[發明專利]一種有利于水管理的燃料電池雙極板流場結構

無效

• 申請號: 200910187404.5
• 申請日: 2009-09-14
• 公開（公告）號: CN101651217A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發明（設計）人: 徐洪峰;孫昕;傅云峰;燕希強
• 申請（專利權）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M4/86
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司
• 代理人: 高永德

技術領域

本發明涉及質子交換膜燃料電池領域，尤其涉及質子交換膜燃料電池用雙極板。

背景技術

質子交換膜燃料電池(PEMFC)中，增濕引入的氣態水和燃料電池中電化學反應生成的水均需要排除電池。在PEMFC工作過程中，沿氣體流動方向，隨著電化學反應的進行，生成水不斷累積，會在流場某一個界面處，水蒸氣達到飽和，出現液態水，液態水如果不及時的被排除電池，在流場或電極表面內累計會增大氣體傳遞阻力，增大濃差極化，導致電池放電性能降低；同時，還會使流場內各個溝槽內氣體分布不均，各個單電池內氣體分配不均，從而使電池堆電壓分配不均。因此，有效地將PEMFC內的液態水排出電池是PEMFC穩定運行的關鍵。通常條件下液態水是通過尾氣的流動帶出電池的，為了使液態水順利離開，減小電極表面和流場表面對液態水的吸附阻力，現有技術中有將流場增水化處理的方法?，F有技術的將流場增水化處理的方法的不足是：只是使流場不易于結水，沒有改變電池內的水排出的方式。

發明內容

本發明的目的在于提供一種有利于水管理的燃料電池雙極板，使燃料電池反應氣沿雙極板流道流動方向邊反應邊流動的過程中，流速不斷增大，壓力不斷下降，在出口處流速最大，壓力最小，從而使部份液態水蒸發，余下液態水被高速流動的尾氣帶出電池。有效地防止液態水在電池堆出口段累計。本發明的技術方案是；一種有利于水管理的燃料電池雙極板流場結構，流場為平行溝槽，其特征在于所述流場的平行溝槽的口徑自入口到出口逐漸縮小，呈線性遞減，流場的平行溝槽入口截面積∶出口截面積＝2∶1。

本發明所述的一種有利于水管理的燃料電池雙極板流場結構，其特征在于所述流場的平行溝槽的寬度在0.5～1.5mm之間，深度在0.5～1.0mm之間。

本發明所述的一種有利于水管理的燃料電池雙極板流場結構，其特征在于所述的流場的平行溝槽的口徑自入口到出口逐漸縮小，呈線性遞減，是流場的平行溝槽的寬度不變，深度線性遞減，或者是流場的平行溝槽的深度不變，寬度線性遞減，或者是流場的平行溝槽的寬度和深度都線性遞減。

本發明的原理是：燃料電池雙極板流場的進口部份，氣體濃度相對于出口段較大，特別是空氣中氧氣的濃度，因此，燃料電池雙極板流場的進口部份反應速度較快，產生的廢熱較多。由于進口處氣體內濕度往往是不飽和的，進口段通道寬，氣體流速就會相對較低，雷諾準數小，有利于緩解膜中水分大量蒸發而導致膜失水。由于燃料電池內陰極反應生成水，而在出口段，通常條件下，反應氣已經處于飽和狀態，已經有液態水出現。因此，出口段通道窄，會使氣體流速快，壓力降低，從而促進部份液態水汽化，同時快速移動的氣體還可以把液態水帶出電池。

本發明具有如下優點：

1、可以防止雙極板流道進口段膜失水，又可以防止出口段電極被液態水淹，使燃料電池長時間穩態運行。

2、本發明的流場結構既適用于陰極空氣流場，也適用于陽極氫氣流場。

附圖說明

本發明有附圖3幅，其中

附圖1是本發明的雙極板的構造立體示意圖。

附圖2是本發明的雙極板的主視示意圖。

附圖3是本發明的雙極板的俯視示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，流場為平行溝槽，溝槽的口徑自入口到出口逐漸縮小?？梢员３譁喜鄣膶挾?.5～1.2mm不變，溝槽的深度由0.5～1.0mm線性遞減到0.25～0.5mm；或溝槽的深度0.5mm不變，溝槽寬度由1.0～1.2線性遞減到0.5～0.6mm。

實例1：

流場總長500mm，保持溝槽寬度1-1.2mm不變，陰極溝槽進口處深為0.5mm，逐漸線性遞減到出口的0.25mm。這樣氣體流速在出口處就相對于0.5mm深的溝槽，提高了1倍。

實例2：

流場總長500mm，保持溝槽寬度0.8-1.0mm不變，陽極溝槽進口處深為0.6mm，逐漸線性遞減到出口的0.2mm。這樣氣體流速在出口處就相對于0.5mm深的溝槽，提高了2倍，有利于液態水的脈沖排出。

實例3：

流場總長500mm，保持溝槽深度0.5mm不變，陰極溝槽進口處寬為1.4mm，逐漸線性遞減到出口的0.7mm。這樣氣體流速在出口處就相對于1.4mm寬的溝槽，提高了1倍。

實例4：

流場總長500mm，保持溝槽深度度0.4mm不變，陽極溝槽進口處寬為1.5mm，逐漸線性遞減到出口的0.5mm。這樣氣體流速在出口處就相對于0.5mm深的溝槽，提高了2倍，有利于累計的液態水的脈沖排出。