[發(fā)明專利]一種聯(lián)合應用板內逆流流場和板間逆流流場的燃料電池堆

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010210337.7
• 申請日: 2010-06-25
• 公開（公告）號: CN101867053A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發(fā)明（設計）人: 張紅飛;裴普成;張大鵬
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M8/02;H01M8/04;H01M8/24
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

技術領域

本發(fā)明涉及一種聯(lián)合應用板內逆流流場和板間逆流流場的燃料電池堆，屬于燃料電池技術領域。

背景技術

如文獻Int.J.Hydrogen?Energy?34(2009)6749-6764所報道，質子交換膜燃料電池堆是一種同時集傳質、傳電和傳熱一體的高度復雜的發(fā)電裝置。鑒于提高電池堆性能、提高電池堆壽命和提高電池堆對嚴酷操作條件的適應能力等方面的要求，在整個電池堆的所有單片電池的全部活性區(qū)內應盡可能同時做到物種濃度均勻分布、電流密度均勻分布、溫度均勻分布和應力均勻分布等四類均勻分布。而要達到這四類均勻分布，必須要同時具備適當?shù)姆磻獎┝鲌龊瓦m當?shù)睦鋮s劑流場，而且，這兩種流場還應能高度地相互配合、相互支持。

傳統(tǒng)的反應劑流場和傳統(tǒng)的冷卻劑流場不能完成上述四類均勻分布的要求。傳統(tǒng)的反應劑流場包括平直形、蛇形、交指形、孤島形和篩網(wǎng)形等五種基本構型及其他復合變種或簡單變種，如US?Patent?No.4197178(1980)、US?Patent?No.4631239(1986)、US?Patent?No.5521018(1996)、US?Patent?No.5108849(1992)、US?Patent?No.6686084(2004)、CN?Patent?No.02106202.1(2006)、CN?Patent?No.200410067470.6(2007)、CN?Patent?No.200310105202.4(2007)、CN?Patent?No.200510050225.9(2008)、CN?Patent?No.200410021596.X(2007)、CN?Patent?No.200380109382.1(2007)、CN?Patent?No.200610118132.X(2008)、CN?Patent?No.200710064362.7(2009)等中所報道。傳統(tǒng)的冷卻劑流場的構型基本上沿用了反應劑流場的構型，如US?Patent?No.5230966(1993)、US?Patent?Pub.No.20050266296_A1(2005)、US?Patent?Pub.No.20080050628_A1(2008)、CN?Patent?Pub.No.1650458A(2005)和J.Power?Sources?189(2009)1100-1105等中所報道。傳統(tǒng)反應劑流場不能滿足要求的主要原因有三：一是不能支持反應劑的板內逆流；二是不能支持冷卻劑的板間逆流；三是反應劑流場和冷卻劑流場之間不能高度地相互配合和相互支持。為此，文獻Electrochem.Commun.9(2007)497-503和J.Power?Sources?109(2002)469-476曾提出了具有一定程度板內逆流性質的反應劑流場，但由于它們的逆流程度不足從而仍不能有效地促進四個均勻分布的實現(xiàn)，并且其流道槽過長將引起的大的寄生功率，從而使其不能適應擴大電池規(guī)模的要求。

針對傳統(tǒng)流場的缺陷，本發(fā)明人近來分別公開了兩種逆流流場，即板內逆流流場(CN?Patent?Pub.No.200910083670.3)和板間逆流流場(CN?Patent?Pub.No.200910083976.9)，因為它們可視為具有最恰當逆流性質的流場，如果將它們分別應用于反應劑流場和冷卻劑流場，則是解決四類均勻分布問題的良好選擇。但是，盡管這兩種新型的流場本身雖都已經(jīng)具備了解決四類均勻分布問題的基本條件，但它們之間還必須做到在結構上良好配合，以支持流體冷卻劑的逆流和反應劑的逆流，這就是本發(fā)明要解決的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提出一種聯(lián)合應用板內逆流流場和板間逆流流場的燃料電池堆，使得電池堆既能同時執(zhí)行反應劑板內逆流和冷卻劑板間逆流，并且又能保持兩種功能不發(fā)生沖突，從而促進整個電池堆中四個均勻分布的同時實現(xiàn)。