[發明專利]一種提高傳質性能的燃料電池雙極板流場結構

在審

• 申請號: 202310066276.9
• 申請日: 2023-01-19
• 公開（公告）號: CN116314909A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 王鴻雨;李吉瑞;史盛楠
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 李永旭;丁莉麗

本發明公開了一種提高傳質性能的燃料電池雙極板流場結構，包括由基底板、第一擋板和第二擋板共同形成承載燃料電池雙極板流場結構的流場區域，包括上游區域、交叉區域和下游區域；氣體從上游區域進入流場區域，依次流經交叉區域、下游區域后流出流場區域；第一二階結構固定設置于上游區域；交叉區域用于延長氣體在流場區域的駐留時間；第二二階結構固定設置于下游區域。本發明通過在流場中設計了交叉區域、第一二階結構和第二二階結構，促進反應產物進入擴散層反應，同時減少濃差極化，增強PEMFC內部物質傳輸，提高其性能，解決了強制對流的手段僅限于作用在單一的垂直方向的問題，同時，增大了氣體在流場中的接觸面積，提高反應物擴散效率。

技術領域

本發明涉及流場設計技術領域，尤其涉及一種提高傳質性能的燃料電池雙極板流場結構。

背景技術

雙極板是質子交換膜燃料電池(PEMFC)的關鍵部件之一。流場結構顯著影響燃料電池功率、電流密度分布、電壓一致性等多個重要參數，從而決定其工作性能指標和使用壽命，是燃料電池結構設計的重要內容。為了提高PEMFC的反應物利用效率，對流場的幾何結構進行改進設計是最直接的手段之一。

在目前的研究階段中，為了提高反應氣體的利用效率，在流道中添加擋板或堵塊，目前針對擋板的研究，主要集中在擋板的高度，數量，排列方式帶來的影響，然而，這些因素僅僅在氣體流動的垂直方向上起作用，無法在流道內形成流動狀態更復雜的流場。同時由于雙極板與擴散層接觸的流道表面積占電池總反應表面積的比例較低，是PEMFC流場設計中存在的另一個問題，常規的蛇形流場對氣體流動起到的作用也僅限于單列流道中，無法在全局流場中引起更大范圍的強制對流。

發明內容

本發明提供一種提高傳質性能的燃料電池雙極板流場結構，以克服上述技術問題。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種提高傳質性能的燃料電池雙極板流場結構，包括基底板、第一擋板、第二擋板；若干第一二階結構、若干第二二階結構；

所述基底板、所述第一擋板和第二擋板共同形成承載燃料電池雙極板流場結構的流場區域；

所述流場區域包括沿所述基底板的中心線依次設置的上游區域、交叉區域和下游區域；氣體從所述上游區域進入流場區域，依次流經交叉區域、下游區域后流出流場區域；

所述第一二階結構固定設置于所述上游區域，用于當氣體通過上游區域進入流場區域后，使得氣體產生強制對流；

所述交叉區域用于增加氣體流經途徑，延長氣體在流場區域的駐留時間；

所述第二二階結構固定設置于所述下游區域，用于減小氣體通過的橫截面積，提高局部氣體濃度。

進一步的，所述第一擋板固定設置于所述基底板頂部的一側；所述第二擋板固定設置于所述基底板頂部的另一側，且所述第一擋板與第二擋板平行設置。

進一步的，所述上游區域包括2n-1個上游擋板；所述上游擋板固定設置于所述基底板頂部；

2n-1個所述上游擋板依次均勻設置于所述第一擋板與所述第二擋板之間，且所述上游擋板平行于所述第一擋板；

所述第一擋板、依次設置的2n-1個上游擋板、所述第二擋板之間依次在所述基底板頂部形成第1個上游流道、第2個上游流道、……第2n個上游流道；其中，n為大于1的正整數；

所述第一二階結構設置于所述第1個上游流道/第2個上游流道/……/第2n個上游流道的內部。

進一步的，所述第一二階結構包括對稱固定設置的第一三角椎體和第二三角錐體；