[發(fā)明專利]優(yōu)化燃料電池排水性能的質子膜燃料電池流道

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410012652.7
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103746129A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設計）人: 章俊良;王超;蔣峰景;崔智;朱鳳娟
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權代理有限公司 31236
• 代理人: 牛山;陳少凌

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于質子交換膜燃料電池的流道結構，具體涉及一種優(yōu)化燃料電池排水性能的質子膜燃料電池流道。

背景技術

燃料電池的流道是燃料電池的主要部件之一，作用是實現(xiàn)電池內部的水氣傳輸。合理的流道設計能夠實現(xiàn)水氣分布的均勻性，提高電池性能。由于電池反應中的氣體消耗和水的生成，常用的傳統(tǒng)蛇形流道(圖1)存在氣體分布不均，產(chǎn)生積水等問題，極大的影響了電池性能的提升。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)蛇形流道存在的不足，提供一種優(yōu)化燃料電池排水性能的質子膜燃料電池流道；其不僅具有理想的排水作用，而且保證流道后端的氧氣供應量，使電流分布更為均勻。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：

第一方面，本發(fā)明涉及一種優(yōu)化燃料電池排水性能的質子膜燃料電池流道，所述流道總體成蛇形排布，在氣體入口處為九條平行流道，至流道轉彎處每三根流道合并成一根；合并后形成的三根平行流道將氣體引導至出口處。

優(yōu)選地，所述流道的橫截面是邊長1mm的正方形，脊寬為0.885mm。

優(yōu)選地，所述合并后形成的每根流道與合并前的每根流道的橫截面積相等。

優(yōu)選地，在第一個流道轉彎處每三根平行流道合并成一根。即：由九根平行流道變?yōu)槿?!-- SIPO -->

優(yōu)選地，所述流道具有六處轉彎。

優(yōu)選地，所述流道在質子膜燃料電池流場板上的布局為5cm*5cm的正方形。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明基于傳統(tǒng)的蛇形流道，結構簡單易于加工；通過減少流道數(shù)量的設計，減少流道的總橫截面，使氣體在通過流道的過程中流速增加，提高流道末端的供氧速度，在一定程度上緩解氧氣消耗所引起的濃差極化；另外，氣體流速的增強了流道的排水效果，也提高了氣體在流道下方擴散層的傳輸，有效防止了水淹現(xiàn)象。總之，本發(fā)明通過合并流道的方式來改善流道的供氧效率和排水功能，從而提高電流分布和氣體傳輸?shù)木鶆蛐裕闺姵卣w水平得到提高。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為傳統(tǒng)的蛇形流道示意圖；

圖2為本發(fā)明的流道結構示意圖；

圖3為實施例1與對比例1、2的三種流道的性能比較圖；

圖4為實施例1與對比例1、2的三種流道的高頻電阻比較圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

實施例1

本實施例針對傳統(tǒng)質子交換膜燃料電池用蛇形流道的特點，對流道的總體布局，數(shù)量及排列方式進行改進，從而提高氣體的傳輸效率，提高強制排水的能力，以期實現(xiàn)電池性能的均勻性和穩(wěn)定性。

本實施例的優(yōu)化燃料電池排水性能的質子膜燃料電池流道結構如圖2所示，入口處為九條平行流道，至流道轉彎處每三根流道合并為一根(每根流道橫截面積不變)，由三根流道將氣體引導至出口處。以空氣的化學計量等于2為例，出口處較入口處的氣量降低了10%，本設計使流道的總橫截面減少了1/3，則流速增大至2.7倍。氣流速度的提高能夠有效排出流道中和脊下擴散層的積水，也提高了氧氣在擴散層表面的供給速度。因此，本發(fā)明能夠提高電流分布和氣體傳輸?shù)木鶆蛐裕瑥亩鴮崿F(xiàn)電池性能的優(yōu)化。

本實施例的流道涉及的流道參數(shù)如表1所示。

對比例1、2

對比例1與2采用同樣的流道設計，即傳統(tǒng)的蛇形流道，其對應的流道參數(shù)如表1所示；其中，對比例2的流道寬度增大，脊寬度減小，加強氣體在脊下擴散，以比較流道的排水性能。

表1