[發明專利]一種風冷燃料電池陰極流場結構及其制造工藝

在審

• 申請號: 201911311163.0
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN110890568A
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 陳杰;袁洪根;蔣洋;聶海云;李軍
• 申請（專利權）人: 重慶宗申氫能源動力科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/0267
• 代理公司: 重慶弘旭專利代理有限責任公司 50209
• 代理人: 廖明亮

本發明提供了一種風冷燃料電池陰極流場結構及其制造方法，該結構包括流場板本體、陰極流場區域、陽極氣體主流道；陰極流場區域設置有陰極流道脊，相鄰陰極流道脊之間構成陰極流道槽；在陰極流道槽內設置有附板，通過附板將陰極流道槽分隔成上下兩部分，并在附板上設有翹片，翹片的翹起部分所在的附板區域形成連通陰極流道槽上部與陰極流道槽下部的通孔；其制造方法步驟包括：在附板上切割線縫、孔，進行翹片成型，翻邊預成型，使預成型的翻邊與附板表面形成不小于80°且不大于90°的夾角，翻邊最終成型并抵緊陰極流道槽側壁、附板的邊部貼靠于階臺上。本發明在降低單電池厚度的情況下，還能夠確保流場板的強度和燃料電池的耐沖擊能力。

技術領域

本發明涉及燃料電池，具體涉及一種風冷燃料電池陰極流場結構及其制造工藝。

背景技術

目前，氫空燃料電池是一種將氫氣（陽極）和空氣中氧氣（陰極）在催化劑的作用下發生電化學反應并轉化成電能的裝置。而燃料電池流場結構是燃料電池電堆的核心技術之一，燃料電池結構會影響氧化劑、還原劑和冷卻劑在燃料電池中的運行，最終影響到燃料電池的體積、功率密度、效率、壽命等。

現有的風冷燃料電池流場結構主要有兩種，一種是以石墨作為基礎材料，主要以去除材料加工工藝形成流場結構，此類結構的優點主要是耐腐蝕能力強，原材料接觸電阻小，無需表面處理，研發成本較低，缺點是重量較大，體積較大，單電池厚度普遍在3mm以上；另一種是以金屬薄板作為基材，通過模具成型加工形成一定厚度空間作為反應氣體流場，此類結構的優點是重量輕，整堆耐沖擊能力強，單電池厚度一般在2.5mm以下，整堆功率密度更高，缺點是需要進行表面處理用以增加耐腐蝕能力和降低接觸電阻，需要模具成型，研發成本較高、工藝難度較大。

此外，文獻CN209344229U公開了一種用于燃料電池的陰極板，陰極板具有一陰極板貼合側、一陰極板自由側、至少一散熱通道以及至少一流體通道，陰極板貼合側和陰極板自由側相互對應，其中每個散熱通道分別形成于陰極板的陰極板貼合側，并且每個散熱通道分別沿著陰極板的寬度方向延伸，其中每個流體通道分別自陰極板貼合側向陰極板自由側方向延伸，并且至少一個流體通道連通于至少一個散熱通道。然而這種結構會大幅降低陰極板的強度，要保證強度就必須得將陰極板加厚，這勢必會增加燃料電池厚度。

發明內容

本發明目的之一在于提供一種既能夠降低燃料電池厚度又能夠提升燃料電池性能的風冷燃料電池陰極流場結構。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案。

一種風冷燃料電池陰極流場結構，包括流場板本體和設置在流場板本體上的陰極流場區域，以及設置在流場板本體上并位于陰極流場區域側方的陽極氣體主流道；在陰極流場區域設置有陰極流道脊，相鄰陰極流道脊之間構成陰極流道槽；在陰極流道槽內設置有附板，通過附板將陰極流道槽分隔成上下兩部分，并在附板上設置有成列布置的翹片，翹片的翹起部分所在的附板區域形成連通陰極流道槽上部與陰極流道槽下部的通孔。

為進一步提升燃料電池性能，附板上設置的翹片呈矩陣排列，同一陰極流道槽內的相鄰翹片錯位排列。

為更進一步提升燃料電池性能，附板上設置的翹片位于陰極流道槽上部，且翹片順向于氣體流動方向布置。通過仿真計算，此結構能有效增加靠近反應區域的氣體壓力，有利于氣體擴散，還能夠降低靠近反應區域的流體流速，降低水分流失，能更好的保持燃料電池電堆濕度。

為進一步降低燃料電池厚度，提升燃料電池在復雜應用環境中的耐沖擊能力，在位于同一陰極流道槽內的附板上設置有翻邊，且翻邊與陰極流道槽側壁相抵接。作為優選，在位于同一陰極流道槽內的附板上設置有兩塊翻邊，且兩塊翻邊與陰極流道槽的兩側壁貼壁抵接。

更進一步地，在陰極流道脊兩端部設置階臺，附板的邊部位于階臺上。

為方便燃料電池組裝，在陰極流道脊端部的階臺壁上還設置有坡面。