[發明專利]一種網格流場

有效

• 申請號: 201711325918.3
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN109921056B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 孫海;張盟;孫公權
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/026
• 分類號: H01M8/026;H01M8/04291;H01M8/1011
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明是一種降低直接甲醇燃料電池陰極傳質極化的網格流場，該流場能促進電極軸向傳質，降低陰極傳質極化，提高燃料電池性能，便于大規模生產。流場結構是分段式結構，每段設置網格結構用作氣體通道，上下游結構作為一組，呈周期性排列，每個錐臺型腔體的尾端，設置收斂通道，使氣體產生一個法向速度分量，吹掃擴散層，有利于傳質和排水，同時提高氣體分布的均勻性。網格流場將燃料電池陰極水氣分離，水從極板背面疏導出去。

技術領域

本發明屬于燃料電池裝置的改進技術。確切的說，屬于直接甲醇燃料電池的陰極流場改進技術。

背景技術

直接甲醇燃料電池在高電密下出現陰極傳質極化現象，其中一個重要的原因就是陰極流場脊下團聚大量的水，被稱為水淹現象。直接醇燃料電池陰極傳輸更多的水，包括陰極反應生成水、陽極水滲透，還有電滲拖曳，甲醇燃料電池的1個氫離子攜帶約3個水分子，直接醇燃料電池凈水傳輸系數是氫氧燃料電池的兩到三倍，解決陰極水淹問題是提高甲醇燃料電池性能面臨的一大難題。

甲醇燃料電池為了強制排水，采用壓力降較高的蛇形流場，較大的沿程損失導致壓力降偏高，這樣會給陰極供氣的氣泵帶來較大負擔，而且較長的脊對水滴有較大粘附力，使水滴容易聚集在脊下的擴散層難以排出，導致陰極軸向傳質效果較差。諸多學者嘗試用新型流場如工字型和仿生的葉脈型流場，但為從根本上解決水淹問題。如果將三維網格流場應用到直接醇燃料電池，其性能有較大提升，甲醇燃料電池陰極不僅水量大，氣量也僅是氫氧燃料電池的三分之一，這樣流場的排水能力提出要求更高，因此有必要研究一種直接甲醇燃料電池用三維網格流場。

發明內容

本發明的目的在于提供一種降低直接甲醇燃料電池陰極傳質極化的網格流場，該流場能促進電極軸向傳質，降低陰極傳質極化，提高燃料電池性能，便于大規模生產。

本發明是通過下述方案加以實現的。極板以不銹鋼薄板為原料，可利用沖壓工藝制造。

本發明結構如下：

一種網格流場，包括分別為1個或2個以上的二種條形板，二種條形板沿條形板寬度方向順序交替平行、間隔構成；

第一種為左右邊之間寬度a的條形板，沿長度方向是由右端和下端開口的錐臺形腔體和梯形平板作為重復單元依次順序連接而成，連接時是通過腔體下開口端的側邊與梯形平板(右側為下底邊、左側為上底邊)的側邊相連；腔體平行于梯形平板表面的截面為梯形(左側為下底邊、右側為上底邊)，梯形截面上底邊側的腔體側壁面為與梯形平板表面垂直的梯形面，梯形面即為腔體右端的開口端面；于靠近腔體右端開口端面的腔體外部設有梯形擋板，梯形擋板下底邊二端與梯形面下底邊的二端固接，梯形擋板上底邊二端與梯形面上底邊間留有間隙；

第二種為左右邊之間寬度b的條形板，沿長度方向是由上底邊在左側的梯形平板、右端和下端開口的錐臺形腔體、上底邊在右側的梯形平板、右端和下端開口的錐臺形腔體作為重復單元依次順序連接而成，連接時是通過腔體下開口端的側邊與梯形平板的側邊相連；腔體平行于梯形平板表面的截面為長方形，長方形截面右邊側的腔體側壁面為與梯形平板表面垂直的梯形面，梯形面即為腔體右端的開口端面；于靠近腔體右端開口端面的腔體外部設有梯形擋板，梯形擋板下底邊二端與梯形面下底邊的二端固接，梯形擋板上底邊二端與梯形面上底邊間留有間隙。

第二種條形板重復單元中上底邊在左側的梯形平板上底邊面向與其相鄰的第一種條形板重復單元中的梯形平板下底邊。

第二種條形板重復單元中上底邊在右側的梯形平板下底邊面向與其相鄰的第一種條形板重復單元中的錐臺形腔體右開口端。

第二種條形板重復單元中上底邊在左側的梯形平板上底邊面向與其相鄰的第一種條形板重復單元中的梯形平板下底邊，沿條形板寬度方向形成快速疏水通道，快速疏水通道的中軸線在一條直線上。

a等于b，二種條形板沿條形板寬度方向順序交替平行、等間距排布。