[實(shí)用新型]一種PEM燃料電池組的陰極流場板

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320853256.8
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號(hào): CN203850383U
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李驍;趙鋒;劉清亭
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢眾宇動(dòng)力系統(tǒng)科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/02
• 分類號(hào): H01M8/02
• 代理公司: 寧波理文知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33244
• 代理人: 孟湘明

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種有效散發(fā)熱量并降低聚合物電解質(zhì)薄膜的水分蒸發(fā)量的質(zhì)子交換薄膜（PEM）燃料電池的聚合物薄膜電池組的陰極流場板。

背景技術(shù)

燃料電池是可將燃料中的化學(xué)能通過氧氣或其他氧化劑介導(dǎo)的化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能的一種能源。氫是此類電池中最常見的燃料。其中，最具代表性的此類燃料電池技術(shù)的實(shí)例就是質(zhì)子交換薄膜（PEM）燃料電池。此類燃料電池包括膜電極組件(MEA)，該膜電極組件包括夾在分別作為陰陽級(jí)的兩層催化劑涂層紙間的聚合物電解質(zhì)膜；該膜電極組件(MEA)再被夾在分別獨(dú)立的直接運(yùn)送燃料和氧化劑的一對流場板間。該燃料電池的工作原理包括以下步驟：將氫燃料通入燃料電池一側(cè)的陽極流場板中，再將氧化劑通入燃料電池另一側(cè)的陰極流場板中；將鉑催化劑置于陽極側(cè)使得氫分離為正電荷氫質(zhì)子和負(fù)電荷氫電子；聚合物電解質(zhì)膜僅可使正電荷氫質(zhì)子穿過后進(jìn)入陰極，而負(fù)電荷氫電子則需要通過外設(shè)的通道進(jìn)入陰極，此時(shí)電流即產(chǎn)生；在陰極側(cè)，電子和正電荷質(zhì)子與氧結(jié)合生成水，作為該電池排出唯一產(chǎn)物。此外，因?yàn)檠鯕馐潜淮等腙帢O流場板，故可使該燃料電池冷卻。陰極流場板可采用暴露于空氣中作為一種“開放陰極結(jié)構(gòu)”。

慣用的陰極流場板設(shè)計(jì)采用鋸狀或方波狀結(jié)構(gòu)，空氣可通過送風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇吹入其中。相較水冷卻型電池堆，空氣冷卻型電池堆具有更易平衡設(shè)計(jì)和更易控制策略，可立即啟用。

采用聚合物電解質(zhì)薄膜的空氣冷卻型質(zhì)子交換薄膜燃料電池的一個(gè)主要技術(shù)難點(diǎn)是熱量和水處理。其中聚合物電解質(zhì)薄膜需要具備高含水量以保證薄膜內(nèi)在電阻低。傳統(tǒng)的質(zhì)子交換薄膜燃料電池的陰極流場板設(shè)置有鋸齒狀側(cè)邊，以形成多個(gè)凹槽，當(dāng)氣流通過流場板的這些凹槽時(shí)，可冷卻電池堆，但是同樣加速了水分的蒸發(fā)導(dǎo)致薄膜中水含量降低。因此，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速需要根據(jù)流量、環(huán)境溫度和相對濕度極為小心的控制（控制策略）以求達(dá)到平衡。不適宜的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速將導(dǎo)致電池堆的輸出功率下降。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池組的陰極流場板，其有效散發(fā)熱量并降低聚合物電解質(zhì)薄膜的水分蒸發(fā)量，從而提高所述質(zhì)子交換薄膜燃料電池組的效率。

本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池組的陰極流場板，其提高了冷卻效率，使所述陰極流場板得以更輕薄化。

本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池組的陰極流場板，其能使薄電池組件得以維持在較低的電阻，從而加強(qiáng)了所述質(zhì)子交換薄膜燃料電池組的性能。

本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池組的陰極流場板，以使薄膜水含量對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的敏感性降低。

本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池組的陰極流場板，其可以應(yīng)用在傳統(tǒng)的質(zhì)子交換薄膜燃料電池組中，而不用改變原有的質(zhì)子交換薄膜燃料電池組的結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池組的陰極流場板，其結(jié)構(gòu)簡單，方便使用，成本低。

為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型提供一種質(zhì)子交換薄膜燃料電池組的陰極流場板，所述陰極流場板用于與一膜電極組，一陽極流場板組裝成一質(zhì)子交換薄膜燃料電池單元，所述陰極流場板在面向所述膜電極組的一側(cè)具有多個(gè)冷卻孔，并且具有位于另一側(cè)的多個(gè)流體導(dǎo)引槽，這樣，從所述膜電級(jí)組產(chǎn)生的熱量經(jīng)由所述冷卻孔而得以向外排出，所述流體導(dǎo)引槽用于使流體沿所述流體導(dǎo)引槽流動(dòng)，以促使所述膜電極組發(fā)生透過所述膜電極組的電化學(xué)反應(yīng)從而產(chǎn)生電能。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)例，至少部分所述冷卻孔與至少部分所述流體導(dǎo)引槽相連通。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)例，各個(gè)所述冷卻孔與對應(yīng)的多個(gè)所述流體導(dǎo)引槽其中之一相連通。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)例，所有所述冷卻孔分成一列或多列排列，每列具有一個(gè)或多個(gè)互相間隔設(shè)置的所述冷卻孔，每列所述冷卻孔沿著一所述流體導(dǎo)引槽的長度方向與對應(yīng)的所述流體導(dǎo)引槽相連通。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)例，預(yù)定數(shù)目的所述流體導(dǎo)引槽不與所述冷卻孔相連通。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)例，與所述冷卻孔相連通的所述流體導(dǎo)引槽和不與所述冷卻孔相連通的所述流體導(dǎo)引槽互相交替在排列

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)例，所述陰極流場板包括一主體，所述主體具有一內(nèi)側(cè)平整平面，以面向所述膜電極組設(shè)置，所述冷卻孔沿著所述內(nèi)側(cè)平整表面布置，所述流體導(dǎo)引槽成型在所述主體的外側(cè)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)例，所述陰極流場板還包括多個(gè)從所述主體的外側(cè)延伸的凸起，相鄰的所述凸起形成所述流體導(dǎo)引槽。