[發明專利]不連續凹道的燃料電池流場板及燃料電池

在審

• 申請號: 202010917042.7
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN112038658A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 侯俊波;章俊良;高騫;柯長春
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01M8/026
• 分類號: H01M8/026;H01M8/0263;H01M8/0258
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種不連續凹道的燃料電池流場板，包括流場板，所述流場板上設置進氣口、出氣口以及流道，所述進氣口和出氣口通過流道相連通，所述流道的兩側設置有脊，所述脊上設置有多個凹槽，多個所述凹槽沿流道長度的方向間隔布置，其中所述流道與凹槽連通，流道與兩側不連續布置的凹槽共同作為流體輸送的通道，本發明通過在脊的兩側上間隔設置凹槽，產生局部湍流，加強反應氣體向氣體擴散層的傳質與傳熱；凹槽將流道壁面進行分割，減少了液滴與流道壁面的有效接觸面積，避免形成連續的水膜，使流道內的液態水不易堆積，緩解了“水淹”現象的發生，并且使氣體流速增大，有利于液態水的排出。

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，具體地，涉及一種不連續凹道的燃料電池流場板及燃料電池，尤其是涉及一種適用于氫-空氣燃料電池和氫氧燃料電池的流場板以及包括該流場板的燃料電池。

背景技術

氫-空氣燃料電池因其具有能量轉化效率高、啟動快、工作溫度低、尾氣污染小和噪聲小等優點而在能源領域備受青睞。燃料電池作為移動電源具有得天獨厚的優勢，豐田公司、現代公司等國際知名汽車公司都已經開發出以質子交換膜燃料電池(PEMFC)為動力的燃料電池汽車，并且越來越多的企業致力于燃料電池汽車的開發。

每個單電池由陰極板、陽極板以及夾在兩個極板之間的膜電極組成。陰極板上設有氧化劑流道，該流道是氧化劑流動和傳質的場所，氧化劑經過其到達陰極催化層；陽極板上設有燃料流道，該流道是燃料氣流動和傳質的場所，燃料氣通過其到達陽極催化層。借助于所述的氧化劑流道兩個流道，燃料氣和氧化劑可以被源源不斷地輸送到燃料電池的催化層上進行反應，從而保證了燃料電池穩定的功率輸出。

燃料電池的水管理問題對燃料電池的性能具有很大影響，當燃料電池內水含量不足時，質子交換膜處于一種脫水狀態，使膜的質子電導率急劇下降，嚴重影響燃料電池的正常工作。當燃料電池中含水量過高時，容易發生“水淹”現象，氣體流道、氣體擴散層甚至催化層被水淹沒，導致反應物氣體無法到達反應位點參與反應，引起燃料電池性能急劇惡化。對雙極板的流道進行合理設計，可以有效改善反應物氣體的流場分布，減少流道中的液態水堆積，加快液態水排出，防止水淹現象的發生。

目前針對防止水淹的專利主要集中在雙極板的流道結構上，常見的流道結構有蛇形流道、交指形流道和各種仿生學流道，這些流道結構都無法很好地解決“水淹”問題。如專利文獻CN206148539U公開了一種螺旋漸變式流道設計，包括進氣口、出氣口、流道、脊，該流道在工作時氣體由進氣口沿著螺旋式流道的方向到達出氣口，流道的深度沿著流道方向發生線性變化，由進氣口深度值逐漸減小到出氣口深度值。該設計保證進出氣體的壓差不會有太大波動，并且可以通過離心力的作用將生成的水帶離流道，避免“水淹”現象的發生，但該設計可能導致氣體分布不均勻，從而影響反應在活性位點的進行，導致電流密度降低。因此，現有的燃料電池流場板仍有待改進。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種不連續凹道的燃料電池流場板及燃料電池。

根據本發明提供的一種不連續凹道的燃料電池流場板，包括流場板，所述流場板上設置進氣口、出氣口以及流道，所述進氣口和出氣口通過流道相連通，所述流道的兩側都設置有脊；

所述脊上設置有多個凹槽，多個所述凹槽沿流道長度的方向間隔布置，其中所述流道與凹槽連通并共同形成流體輸送的通道。

優選地，所述凹槽位于脊沿高度方向的中間部位，多個所述凹槽沿流道長度的方向均勻或非均勻分布。

優選地，所述凹槽的橫截面為矩形、三角形、梯形、半圓形或半橢圓形結構中的任一種。

優選地，所述流道采用如下任一種布置形式：

-直流道；

-蛇形流道，其中蛇形流道包括S形流道以及交指形流道；

-折形流道。