[發明專利]一種變截面燃料電池流道

有效

• 申請號: 201810023525.5
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108258261B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 秦彥周;胡瑞;王雪峰;尹燕;張俊鋒
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01M8/0265
• 分類號: H01M8/0265
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

本發明涉及一種變截面燃料電池流道。它包括設置在流場板上的電池流道，電池流道包括流道入口和出口以及流道中的阻塊，電池流道的結構設置為：在平行直流道內沿電池流道方向上設置不同高度、寬度、截面形狀、數量以及分布的阻塊。本發明結構簡單，易于加工且成本較低。在流道進出口壓力差增加不太大的條件下增強流道局部氣流速度，并建立相鄰流道間的壓力差，強化平行直流道的除水能力，促進反應氣向電極的傳輸，從而改善反應氣的傳輸效率和分布均勻性，提高燃料電池的工作性能。與傳統平行流道相比，設置有阻塊的流道的壓降增加不大，即泵氣損失增加不多，遠小于蛇形流道的泵氣損失。本發明的優異性在較大面積電極和較高工作電流密度下尤為明顯。

技術領域

本發明涉及一種變截面燃料電池流道，尤其涉及用于燃料電池多孔電極除水和反應氣傳輸的流道。

背景技術

燃料電池多孔電極內反應產生的液態水需要及時的去除以實現反應氣的有效傳輸和燃料電池的高效工作。燃料電池的流道是反應氣和反應產物的重要傳輸通道，直接影響到整個燃料電池的傳質效率和電池的性能。

傳統燃料電池流道都是等截面的，常見形式有平行直流道(如圖1所示)和蛇形流道(如圖2所示)。平行直流道較短，氣流速度低，相鄰流道間無壓力差，不利于多孔電極內液態水的排除和反應氣的傳輸，其優點是流道入口和出口間的壓力差小，泵氣損失小；蛇形流道較長，氣流速度大，有利于流道下方多孔電極的液態水的排除，同時相鄰流道間存在壓力差，也可排除流場板岸部下方電極內的液態水，這些特點有利于反應氣在電極內的傳輸，其缺點是流道入口與出口間的壓力差大，泵氣損失大，較長的流道也會使反應氣沿流道長度方向分布不均。

發明內容

本發明的目的是在于提供一種改進型的平行直流道，在流道進出口壓力差增加不太大的條件下增強流道局部氣流速度，并建立相鄰流道間的壓力差，強化平行直流道的除水能力，促進反應氣向電極的傳輸，從而改善反應氣的傳輸效率和分布均勻性，提高燃料電池的工作性能。

本發明的一種變截面燃料電池流道，它包括設置在流場板上的電池流道，所述的電池流道包括流道入口和出口以及流道中的阻塊，所述的電池流道的結構設置為：在平行直流道內沿電池流道方向上設置不同高度、寬度、截面形狀、數量以及分布的阻塊。

具體技術方案如下：

一種變截面燃料電池流道，在流場板上的電池流道入口和出口之間設置有阻塊。

優選電池流道阻塊數量是1–5000。

所述設置阻塊的電池流道的形式為燃料電池平行直流道。對蛇形流道、交指流道和任意等截面或漸變截面燃料電池流道形式也可適用。

所述的電池流道內阻塊的高度與流道高度的比值為0.1–1：1；阻塊的縱向寬度與流道寬度的比值為0.1–1：1；阻塊總的橫向寬度與流道長度比值為 0.01–1：1。

優選阻塊的截面是矩形、梯形或者曲面形狀。

阻塊的表面接觸角范圍是0°-160°。

在相鄰流道間設置阻塊，阻塊布置在相同位置、錯位布置或者間隔布置。

其中阻塊等間距或非等間距排列指的是單個流道內的分布(如圖10中的圖10-1)；而相同位置、錯位或間隔布置指的是相鄰流道間的分布(如圖4-圖7)。

優選電池流道從進口至出口的長度為0.01米—20米。

優選所述的電池流道的水力直徑為0.1毫米—3毫米。

優選所述的燃料電池電流密度為0.1A cm^-2–5A cm^-2。

本發明的優點：