[發明專利]一種液滴狀燃料電池流場結構

在審

• 申請號: 202210574254.9
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN115000448A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 邵志剛;孟祥超;任紅
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/0265
• 分類號: H01M8/0265;H01M8/026
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 房艷萍;李馨

本發明涉及一種液滴狀燃料電池流場結構，流場結構區域是由多行或多列交替連接的液滴狀流場單元構成。每個液滴狀流場單元包括液滴狀支撐結構和支撐結構兩側的流道結構。液滴狀流場單元通過直流道，采用頭尾相連的方式進行連接。本發明所述液滴狀燃料電池流場結構可以增加氣體在流道內的湍動程度，具有傳質效果好、壓降低等優點，能夠顯著的提高燃料電池的性能。同時，本發明所述液滴狀燃料電池流場結構簡單、加工方便，有利于燃料電池大規模的生產和應用。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，具體涉及一種液滴狀燃料電池流場結構。

背景技術

燃料電池作為一種可以直接將燃料中化學能轉變成電能的裝置，由于其過程不受卡諾循環的限制，具有能量轉化效率高的特點；同時，還因其具有污染排放少，環境友好等優點，使燃料電池技術的研究與發展備受各國政府、企業與研究者的重視，被認為是21世紀首選的潔凈、高效的發電技術。其中的質子交換膜燃料電池還具有操作溫度低、室溫啟動快、無電解液流失、噪聲低等優勢，被認為是地面交通以及便攜設備的理想電源技術。近年來，隨著技術的不斷進步使得燃料電池車逐漸進入商業市場，并已經有了許多成功的應用案例。但是其大規模的商業化應用仍然存在著成本與壽命這兩大難題。流場作為燃料電池的核心部件之一，通過優化流場結構，可以降低雙極板加工成本，同時提升電池平面內的分布狀況，進而有利于提升燃料電池的使用壽命。所以改進燃料電池的流場結構是目前降低燃料電池成本、提升耐久性的主要途徑之一。

按照能否產生面向燃料電池膜電極方向的速度分量，可以將流場分為二維流場和三維流場。自日本豐田汽車公司的Mirai系列燃料電池車問世以來，使得三維流場的研發得到了研究人員的廣泛關注。然而，三維流場的結構復雜，對于流場板材的處理以及加工工藝的要求高，使得其制作加工成本高，并不一定適合燃料電池的大規模商業化應用。相比于三維流場，二維流場加工工藝簡單，可以大幅降低燃料電池的加工成本，更適合大規模生產。但傳統的燃料電池用二維流場包括平行溝槽流場、蛇形流場等，這類流場的主要特點是氣體在其中的湍動程度較低，傳質主要依賴擴散作用，在大流密度下電池很容易面臨原料氣短缺以及生成物水無法排出的問題，限制了其在實際過程中的大規模應用。因此，需要發展加工簡單、傳質效果更好的流場結構，以適應燃料電池的大規模商業化。

發明內容

本發明的目的就是為了彌補上述技術缺陷而提供一種液滴狀燃料電池流場結構，用于提高氣體在流場中的湍動程度，促進高電流密度下流場內反應物的傳質過程，提升燃料電池的性能。

本發明提出的具體技術方案如下：

一種液滴狀燃料電池流場結構，所述流場結構包括多行或多列的液滴狀流場組；所述液滴狀流場組由多個液滴狀流場單元連接構成；所述液滴狀流場單元包括液滴狀支撐結構和支撐結構兩側的流道結構；所述液滴狀流場單元之間通過直流道進行連接；支撐結構兩側的流道和直流流道是連通的，流道具有一定深度。液滴狀支撐結構具有支撐燃料電池膜電極和分散反應氣的作用，有利于增加反應氣在流道內的湍動程度，促進燃料電池的傳質過程。

基于上述方案，優選地，所述交替連接的液滴狀流場單元的結構一致，大小相同。

基于上述方案，優選地，所述液滴狀流場單元的液滴狀支撐結構在流場板面上的投影形狀為液滴形；所述液滴形投影形狀包括尾部與頭部；所述的尾部形狀為半圓形或半橢圓形。

基于上述方案，優選地，所述液滴狀流場單元的流道結構對稱分布在液滴狀支撐結構的兩側；所述支撐結構兩側的流道結構的寬度(分別為d₂和d₃)相等，即d₂＝d₃；用于反應物的流通。

基于上述方案，優選地，所述液滴狀流場單元之間的直流道寬度(d₁)小于液滴狀流場單元中對稱分布的支撐結構兩側的流道結構(反應物流道)的寬度總和，即d₁d₂+d₃，使得反應氣流過直流道時流速增加，有助于增加反應物在直流道部分的湍動程度。