[发明专利]一种燃料电池流体微分流场极板

说明书

本发明公开了一种燃料电池流体微分流场极板，极板设置有气体流场与冷却水流场，其中气体流场包括气体入口、气体出口、进气主流道、排气主流道、进气分流道、排气分流道、进气段、扩散段和排气段，其中进气段、扩散段和排气段组成了扩散单元。进气主流道和排气主流道分别与多个进气分流道和排气分流道连通，每个进气分流道和排气分流道分别与多个扩散单元的两端连通，扩散单元在整个极板平面内均匀分布，各扩散单元之间互不影响。工作过程中，气体经过两次流体微分作用后，可以较为均匀分布在整个气体扩散层表面，各扩散段内气体同时向气体扩散层扩散，并且各扩散段气体的消耗不会对其他扩散段产生影响，可以解决燃料电池电流密度分布不均的问题。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，特别涉及一种流体微分流场极板。

背景技术

燃料电池是一种直接将燃料中的化学能转化为电能的装置，能够实现对燃料的高效清洁利用，因而是缓解日益突出的能源、环境问题的有效途径之一。电池极板是燃料电池的重要部件，主要起到分配流体、导电和支撑电池结构的作用。

流场中的流体主要包括反应气体氢气、氧气(或空气)以及反应产物水(气态或液态)，对燃料电池的性能有着重要的影响。反应气体不足会降低电池效率，反应气体分布不均会导致局部电化学反应速率减缓甚至无法进行，不仅会造成电池性能下降，甚至还会由于电流密度分布不均而造成电极局部过热，降低电池寿命；反应产物水在流场中的堆积会影响催化反应界面的电化学反应，降低燃料电池效率。

基本流场形式有蛇形流道、平行流道、平行蛇形流道、交指流道、螺旋流道和网格流道等。蛇形流道在流场板上从入口到出口只有一条流道，能够迅速排出燃料电池生成的液体水，但对于面积较大的流场板，会因流道过长造成反应气压降过大、在流道后段反应气供应不足等问题；平行流道具有数目较多的平行并联形式的流道，流道阻力小，但由于气体流速慢，水不易排出，容易造成电极水淹；平行蛇形流道设计涵盖了蛇形流道和平行流道的设计，具有较大的灵活性，流道长度和数目及流道的尺寸都可以调整；交指流道是不连续的，流体被强制通过扩散层，提高电极利用率，但是扩散层阻力较大，流体压力降较大，且催化剂层有可能被破坏；螺旋流道与蛇形流道相似，排水能力较好，但压降较大，流动易发生短路；网格流场是放弃流道的一种做法，通常是将阻挡物规则地排列在流体进出口之间，使流体在阻挡物间的孔隙中绕流，这种流道中的流体流速较低，排水能力较差，流体流动均匀性较差，易在角落处出现水淹。

目前的极板流场皆采用了相近的方式，整个流道皆平行于极板平面，反应气体从入口出发，在极板面内沿流道流动至出口，流体流经路径较长。这种流道形式存在明显的弊端，流体在流动过程中不断被消耗，造成接近出口处反应气体比入口处反应气体稀薄，平面内电化学反应速率形成差异，电流密度分布不均，影响电池性能；此外，对于有反应产物水生成的一侧极板，水分子会进入极板流道，越靠近出口处，水分子含量越高，水分子在流场中的堆积会影响催化反应界面的电化学反应，进一步增大平面内电化学反应速率差异，影响电流密度分布均匀性，降低燃料电池效率。

发明内容

本发明的目的在于解决现有燃料电池极板流道流体分布均匀性差的弊端，提供一种使极板平面内各部位流体分布均匀且排水性能好的流体微分流场极板。