CN208955110U

CN208955110U - 一种双极板、单电芯及质子交换膜燃料电池

Info

Publication number: CN208955110U
Application number: CN201821785608.XU
Authority: CN
Inventors: 方谋; 刘恒伟; 刘海龙; 王新舒; 孟祥金; 刘双喜; 陈小惠; 陈章耀; 孙泽恩; 袁佳林; 韩德; 刘恒燕; 张伟; 方达杰; 曹成; 方佳倩; 施彦铭; 孙雅梅; 包利斌
Original assignee: Suzhou Shuo Jing Power New Energy Co Ltd
Current assignee: Suzhou Shuo Jing Power New Energy Co Ltd
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2019-06-07
Anticipated expiration: 2028-10-31

Abstract

本实用新型涉及一种双极板、单电芯及质子交换膜燃料电池，属于燃料电池技术领域。一种双极板包括阴极板和阳极板，阴极板设置有两个以上氧化剂入口和两个以上氧化剂出口，氧化剂入口和氧化剂出口一一对应由氧化剂流道连通，阳极板设置有燃料气体入口和燃料气体出口，燃料气体入口和燃料气体出口一一对应由燃料气体流道连通。此双极板有效提高了燃料电池的面电流密度，进而提高燃料电池功率密度，又能有效防止高电流率密度下的电极水淹。此外本实用新型还涉及一种单电芯及质子交换膜燃料电池。

Description

一种双极板、单电芯及质子交换膜燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种双极板、单电芯及质子交换膜燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种将氢气和氧气通过电化学氧化反应而发电的装置，市场前景十分广阔。燃料电池具体分为质子交换膜燃料电池、高温固体氧化物燃料电池、碱性燃料电池、磷酸燃料电池和熔融碳酸盐燃料电池。

质子交换膜燃料电池具有非常多的优点：产物是水、运行稳定、启动快速、工作温度低、体积功率密度大等，正在作为车载电源、备用电源、家庭用热电联产等项目进行实用化的研究。

质子交换膜燃料电池通常是由膜电极、气体扩散层、双极板等部件交替堆叠而成。双极板作为燃料电池的关键部件之一，其体积、重量以及价格在燃料电池当中所占的比重都相当大，因此，发展具有薄型化、轻量化及价格低廉的双极板对质子交换膜燃料电池的实际应用致关重要。目前双极板主要分为石墨双极板、复合材料双极板和金属双极板。石墨双极板耐腐蚀性能强、导电良好，但材料脆性极大，机械性能差，同时加工效率低，成本较高；复合材料双极板以碳粉和树脂为主要原料、经过模压等方式制备而成，其成本低廉，但是复合材料双极板还存在导电性和气体渗透的问题。金属薄板具有较高的强度以及良好的导电、导热性能，原材料价格便宜且适合大批量生产方式，是燃料电池产业化的第一选择。

另一方面，为了满足燃料电池汽车100kW级高功率燃料电池系统的需求，通常采用多片大活性面积单电池堆叠成大电堆的解决方案。巴拉德采用大面积细长流场结构石墨双极板、膜电极组成电堆。丰田Mirai FCV采用更薄质子交换膜、阳极蛇形流场结构、阴极3D网格结构的大面积类矩形电池堆叠组成114kW电堆。

而巴拉德细长流场结构的9SSL电堆只能达到15kW，然后由15kW电堆组成各种不同型号的电堆系统，可以很好的解决低电流密度下的排水问题，但高功率密度和高功率密度下排水仍然受到制约，大面积矩形流场结构也面临着类似的问题。

实用新型内容

本实用新型的第一目的在于提供一种双极板，能够防止燃料电池的双极板在高电流密度下被水淹的同时，解决高功率电堆组装的技术问题。

本实用新型的第二目的在于提供一种单电芯，用于堆叠形成燃料电池。

本实用新型的第三目的在于提供一种质子交换膜燃料电池，具有较高的燃料电池功率密度以及较好的电极防水淹效果。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种双极板，其包括阴极板和阳极板；

阴极板设置有两个以上氧化剂入口和两个以上氧化剂出口，两个以上氧化剂入口和两个以上氧化剂出口一一对应由氧化剂流道连通；

阳极板设置有两个以上燃料气体入口和两个以上燃料气体出口，两个以上燃料气体入口和两个以上燃料气体出口一一对应由燃料气体流道连通；

氧化剂流道和燃料气体流道均由沟脊形成。

一种双极板，其包括阴极板和阳极板；

阴极板由两个以上的阴极流场结构单元构成，阴极流场结构单元设置有氧化剂入口和氧化剂出口，氧化剂入口和氧化剂出口由氧化剂流道连通；

阳极板由两个以上的阳极流场结构单元构成，阳极流场结构单元设置有燃料气体入口和燃料气体出口，燃料气体入口和燃料气体出口由燃料气体流道连通；

氧化剂流道和燃料气体流道均由沟脊形成。

进一步地，阴极板具有两条相对的第一边和第二边，所有氧化剂入口设置于第一边，所有氧化剂出口设置于第二边。

进一步地，阴极流场结构单元为矩形时，氧化剂入口和之一一对应连通氧化剂出口分别设置于阴极流场结构单元的对角位置。

进一步地，阳极板具有两条相对的第一边和第二边，所有燃料气体入口设置于第一边，所有燃料气体出口设置于第二边。

进一步地，阳极流场结构单元为矩形时，燃料气体入口和之一一对应连通燃料气体出口分别设置于阳极流场结构单元的对角位置。

进一步地，氧化剂流道的长度为3～20cm，燃料气体流道的长度为3～20cm。

进一步地，双极板包括冷却板，冷却板设置于阴极板和阳极板之间；

冷却板由两个以上的冷却流场结构单元构成，每个冷却流场结构单元设置有冷却入口和冷却出口，冷却入口和冷却出口由冷却流道连通；

冷却流道由沟脊形成。

一种单电芯，其包括膜电极组件及如上述的双极板。

一种质子交换膜燃料电池，其包括多个如上述的单电芯，膜电极组件与双极板交替叠合。

本实用新型实施例的有益效果是：

本实用新型提供的一种双极板，用于质子交换膜燃料电池。阴极板设置有两个以上氧化剂入口和两个以上氧化剂出口，氧化剂入口和氧化剂出口一一对应由氧化剂流道连通；阳极板设置有两个以上燃料气体入口和两个以上燃料气体出口，燃料气体入口和燃料气体出口一一对应由燃料气体流道连通。阴极板和阳极板分别被划分成两个以上结构单元，彼此独立工作，有利于燃料电池堆栈的小型化。本实用新型的双极板有效提高了燃料电池的面电流密度，进而提高燃料电池功率密度，又能有效防止高电流率密度下的电极水淹。

本实用新型提供的一种单电芯，是燃料电池的单体，用于堆叠形成质子交换膜燃料电池。单电芯包括膜电极组件和双极板，膜电极和双极板共同形成电子流动通道，产生电流。

本实用新型提供的一种质子交换膜燃料电池，包括多个单电芯，其通过多片大面积金属双极板和相应的膜电极交替堆叠成为高功率燃料电池堆。具有较高的燃料电池功率密度以及较好的电极防水淹效果，有利于燃料电池的产业化发展。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的二单元阴极板的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的二单元阳极板的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的二单元冷却板的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的三单元阴极板的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的四单元阴极板的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的五单元阴极板的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的六单元阴极板的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的单电芯的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的质子交换膜燃料电池的结构示意图；

图10为现有技术的阴极板的结构示意图；

图11为现有技术的阳极板的结构示意图；

图12为本实用新型实施例提供的二单元双极板和现有技术的双极板制造的燃料电池常压条件下电压与电流关系对比图；

图13为本实用新型实施例提供的三单元双极板和现有技术的双极板制造的燃料电池常压条件下电压与电流关系对比图；

图14为本实用新型实施例提供的四单元双极板和现有技术的双极板制造的燃料电池常压条件下电压与电流关系对比图；

图15为本实用新型实施例提供的五单元双极板和现有技术的双极板制造的燃料电池常压条件下电压与电流关系对比图；

图16为本实用新型实施例提供的六单元双极板和现有技术的双极板制造的燃料电池常压条件下电压与电流关系对比图。

图标：100-阴极板；110-氧化剂入口；120-氧化剂出口；130-氧化剂流道；200-阳极板；210-燃料气体入口；220-燃料气体出口；230-燃料气体流道；300-冷却板；310-冷却入口；320-冷却出口；330-冷却流道；400-单电芯；410-质子交换膜；420-阳极催化层；430-阴极催化层；440-阳极气体扩散层；450-阴极气体扩散层；500-质子交换膜燃料电池。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，“垂直”等术语并不表示要求部件之间绝对垂直，而是可以稍微倾斜。如“垂直”仅仅是指其方向相对而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型提供一种双极板，其包括阴极板100和阳极板200。

阴极板100为30～500微米厚的不锈钢或钛合金矩形薄板，阳极板200为30～500微米厚的不锈钢或钛合金矩形薄板。

阴极板100分别设置有两个以上氧化剂入口110和两个以上氧化剂出口120，两个以上氧化剂入口110和两个以上氧化剂出口120一一对应由氧化剂流道130连通。每个氧化剂入口110、与之连通的氧化剂出口120以及连通氧化剂入口110与氧化剂出口120的氧化剂流道130共同形成一个阴极结构单元。

阳极板200分别设置有两个以上燃料气体入口210和两个以上燃料气体出口220，两个以上燃料气体入口210和两个以上燃料气体出口220一一对应由燃料气体流道230连通。每个燃料气体入口210、与之连通的燃料气体出口220以及连通燃料气体入口210与燃料气体出口220的燃料气体流道230共同形成一个阳极结构单元。

阴极板100被划分成两个以上阴极结构单元，阳极板200被划分成两个以上阳极结构单元，每个结构单元相互独立工作，互补干扰，有利于燃料电池堆栈的小型化。

进一步地，为了保证流体的流动距离不变，阴极板100具有两条相对的第一边和第二边，所有氧化剂入口110设置于第一边，所有氧化剂出口120设置于第二边；阳极板200具有两条相对的第一边和第二边，所有燃料气体入口210设置于第一边，所有燃料气体出口220设置于第二边。

氧化剂流道130和燃料气体流道230均由沟脊形成。阳极板200和阴极板100均有一面设置有多个沟脊，相邻沟脊中间形成氧化剂流道130和燃料气体流道230。多个氧化剂流道130和多个沟脊共同形成阴极板流场，多个燃料气体流道230和多个沟脊共同形成阳极板流场。阴极板流场和阳极板流场均为超细密化流场结构，此结构使得流体在反应区域分配的更加均匀。

进一步地，流场沟脊的宽度为50～1000微米，流场沟脊的宽度为50～1000微米，流道的宽度为50～1000微米，优选地，流场沟脊的宽度为100～300微米，流场沟脊的高度均为100～300微米，流道130的宽度为100～300微米。

进一步地，氧化剂流道130和燃料气体流道230的横截面均为矩形。

进一步地，为了防止流道过短和过长而导致氧化剂和还原气体难以流通或距离过短流通不均匀，氧化剂流道130的长度为3～20cm，燃料气体流道230的长度为3～20cm，

进一步地，氧化剂入口110和氧化剂出口120分别设置于阴极板流场的对角位置；燃料气体入口210和燃料气体入口210分别设置于阳极板流场的对角位置，从而使气体分配更加均匀。

双极板还包括冷却板300，冷却板300设置于阴极板100和阳极板200之间。

冷却板300分别设置有两个以上冷却入口310和两个以上冷却出口320，两个以上冷却入口310和两个以上冷却出口320一一对应由冷却流道330连通。每个冷却入口310、与之连通的冷却出口320以及连通冷却入口310与冷却出口320的冷却流道330共同形成一个冷却结构单元。每个冷却结构单元相互独立冷却，冷却效果更好。

进一步地，冷却板300为30～500微米厚的不锈钢或钛合金矩形薄板，冷却板300具有两条相对的第一边和第二边，所有冷却入口310设置于第一边，所有冷却出口320设置于第二边。使每个冷却结构单元的冷却流体的流动方向一致，冷却效果更好。

冷却流道330由沟脊形成。冷却板300有一面设置有多个沟脊，相邻沟脊中间形成冷却流道330。

双极板由冷却板300、阳极板200和阴极板100粘接而成，冷却板300的两面分别粘接于阳极板200和阴极板100，阳极板200和阴极板100的流道均朝向外侧。

双极板的制备工艺包括先通过激光雕刻的方法制造出流道，再使用粘接剂粘接阳极板200、阴极板100和冷却板300制作一个双极板。

双极板的制备工艺包括先通过蚀刻的方法制造出流道，再使用粘接剂粘接阳极板200、阴极板100和冷却板300制作一个双极板。

本实用新型提供一种单电芯400，其包括膜电极组件及如上述的双极板。

膜电极组件包括质子交换膜410、两侧的阳极催化层420和阴极催化层430以及最外侧的阳极气体扩散层440和阴极气体扩散层450。

单电芯400的工作机理如下：由供给至阳极催化层420的氢生成质子和电子，在阳极生成的质子在质子交换膜410内部移动而到达阴极催化层430；另一方面，在阳极生成的电子经由导线而从燃料电池被取出，在外部负载电路消耗电能之后，上述电子经由导线返回到阴极，与供给至阴极催化层430的氧发生反应而生成水。

本实用新型提供一种质子交换膜燃料电池500，其包括多个如上述的单电芯400，膜电极组件与双极板交替叠合。

本实用新型实施例的质子交换膜燃料电池500中的金属双极板采用短距离、超细密化结构，改善了双极板和气体扩散层之间的接触，减小了单元燃料电池阻抗，改善了催化层的面积利用效率。另外在采用与长流路相同压力损失时，由于金属双极板细密化流路较短，因此可以获得更大的压力损失梯度，可以加快生成水的排出。此外，在双极板的制备过程中对流路进行了光滑处理，因此燃料电池在80℃运行条件下，生成水通常以水蒸气的形式呈现，能够利用较大的压力损失梯度将生成的水蒸气快速排出燃料电池，有效防止阴极电极水淹。

以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

请参阅图1、图2及图3，本实用新型实施例提供一种双极板，其包括阴极板100、阳极板200和冷却板300。

阴极板100、阳极板200和冷却板300均为100微米厚的钛合金矩形薄板。

阴极板100分别设置有两个氧化剂入口110和两个氧化剂出口120，两个氧化剂入口110和两个氧化剂出口120一一对应由氧化剂流道130连通。阴极板100包括两个阴极结构单元。

阳极板200分别设置有两个燃料气体入口210和两个燃料气体出口220，两个燃料气体入口210和两个燃料气体出口220一一对应由燃料气体流道230连通。阳极板200包括两个阳极结构单元。

冷却板300分别设置有两个冷却入口310和两个冷却出口320，两个冷却入口310和两个冷却出口320一一对应由冷却流道330连通。冷却板300包括两个冷却结构单元。

氧化剂流道130、燃料气体流道230和冷却流道330均由沟脊形成。流场沟脊的宽度和高度均为100微米，流道的宽度为100微米。

氧化剂流道130、燃料气体流道230和冷却流道330的长度均为12cm。

实施例2

请参阅图4，请参阅图1及图2，本实用新型实施例提供一种双极板，其包括阴极板100、阳极板200和冷却板300。

阴极板100分别设置有三个氧化剂入口110和三个氧化剂出口120，三个氧化剂入口110和三个氧化剂出口120一一对应由氧化剂流道130连通。阴极板100包括三个阴极结构单元。

阳极板200分别设置有三个燃料气体入口210和三个燃料气体出口220，三个燃料气体入口210和三个燃料气体出口220一一对应由燃料气体流道230连通。阳极板200包括三个阳极结构单元。

冷却板300分别设置有三个冷却入口310和三个冷却出口320，三个冷却入口310和三个冷却出口320一一对应由冷却流道330连通。冷却板300包括三个冷却结构单元。

实施例3

请参阅图5，本实用新型实施例提供一种双极板，其包括阴极板100、阳极板200和冷却板300。

阴极板100分别设置有四个氧化剂入口110和四个氧化剂出口120，四个氧化剂入口110和四个氧化剂出口120一一对应由氧化剂流道130连通。阴极板100包括四个阴极结构单元。

阳极板200分别设置有四个燃料气体入口210和四个燃料气体出口220，四个燃料气体入口210和四个燃料气体出口220一一对应由燃料气体流道230连通。阳极板200包括四个阳极结构单元。

冷却板300分别设置有四个冷却入口310和四个冷却出口320，四个冷却入口310和四个冷却出口320一一对应由冷却流道330连通。冷却板300包括四个冷却结构单元。

实施例4

请参阅图6，本实用新型实施例提供一种双极板，其包括阴极板100、阳极板200和冷却板300。

阴极板100分别设置有五个氧化剂入口110和五个氧化剂出口120，五个氧化剂入口110和五个氧化剂出口120一一对应由氧化剂流道130连通。阴极板100包括五个阴极结构单元。

阳极板200分别设置有五个燃料气体入口210和五个燃料气体出口220，五个燃料气体入口210和五个燃料气体出口220一一对应由燃料气体流道230连通。阳极板200包括五个阳极结构单元。

冷却板300分别设置有五个冷却入口310和五个冷却出口320，五个冷却入口310和五个冷却出口320一一对应由冷却流道330连通。冷却板300包括五个冷却结构单元。

实施例5

请参阅图7，本实用新型实施例提供一种双极板，其包括阴极板100、阳极板200和冷却板300。

阴极板100分别设置有六个氧化剂入口110和六个氧化剂出口120，六个氧化剂入口110和六个氧化剂出口120一一对应由氧化剂流道130连通。阴极板100包括六个阴极结构单元。

阳极板200分别设置有六个燃料气体入口210和六个燃料气体出口220，六个燃料气体入口210和六个燃料气体出口220一一对应由燃料气体流道230连通。阳极板200包括六个阳极结构单元。

冷却板300分别设置有六个冷却入口310和六个冷却出口320，六个冷却入口310和六个冷却出口320一一对应由冷却流道330连通。冷却板300包括六个冷却结构单元。

实施例6

请参阅图8，本实用新型实施例提供一种单电芯400，其包括膜电极组件及如上述的双极板。

双极板为实施例1的二单元双极板，膜电极组件包括质子交换膜410、两侧的阳极催化层420和阴极催化层430以及最外侧的阳极气体扩散层440和阴极气体扩散层450。

实施例7

请参阅图9，本实用新型实施例提供一种质子交换膜燃料电池500，其包括两个单电芯400，膜电极组件与双极板交替叠合。

对比例1

请参阅图10及图11，本实用新型对比例提供一种双极板，其包括阴极板100、阳极板200和冷却板300。

阴极板100分别设置有一个氧化剂入口110和一个氧化剂出口120，氧化剂入口110和氧化剂出口120由氧化剂流道130连通。

阳极板200分别设置有一个燃料气体入口210和一个燃料气体出口220，燃料气体入口210和燃料气体出口220由燃料气体流道230连通。

冷却板300分别设置有一个冷却入口310和一个冷却出口320，冷却入口310和冷却出口320由冷却流道330连通。

分别取实施例1～5和对比例1的双极板，测得双极板在燃料电池中常压下的单体电压以及对应的燃料电池电流密度、以及在100kPa条件下燃料电池单体电压以及对应的燃料电池电流密度。

请参阅图12，实施例1得到的双极板在燃料电池中在常压下的单体电压为650mV时，对应的燃料电池电流密度为2A/cm²；在100kPa条件下的单体电压为700mV时，对应的燃料电池电流密度为2A/cm²。

请参阅图13，实施例2得到的双极板在燃料电池中在常压下的单体电压为648mV时，对应的燃料电池电流密度为2A/cm²；在100kPa条件下的单体电压为695mV时，对应的燃料电池电流密度为2A/cm²。

请参阅图14，实施例3得到的双极板在燃料电池中在常压下的单体电压为645mV时，对应的燃料电池电流密度为2A/cm²；在100kPa条件下的单体电压为692mV时，对应的燃料电池电流密度为2A/cm²。

请参阅图15，实施例4得到的双极板在燃料电池中在常压下的单体电压为652mV时，对应的燃料电池电流密度为2A/cm²；在100kPa条件下的单体电压为700mV时，对应的燃料电池电流密度为2A/cm²。

请参阅图16，实施例5得到的双极板在燃料电池中在常压下的单体电压为646mV时，对应的燃料电池电流密度为2A/cm²；在100kPa条件下的单体电压为695mV时，对应的燃料电池电流密度为2A/cm²。

请参阅图12～16，对比例1得到的双极板在燃料电池中在常压下的单体电压为580mV时，对应的燃料电池电流密度为2A/cm²；在100kPa条件下的单体电压为623mV时，对应的燃料电池电流密度为2A/cm²。

由实施例1～5和对比例1的燃料电池电流密度与燃料电池中的单体电压可得，本实用新型实施例对应相同的燃料电池电流密度，燃料电池中的单体电压更高，因此燃料电池的功率更大。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种双极板，其特征在于，所述双极板包括阴极板和阳极板；

所述阴极板设置有两个以上氧化剂入口和两个以上氧化剂出口，两个以上所述氧化剂入口和两个以上所述氧化剂出口一一对应由氧化剂流道连通；

所述阳极板设置有两个以上燃料气体入口和两个以上燃料气体出口，两个以上所述燃料气体入口和两个以上所述燃料气体出口一一对应由所述燃料气体流道连通；

所述氧化剂流道和所述燃料气体流道均由沟脊形成。

2.一种双极板，其特征在于，所述双极板包括阴极板和阳极板；

所述阴极板由两个以上的阴极流场结构单元构成，每个阴极流场结构单元设置有氧化剂入口和氧化剂出口，所述氧化剂入口和所述氧化剂出口由氧化剂流道连通；

所述阳极板由两个以上的阳极流场结构单元构成，每个阳极流场结构单元设置有燃料气体入口和燃料气体出口，所述燃料气体入口和所述燃料气体出口由燃料气体流道连通；

所述氧化剂流道和所述燃料气体流道均由沟脊形成。

3.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于，所述阴极板具有两条相对的第一边和第二边，所有所述氧化剂入口设置于所述第一边，所有所述氧化剂出口设置于所述第二边。

4.根据权利要求3所述的双极板，其特征在于，当所述阴极流场结构单元为矩形时，所述氧化剂入口和之一一对应连通所述氧化剂出口分别设置于所述阴极流场结构单元的对角位置。

5.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于，所述阳极板具有两条相对的第一边和第二边，所有所述燃料气体入口设置于所述第一边，所有所述燃料气体出口设置于所述第二边。

6.根据权利要求5所述的双极板，其特征在于，当所述阳极流场结构单元为矩形时，所述燃料气体入口和之一一对应连通所述燃料气体出口分别设置于所述阳极流场结构单元的对角位置。

7.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于，所述氧化剂流道的长度为3～20cm，所述燃料气体流道的长度为3～20cm。

8.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于，所述双极板包括冷却板，所述冷却板设置于所述阴极板和所述阳极板之间；

所述冷却板由两个以上的冷却流场结构单元构成，每个冷却流场结构单元设置有冷却入口和冷却出口，所述冷却入口和所述冷却出口由冷却流道连通；

所述冷却流道由沟脊形成。

9.一种单电芯，其特征在于，所述单电芯包括膜电极组件及如权利要求2～8任一项所述的双极板。

10.一种质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述质子交换膜燃料电池包括多个如权利要求9所述的单电芯，所述膜电极组件与所述双极板交替叠合。