[發明專利]風冷燃料電池陰極板及風冷燃料電池

在審

• 申請號: 202310005067.3
• 申請日: 2023-01-04
• 公開（公告）號: CN115986161A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 請求不公布姓名
• 申請（專利權）人: 上海濟美動力科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0265
• 分類號: H01M8/0265;H01M8/0267;H01M8/04014
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王芳

本發明公開一種風冷燃料電池陰極板，涉及燃料電池技術領域，可以包括：陰極板本體，所述陰極板本體上設置有供空氣流通的陰極板流道；所述陰極板流道的橫截面面積沿所述陰極板流道內空氣流動方向發生改變。本發明還公開一種包括上述風冷燃料電池陰極板的風冷燃料電池。本發明能夠在不增加材料成本和工藝成本的前提下，實現提高燃料電池的性能。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，特別是涉及一種風冷燃料電池陰極板及風冷燃料電池。

背景技術

燃料電池是一種兼具環境友好、工作高效、使用壽命長等特點的發電裝置。以質子交換膜燃料電池(PEMFC，proton?exchange?membrane?fuel?cell)為例，燃料氣體(氫氣)從電池的陽極側進入電池內部，氫原子在陽極失去電子后變成質子，質子穿過電池內部的質子交換膜到達電池陰極，同時電子經由外部回路也到達電池的陰極，在電池的陰極側，質子、電子與氧氣結合生成水。

而風冷燃料電池是一種將燃料與氧化劑中的化學能通過催化反應直接轉化為電能的發電裝置，熱管理采用高性能風扇作為散熱器。目前，如何提升風冷燃料電池電堆的單堆額定功率是整個行業技術難點。基于空冷燃料電池的熱管理邊界等條件限制，現國內市場主流的風冷燃料電池電堆的額定功率在5kW以下，以致于空冷燃料電池系統的成本會相對較高，在現有工程技術及材料技術的背景下，每千瓦的系統成本一直居高不下。

目前，常規風冷燃料電池的陰極板流道通常為直流道，陰極反應氣與冷卻氣均通過風扇提供，反應氣通過陰極氣體擴散層進入催化層進行反應，而產生的熱量需反向通過氣體擴散層不斷被空氣吸收，沿著氣體流動方向膜電極中的溫度不斷升高，高溫容易導致質子交換膜干燥，進而使得燃料電池性能迅速衰減。為了保證電堆運行在合適的溫度，需要提供過量的空氣進行冷卻，而由于空氣比熱容低，需要非常高的過量系數。

發明內容

本發明的目的是提供一種風冷燃料電池陰極板及風冷燃料電池，以解決上述現有技術存在的問題，能夠在不增加材料成本和工藝成本的前提下，實現提高燃料電池的性能。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種風冷燃料電池陰極板，包括陰極板本體，所述陰極板本體上設置有供空氣流通的陰極板流道；所述陰極板流道的橫截面面積沿所述陰極板流道內空氣流動方向發生改變。

優選的，所述陰極板流道為文丘里流道，所述文丘里流道包括沿空氣流動方向依次設置的入口段、收縮段、喉段、擴散段和直口段；其中，所述入口段、所述喉段以及所述直口段均為橫截面面積沿所述空氣流動方向相同的直線段，所述收縮段的橫截面面積沿所述空氣流動方向逐漸減小，所述擴散段末端的橫截面面積大于所述擴散段前端的橫截面面積。

優選的，所述入口段的長度為L₁，L₁≤5a₁，其中，a₁為所述入口段的寬度。

優選的，所述收縮段的收縮角為λ₁，λ₁≤21°。

優選的，所述喉段的長度為L₂，L₂≤3a₂，其中，a₂為所述喉段的寬度。

優選的，所述擴散段為直線段，所述擴散段的擴張角為β，β≤7°；

或者，所述擴散段為曲線段，其中，所述曲線段為中凸或中凹的曲線段，且所述曲線段符合以下條件：

式中：ζ為局部損失系數，λ為沿程阻力系數，θ為擴張角，K為與擴張角的系數，A₂/A₁為擴張的面積比。