[发明专利]优化燃料电池排水性能的质子膜燃料电池流道

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于质子交换膜燃料电池的流道结构，具体涉及一种优化燃料电池排水性能的质子膜燃料电池流道。

背景技术

燃料电池的流道是燃料电池的主要部件之一，作用是实现电池内部的水气传输。合理的流道设计能够实现水气分布的均匀性，提高电池性能。由于电池反应中的气体消耗和水的生成，常用的传统蛇形流道(图1)存在气体分布不均，产生积水等问题，极大的影响了电池性能的提升。

发明内容

本发明的目的在于克服传统蛇形流道存在的不足，提供一种优化燃料电池排水性能的质子膜燃料电池流道；其不仅具有理想的排水作用，而且保证流道后端的氧气供应量，使电流分布更为均匀。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

第一方面，本发明涉及一种优化燃料电池排水性能的质子膜燃料电池流道，所述流道总体成蛇形排布，在气体入口处为九条平行流道，至流道转弯处每三根流道合并成一根；合并后形成的三根平行流道将气体引导至出口处。

优选地，所述流道的横截面是边长1mm的正方形，脊宽为0.885mm。

优选地，所述合并后形成的每根流道与合并前的每根流道的横截面积相等。

优选地，在第一个流道转弯处每三根平行流道合并成一根。即：由九根平行流道变为三根。

优选地，所述流道具有六处转弯。

优选地，所述流道在质子膜燃料电池流场板上的布局为5cm*5cm的正方形。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明基于传统的蛇形流道，结构简单易于加工；通过减少流道数量的设计，减少流道的总横截面，使气体在通过流道的过程中流速增加，提高流道末端的供氧速度，在一定程度上缓解氧气消耗所引起的浓差极化；另外，气体流速的增强了流道的排水效果，也提高了气体在流道下方扩散层的传输，有效防止了水淹现象。总之，本发明通过合并流道的方式来改善流道的供氧效率和排水功能，从而提高电流分布和气体传输的均匀性，使电池整体水平得到提高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为传统的蛇形流道示意图；

图2为本发明的流道结构示意图；

图3为实施例1与对比例1、2的三种流道的性能比较图；

图4为实施例1与对比例1、2的三种流道的高频电阻比较图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例针对传统质子交换膜燃料电池用蛇形流道的特点，对流道的总体布局，数量及排列方式进行改进，从而提高气体的传输效率，提高强制排水的能力，以期实现电池性能的均匀性和稳定性。

本实施例的优化燃料电池排水性能的质子膜燃料电池流道结构如图2所示，入口处为九条平行流道，至流道转弯处每三根流道合并为一根(每根流道横截面积不变)，由三根流道将气体引导至出口处。以空气的化学计量等于2为例，出口处较入口处的气量降低了10%，本设计使流道的总横截面减少了1/3，则流速增大至2.7倍。气流速度的提高能够有效排出流道中和脊下扩散层的积水，也提高了氧气在扩散层表面的供给速度。因此，本发明能够提高电流分布和气体传输的均匀性，从而实现电池性能的优化。

本实施例的流道涉及的流道参数如表1所示。

对比例1、2

对比例1与2采用同样的流道设计，即传统的蛇形流道，其对应的流道参数如表1所示；其中，对比例2的流道宽度增大，脊宽度减小，加强气体在脊下扩散，以比较流道的排水性能。

表1