜电极固定板定位并固接在一起。

进一步，第二膜电极固定板和第二膜电极固定板的材料为具有绝缘功能的聚碳酸酯板材、聚乙烯和有机玻璃，形状为正方形或长方形。

本发明的另一目的在于提供一种安装所述单电池的绿色能源车辆。

本发明的另一目的在于提供一种安装所述单电池的移动及便携式电子设备。

本发明的另一目的在于提供一种安装所述单电池的移动通讯终端。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明设计的燃料电池阴、阳极极板流场结构是以海底竖琴状食肉海绵生物身体形状为基础，通过对其外形仿生设计而发明的一种新型电池流场，目的是使燃料电池的燃料和氧化剂能够尽可能大地与电极接触，减小燃料和氧化剂在流道中的流动阻力，合理增加压降，促使燃料和氧化剂在电极的表面均匀分布，提高电池的性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的阳极板三维图。

图2是本发明实施例提供的阳极板平面图。

图3是本发明实施例提供的阴极板三维图。

图4是本发明实施例提供的阴极板平面图。

图5是本发明实施例提供的单电池结构图。

图6是本发明实施例提供的第二膜电极固定副反面图。

图7是本发明实施例提供的第二膜电极固定副正面图。

图8是本发明实施例提供的第一膜电极固定副反面图。

图9是本发明实施例提供的第一膜电极固定副正面图。

图中：1、阳极板；2、燃料流入通道；3、阳极板固定销孔；4、燃料流出流道出口；5、燃料回流支路；6、燃料流出通道；7、阳极流道；8、阳极流道燃料分配稳定器；9、燃料流入流道入口；10、阴极板；11、氧化剂流出流道出口；12、阴极流道；13、燃料流入通道；14、阴极流道氧化剂分配稳定器；15、氧化剂流入流道入口；16、氧化剂流出通道；17、氧化剂回流支路；18、阴极板固销孔；19、第一膜电极固定板；20、膜电极；21、第二膜电极固定板；22、第五固定销轴；23、第六固定销轴；24、第二正方形通口；25、第一固定销孔；26、第二固定销孔；27、第二膜电极固定口；28、第一固定销轴；29、第二固定销轴；30、第一膜电极固定口；31、第三固定销轴；32、第一正方形通口；33、第四固定销轴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术中，燃料电池中双极板流场设计使整个导流场中的燃料与空气中的氧气向电极传质不均匀，而且不能将电极反应生成的产物水及时带出，导致整个双极板的电流密度、功率密度和发热量分布的不均匀，造成局部过热、失水，直接影响到电池的运行性能。现有技术中，点状流场在流体经过流场时易发生短路，流体分布不均匀，不利于液态水排出，会影响电池性能；网状流场流体金属网的防腐工艺很难，而且阻力降较高；交指形状流场反应物在电极各处分布不均匀；平直并联流道中电解液分布不均匀，影响了电池的性能；蛇形流场其流程较长，流动阻力较大，也对电池性能产生不利影响。

为解决上述问题，下面结合附图对本发明作详细描述。

本发明实施例提供的流场结构双极板的设计方法，包括：

燃料电池的流道结构采用仿生原理，利用竖琴状生物的身体形状，制作成阳、阴极板的流道，使燃料电池的燃料和氧化剂大面积地与膜电极接触，稳定燃料和氧化剂在流道中的流动，减小燃料和氧化剂在流道中的流动阻力，增加压降，使燃料和氧化剂在膜电极的表面均匀分布。

在本发明实施例中，稳定燃料和氧化剂在流道中的流动时，阳极流道燃料分配稳定器和阴极流道氧化剂分配稳定器均二次分配燃料和氧化剂，以及均使反应物强制对流通过燃料和氧化剂扩散层，使燃料和氧化剂接近催化剂层。

在本发明实施例中，阳极板和阴极板的外形呈正方形或长方形，中间的工作区域呈正方形或长方形；

流道宽度、深度、辐射角、稳定器和脊宽参数的大小根据电池的大小和性能进行设计，流道宽度为0、5-4、5mm，流道的深度为0、5-2mm，流道的脊宽0、5-2、5mm，辐射角为30-60°，稳定器的直径为1-10mm；辐射角的大小决定阳、阴双极板的外形和中间的工作区域的形状，当辐射角为45°时，阳、阴双极板的外形和中间的工作区域的形状为正方形；当辐射角为45°以外角度时，阳、阴双极板的外形和中间的工作区域的形状为长方形；

阳极板和阴极板的的基材选用聚碳酸酯板材、聚乙烯、有机玻璃PMMA或不锈钢板；

基材选用聚碳酸酯板材、聚乙烯和有机玻璃，辅助材料选用金属电镀液、碳纳米管；

基材选用不锈钢板，辅助材料选用银、铂或氮化钛；

金属电镀液包括铝、钛、镍电镀液和银电镀液。

本发明实施例提供的液体燃料电池中具有竖琴状流场结构双极板包括阳极板和阴极板，如图1-图4所示。

阳极板1由燃料流入通道2、阳极板固定销孔3、燃料流出流道出口4、燃料回流支路5、燃料流出通道6、阳极流道7、阳极流道燃料分配稳定器8和燃料流入流道入口9组成。

阴极板10由氧化剂流出流道出口11、阴极流道12、氧化剂流入通道13、阴极流道氧化剂分配稳定器14、氧化剂流入流道入口15、氧化剂流出通道16、氧化剂回流支路17和阴极板固销孔18组成。

相邻两对称流道通过双极板燃料(或氧化剂)分配稳定器连接在一起，并通过燃料(或氧化剂)分配稳定器将燃料(或氧化剂)分配给下一组对称的流道或燃料(或氧化剂)分配稳定器；

燃料回流支路将燃料(或氧化剂)分配稳定器与流道连接在一起，将离燃料流入通道和燃料流出通道最近的燃料(或氧化剂)分配稳定器内的燃料(或氧化剂)回流到与之相连的流道内，并通过燃料(或氧化剂)流出流道出口排出。

具体包括：阳极板1的燃料流入流道入口9通过燃料进入通道2与阳极流道燃料分配稳定器8相连通；相邻对称阳极流道7与阳极流道燃料分配稳定器8相连通；燃料流出流道出口4通过燃料流出通道与阳极流道燃料分配稳定器8相连通；燃料回流支路5将阳极流道燃料分配稳定器8和阳极流道7连接在一起。固定销通过阳极板固定销孔3将多片阳极板1的外壳体连接；燃料流出流燃料流出通道6将燃料输送至下一阳极板1的燃料流入流道入口9；

阴极板10的氧化剂流入流道入口15通过氧化剂流入通道13与阴极流道氧化剂分配稳定器14相连通；相邻对称阴极流道12与阴极流道氧化剂分配稳定器14相连通；氧化剂流出流道出口11通过氧化剂流出通道与阴极流道氧化剂分配稳定器14相连通；氧化剂回流支路17将阴极流道氧化剂分配稳定器14和阴极流道12连接在一起。

固定销通过阴极板固销孔18将多片阴板10的外壳体连接；氧化剂流出通道16将氧化剂输送至下一阴极板10的氧化剂流入流道入口15。

下面结合工作原理对本发明作进一步描述。

单电池的阳、阴极板的流场结构呈竖琴状。竖琴海绵生物生活在海底10800-11500英尺深处，为了适应条件恶劣的深海环境，它进化形成了食肉性特征，并形成独特的枝状结构，从而增大接触洋流的身体面积，使洋流能够均匀的流过它的身体表面，减小流动的阻力，增大捕获猎物的概率。本发明的燃料电池流道的结构采用仿生原理，利用竖琴状生物的身体形状，制作成阳、阴极板的流道，目的是使燃料电池的燃料和氧化剂能够尽可能大地与膜电极接触，稳定燃料和氧化剂在流道中的流动，减小燃料和氧化剂在流道中的流动阻力，增加压降，促使燃料和氧化剂在膜电极的表面均匀分布，提高电池的性能。

在本发明实施例中，双极板燃料分配稳定器(缓冲器)是相邻对称两流道的交汇点，截面呈圆形。阳极流道燃料分配稳定器8和阴极流道氧化剂分配稳定器14功能为：

(1)二次分配燃料和氧化剂的作用，保证燃料和氧化剂在各个支路稳定和分布均匀；

(2)能够增加使反应物强制对流通过燃料和氧化剂扩散层，使燃料和氧化剂更接近催化剂层，加快了电化学反应速率，提高电池的性能。

在本发明实施例中，双极板的形状和主要参数包括：

阳、阴双极板的外形呈正方形或长方形，中间的工作区域也呈正方形或长方形(流道区)，主要结构参数包括流道宽度(截面宽度)、深度、辐射角、稳定器(缓冲器)和脊宽(肩宽)，参数的大小主要根据电池的大小和性能来确定，具体的取值范围为：流道宽度(截面宽度)为0、5-4、5mm，流道的深度为0、5-2mm，流道的脊宽(肩宽)为0、5-2、5mm，辐射角为30-60°，稳定器(缓冲器)的直径为1-10mm。辐射角的大小还决定阳、阴双极板的外形和中间的工作区域的形状，当辐射角为45°时，阳、阴双极板的外形和中间的工作区域的形状为正方形，其它角度时则为长方形。

在本发明实施例中，目前燃料电池双极板的制作材料主要由有石墨材料、金属材料和复合材料。石墨材料虽然具有优良的电导性和热导性，较好的耐腐蚀性和热膨胀系数低等优点，但石墨材料的脆性造成了相当大的加工难度，限制了整个双极板厚度的降低，同时也增加了燃料电池的重量；金属材料虽然导电性能优异、导热性能好、机械强度高、气密性好且易于加工，但表面容易被酸性的燃料腐蚀，必须要电镀一层保护膜；复合材料由于加工时需要特殊的处理，加工成本高。本发明单电池的阳、阴极板的基材选用聚碳酸酯板材、聚乙烯、有机玻璃(PMMA)或不锈钢板。对于聚碳酸酯板材、聚乙烯和有机玻璃，辅助材料选用金属电镀液、碳纳米管；对于不锈钢板，辅助材料选用银、铂或氮化钛。金属电镀液包括铝、钛、镍电镀液和银电镀液。

下面结合具有竖琴状流场结构的单电池对本发明作进一步描述。

本发明具有竖琴状流场结构的单电池如图5所示，主要由燃料电池阳极板1、燃料电池阴极板10、第一膜电极固定板19、膜电极20和第二膜电极固定板21组成。

膜电极20固定副由第二膜电极固定板21和第一膜电极固定板19组成，每个固定板包括固定板正面和固定板反面。第二膜电极固定板21由第第五固定销轴22，第六固定销轴23，第二正方形通口24，第一固定销孔25，第二固定销孔26，第二膜电极固定口27等组成。

膜电极放在第一膜电极固定板19和第二膜电极固定板21中间，并由第二膜电极固定口27和第一膜电极固定口固定；第一膜电极固定板19和第二膜电极固定板21由第一固定销孔25、第二固定销孔26、第一固定销轴28、第二固定销轴29定位并连接在一起。

阳极板通过阳极板固定销孔3、第三固定销轴31和第四固定销轴33与第二膜电极固定板21定位并固接在一起；阴极板通过阴极板固定销孔18、第五固定销轴22、第六固定销轴23与第一膜电极固定板19定位并固接在一起。

第一膜电极固定板19由第一固定销轴28，第二固定销轴29，第一膜电极固定口30，第三固定销轴31，第一正方形通口32和第四固定销轴33等组成。

制作第二膜电极固定板21和第二膜电极固定板19的材料为具有绝缘功能的聚碳酸酯板材、聚乙烯和有机玻璃，厚度为2mm，形状为正方形或长方形，外形尺寸与阴阳极板尺寸相等。在膜电极固定副的正中间开有正方形或长方形的通口24和32，通口长×宽尺寸比膜电极20小2-3mm，在膜电极固定副的平面正面正中间开一正方形或长方形口27和30，开口长×宽尺寸与膜电极20尺寸相等，开口的深度为0、2-0、3mm，在膜电极固定副21上，正面对称开有两个φ2×0、5mm的销孔，反面对称具有两个φ2×0、5mm的销轴。在第一膜电极固定板19上，正反两面对称具有两个φ2×0、5mm的销轴，两个膜电极固定副上的销孔和销轴对称配合，起到固定、紧固和定位的作用，具体见图6至图9。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种流场结构双极板的设计方法，其特征在于，所述流场结构双极板的设计方法包括：

燃料电池的流道结构采用仿生原理，利用竖琴状生物的身体形状，制作成阳、阴极板的流道，使燃料电池的燃料和氧化剂大面积地与膜电极接触，稳定燃料和氧化剂在流道中的流动，减小燃料和氧化剂在流道中的流动阻力，增加压降，使燃料和氧化剂在膜电极的表面均匀分布。

2.如权利要求1所述的流场结构双极板的设计方法，其特征在于，稳定燃料和氧化剂在流道中的流动时，阳极流道燃料分配稳定器和阴极流道氧化剂分配稳定器均二次分配燃料和氧化剂，以及均使反应物强制对流通过燃料和氧化剂扩散层，使燃料和氧化剂接近催化剂层。

3.如权利要求1所述的流场结构双极板的设计方法，其特征在于，阳极板和阴极板的外形呈正方形或长方形，中间的工作区域呈正方形或长方形；

流道宽度、深度、辐射角、稳定器和脊宽参数的大小根据电池的大小和性能进行设计，流道宽度为0、5-4、5mm，流道的深度为0、5-2mm，流道的脊宽0、5-2、5mm，辐射角为30-60°，稳定器的直径为1-10mm；辐射角的大小决定阳、阴双极板的外形和中间的工作区域的形状，当辐射角为45°时，阳、阴双极板的外形和中间的工作区域的形状为正方形；当辐射角为45°以外角度时，阳、阴双极板的外形和中间的工作区域的形状为长方形；

阳极板和阴极板的的基材选用聚碳酸酯板材、聚乙烯、有机玻璃PMMA或不锈钢板；

基材选用聚碳酸酯板材、聚乙烯和有机玻璃，辅助材料选用金属电镀液、碳纳米管；

基材选用不锈钢板，辅助材料选用银、铂或氮化钛；

金属电镀液包括铝、钛、镍电镀液和银电镀液。

4.一种利用权利要求1所述流场结构双极板的设计方法设计的流场结构双极板，其特征在于，所述流场结构双极板包括阳极板和阴极板；阳极板和阴极板的流场结构呈竖琴状；

阳极板包括燃料流入通道、阳极板固定销孔、燃料流出流道出口、燃料回流支路、燃料流出通道、阳极流道、阳极流道燃料分配稳定器和燃料流入流道入口；

阴极板包括氧化剂流出流道出口、阴极流道、氧化剂流入通道、阴极流道氧化剂分配稳定器、氧化剂流入流道入口、氧化剂流出通道、氧化剂回流支路和阴极板销孔；

阳极板的燃料流入流道入口通过燃料进入通道与阳极流道燃料分配稳定器相连通；相邻对称阳极流道与阳极流道燃料分配稳定器相连通；燃料流出流道出口通过燃料流出通道与阳极流道燃料分配稳定器相连通；燃料回流支路将阳极流道燃料分配稳定器和阳极流道连接在一起；固定销通过阳极板固定销孔将多片阳极板的外壳体连接；燃料流出流燃料流出通道将燃料输送至下一阳极板的燃料流入流道入口；

阴极板的氧化剂流入流道入口通过氧化剂流入通道与阴极流道氧化剂分配稳定器相连通；相邻对称阴极流道与阴极流道氧化剂分配稳定器相连通；氧化剂流出流道出口通过氧化剂流出通道与阴极流道氧化剂分配稳定器相连通；氧化剂回流支路将阴极流道氧化剂分配稳定器和阴极流道连接在一起；

固定销通过阴极板固销孔将多片阴板的外壳体连接；氧化剂流出通道将氧化剂输送至下一阴极板的氧化剂流入流道入口。

5.如权利要求4所述的流场结构双极板，其特征在于，

双极板燃料分配稳定器为相邻对称两流道的交汇点，截面呈圆形。

6.一种搭载权利要求4所述流场结构双极板的单电池，其特征在于，所述单电池包括：燃料电池阳极板、燃料电池阴极板、第一膜电极固定板、膜电极和第二膜电极固定板；燃料电池阳极板、燃料电池阴极板呈竖琴状；

第一膜电极固定板设置有第一膜电极固定板正面板和第一膜电极固定板反面板；

第二膜电极固定板设置有第二膜电极固定板正面板和第二膜电极固定板反面板；

第二膜电极固定板包括第第五固定销轴、第六固定销轴、第二正方形通口、第一固定销孔、第二固定销孔、第二膜电极固定口；

第一膜电极固定板包括第一固定销轴、第二固定销轴、第一膜电极固定口、第三固定销轴、第一正方形通口和第四固定销轴；

膜电极放在第一膜电极固定板和第二膜电极固定板中间，并由第二膜电极固定口和第一膜电极固定口固定；第一膜电极固定板和第二膜电极固定板由第一固定销孔、第二固定销孔、第一固定销轴、第二固定销轴定位并连接在一起。

阳极板通过阳极板固定销孔、第三固定销轴和第四固定销轴与第二膜电极固定板定位并固接在一起；阴极板通过阴极板固定销孔、第五固定销轴、第六固定销轴与第一膜电极固定板定位并固接在一起。

7.如权利要求6所述的单电池，其特征在于，

第二膜电极固定板和第二膜电极固定板的材料为具有绝缘功能的聚碳酸酯板材、聚乙烯和有机玻璃，形状为正方形或长方形。

8.一种安装权利要求6所述单电池的绿色能源车辆。

9.一种安装权利要求6所述单电池的移动及便携式电子设备。

10.一种安装权利要求6所述单电池的移动通讯终端。