[發明專利]一種質子交換膜燃料電池用氣體流場

有效

• 申請號: 201510274914.1
• 申請日: 2015-05-26
• 公開（公告）號: CN104868142B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 顧榮鑫;楊鳳銀;張超;章嵩松;陶少龍;靳宏建
• 申請（專利權）人: 蘇州弗爾賽能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M8/026
• 分類號: H01M8/026
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 張海英,林波

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，尤其涉及一種質子交換膜燃料電池用氣體流場。

背景技術

燃料電池是一種通過化學反應將燃料和氧化劑的化學能直接轉化為電能的裝置，具有室溫下啟動快、能量轉換效率高、對環境污染小、噪音低等突出優點，在交通、發電、軍事、航空航天等領域有著廣闊的應用前景。

質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，簡稱PEMFC)以全氟磺酸型固體聚合物為電解質，鉑/碳或鉑-釕/碳為電催化劑，氫或凈化重整氣為燃料，空氣或純氧為氧化劑，帶有氣體流動通道的石墨板或表面改性的金屬板為雙極板。

流場是在雙極板上加工的各種形狀的溝槽，為反應劑及生成產物提供進出通道，是燃料電池設計的關鍵因素。因此，設計合理的流場既可以均勻分配電池所需燃料和氧化劑，保證電流密度均勻分配，還可以將電池生成的水及尾氣順利排出，同時還可以降低雙極板質量、厚度及數量，提高PEMFC電堆的質量比功率和重量比功率，提高PEMFC電池堆性能。

現有技術中的流場形狀主要有平行溝槽、網狀、蛇形等。網狀流場結構簡單，氣體分布均勻，但阻力降較大，同時若采用金屬材質則存在較大的腐蝕問題；平行溝槽流場是目前使用最多的氣體流場，結構簡單，容易加工，且阻力降小，但氣體分配存在問題，特別是在高電流密度下，氣體分配嚴重不均，影響電池反應過程中的氣體傳質和生成水的排除；蛇形流場由于流場較長，存在反應氣阻力較大的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種質子交換膜燃料電池用氣體流場，其結構簡單，且氣體分配均勻，排水能力較好，氣體壓力損失小。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種質子交換膜燃料電池用氣體流場，包括反應氣入口、平行溝槽流場段和反應氣出口，反應氣入口和平行溝槽流場段之間設置有第一分配流場段，反應氣出口與平行溝槽流場段之間設置有第二分配流場段，第一分配流場段、第二分配流場段均由平行的流線型溝槽組成，第一分配流場段、第二分配流場段與平行溝槽流場段之間的拐角均為流線型。

其中，流線型溝槽的寬度為0.7～1.5mm。

其中，第一分配流場段、第二分配流場段關于平行溝槽流場段呈中心對稱。

其中，第一分配流場段、第二分配流場段的面積總和為氣體流場總面積的5％～12％。

其中，平行溝槽流場段由平行的直型溝槽組成，直型溝槽的寬度為0.7～1.5mm。

其中，氣體流場的材料為純石墨材料、膨脹石墨材料或導電金屬材料。

其中，氣體流場的加工方式為雕刻加工、沖壓或模壓加工。

本發明的有益效果：一種質子交換膜燃料電池用氣體流場，包括反應氣入口、平行溝槽流場段和反應氣出口，反應氣入口和平行溝槽流場段之間設置有第一分配流場段，反應氣出口與平行溝槽流場段之間設置有第二分配流場段，第一分配流場段、第二分配流場段均由平行的流線型溝槽組成，第一分配流場段、第二分配流場段與平行溝槽流場段之間的拐角均為流線型。第一分配流場段、第二分配流場段均由平行的流線型溝槽組成，第一分配流場段、第二分配流場段與平行溝槽流場段之間的拐角均為流線型，使得氣體分配均勻，不易形成湍流，壓力損失較小，有利于水和尾氣的排出，本發明的質子交換膜燃料電池用氣體流場不僅結構簡單，而且氣體分配均勻，排水能力較好，氣體壓力損失小。

附圖說明

圖1是本發明的質子交換膜燃料電池用氣體流場的結構示意圖。

圖2是圖1中A處的局部放大圖。

圖3是本發明的質子交換膜燃料電池用氣體流場組裝的電池與普通的平行溝槽氣體流場組裝的電池的極化曲線對比圖。

附圖標記如下：

1-反應氣入口；2-平行溝槽流場段；3-反應氣出口；4-第一分配流場段；5-第二分配流場段

具體實施方式

下面結合圖1至圖3并通過具體實施例來進一步說明本發明的技術方案。