[發明專利]加速吹掃生成水的質子交換膜燃料電池雙極板

在審

• 申請號: 202210067466.8
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114361504A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 楊建國;王凱;吳德鴻
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: H01M8/0263
• 分類號: H01M8/0263;H01M8/04119
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 初姣姣

本發明提出了一種加速吹掃生成水型質子交換膜燃料電池雙極板，包括雙極板本體，所述雙極板本體頂部的空氣進氣口以及與所述進氣口連通的進氣通道，所述雙極板本體底部的空氣尾氣與生成水的出口以及與所述出口連通的空氣與生成水排出通道，以及所述雙極板本體內的平行流場，與平行流道相比，在相同的空氣進氣條件下，空氣流在主流道中被加速，在支流道中被減速。在主流道中被加速的空氣流能夠迅速帶走流道中液態水，以提高流道中的水管理性能，有效防止電池水淹；而在支流道中由于空氣流被減速，加之該型流道能夠增加空氣的擾動，所以有利于空氣進入擴散層。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，具體的說是一種能夠迅速吹掃并帶走流道中液態水，以提高流道中的水管理性能，有效防止電池水淹的加速吹掃生成水的質子交換膜燃料電池雙極板。

背景技術

質子交換膜燃料電池具有工作溫度低、功率密度高、零/低排放等優點，已日益成為汽車和備用電源應用中最有希望的候選電源。

雙極板作為質子交換膜燃料電池的核心部件，其上分布有流場結構，主要起引導反應氣體與排出液態水的作用。性能優良的流場結構可以改善反應氣體的流動特性，促進反應物輸送至電極并且均勻分布，同時有利于反應副產物水的排出。現有商業化雙極板結構以平行流場為主，雖然結構簡單，但仍然存在一些問題，尤其是空氣側，需要進一步優化結構以提高性能。

平行流場結構由多個豎直設置的平行直流道組成。一方面，液態水從空氣側平行直流道排出的過程中，許多破碎的小水珠仍然停留在流道中(見附圖6)，這些小水珠有可能附著在擴散層表面，從而堵塞反應氣體傳質通道；另一方面，平行直流道內空氣的流速較低，吹掃生成水的效果較差。

發明內容

本發明針對現有技術中由于空氣側平行流道中存在破碎的小水珠可能導致的空氣進入擴散層傳質不暢問題以及空氣流速較低吹掃生成水能力較差的問題，提出了一種能夠迅速吹掃并帶走流道中液態水，以提高流道中的水管理性能，有效防止電池水淹的加速吹掃生成水的質子交換膜燃料電池雙極板。

本發明通過以下措施達到：

一種加速吹掃生成水的質子交換膜燃料電池雙極板，設有雙極板本體(1)，雙極板本體(1)頂部開設的空氣進氣口(2)以及與空氣進氣口(2)相連通的進氣通道(3)，雙極板本體(1)底部開設的空氣尾氣與生成水出口(6)以及與空氣尾氣與生成水出口(6)相連通的空氣與生成水排出通道(5)，雙極板本體(1)上還設有與進氣通道(3)以及空氣與生成水排出通道(5)相連通的平行流場，平行流場內設有兩個以上豎直設置的加速吹掃生成水流道(4)，其特征在于，所述加速吹掃生成水流道(4)包括波浪形的空氣進氣主流道(7)、兩個以上的耳形左進氣支流道(8)、兩個以上的耳形右進氣支流道(9)，所述耳形左進氣支流道(8)與耳形右進氣支流道(9)分別位于所述波浪形的空氣進氣主流道(7)的左側和右側，并均與波浪形的空氣進氣主流道(7)相連通，所述兩個以上耳形左進氣支流道(8)與兩個以上的耳形右進氣支流道(9)沿空氣進氣主流道(7)由上而下依次交叉間隔分布。

本發明所述耳形左進氣支流道(8)與耳形右進氣支流道(9)的結構對稱，均包括上凸弧線形上流道以及與上凸弧線形上流道相連通的傾斜直線形下流道，所述耳形左進氣支流道(8)的上凸弧線形上流道的右端為耳形左進氣支流道進口(801)，耳形左進氣支流道進口(801)與空氣進氣主流道(7)相連通，上凸弧線形上流道的另一端與傾斜直線形下流道的上端相連通，傾斜直線形下流道的下端為耳形左進氣支流道出口(802)，耳形左進氣支流道出口(802)與空氣進氣主流道(7)相連通；所述耳形右進氣支流道(9)的上凸弧線形上流道的左端為耳形右進氣支流道進口(901)，耳形右進氣支流道進口(901)與空氣進氣主流道(7)相連通，上凸弧線形上流道的另一端與傾斜直線形下流道的上端相連通，傾斜直線形下流道的下端為耳形右進氣支流道出口(902)，耳形右進氣支流道出口(902)與空氣進氣主流道(7)相連通。