[发明专利]一种交叉型流场的单电池及质子交换膜燃料电池电堆结构

说明书

本发明公开了一种交叉型阴极流场板，阴极流场板的一侧开设两个平行的交叉流道A和交叉流道B，以及镂空沟槽，所述交叉流道A、交叉流道B和镂空沟槽之间均分别通过阴极流道肩分隔，在阴极流场板上开有与交叉流道A连通的阴极流场板空气入口A、与交叉流道B连通的阴极流场板空气入口B，以及阴极流场板氢气入口和阴极流场板氢气出口。本发明还公开了一种交叉型流场的单电池结构和一种交叉型流场的质子交换燃料电池堆结构。本发明的有益效果为：本发明在单电池的阴极流场板上设计平行交叉流道和镂空沟槽，使阴极侧的反应气体通过阴极流场板上的空气入口到达平行交叉流道中并进入膜电极中进行反应，反应过程中的剩余空气和水通过阴极流道肩与膜电极交界处，以强制对流的形式进入镂空沟槽中，并通过通槽排出燃料电池外部。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种交叉型流场的单电池及质子交换膜燃料电池电堆结构。

背景技术

质子交换膜燃料电池是将氢气与氧气的化学能直接转化为电能的电化学发电装置,最终主要反应产物只有水。在环境污染和能源日益紧张的今天，燃料电池以其环境友好、能量转化效率高等特点，有望成为化石燃料的替代能源而越来越受各国政府的重视。

质子交换膜燃料电池是目前应用最为广泛的、研究最多的燃料电池类型之一。在实际使用过程中都是将多个单电池串联叠加在一起的，最后用端板配合紧固件(通常为螺栓)将内部结构紧密装配在一起。电堆内部各级单电池主要是由两块双极板、膜电极、气体扩散层、催化层以及密封件组成。燃料电池双极板一般采用石墨极板或者是金属极板，双极板两侧的流场分别为氧化剂(氧气)与燃料(氢气)的通道，以确保氧化剂与燃料能均匀分配到膜电极各处，发生还原与氧化反应而产生电流。在运行过程中，燃料电池内部发生的氧化还原反应会产生大量的热量和反应产物水，水热管理技术直接影响燃料电池的性能与寿命，尤其对于大型的燃料电池电堆的运行，水热管理不当往往导致电池性能的显著下降甚至整个电池系统崩溃。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种结构紧凑、排水效率高的交叉型流场的单电池及质子交换膜燃料电池电堆结构。

本发明采用的技术方案为：一种交叉型阴极流场板，所述阴极流场板的一侧开设两个平行的交叉流道A和交叉流道B，以及镂空沟槽，所述交叉流道A、交叉流道B和镂空沟槽之间均分别通过阴极流道肩分隔，在阴极流场板上开有与交叉流道A连通的阴极流场板空气入口A、与交叉流道B连通的阴极流场板空气入口B，以及阴极流场板氢气入口和阴极流场板氢气出口。

按上述方案，所述阴极流场板的另一侧开有与镂空沟槽连通的一个通槽。

按上述方案，所述通槽外侧配设吹风机。

按上述方案，所述交叉流道A包括一个横向流道A和多个纵向流道A；所述交叉流道B包括一个横向流道B和多个纵向流道B，所述纵向流道A与横向流道A连通，且自横向流道A向横向流道B延伸；所述纵向流道B与横向流道B连通，且自横向流道B向横向流道A的方向延伸。

按上述方案，所述镂空沟槽整体呈蛇形结构，其包括多个间隔布置且依次连通的纵向流道C，所述纵向流道B/纵向流道A、阴极流道肩34、纵向流道C、纵向流道A/纵向流道B依次排布。

本发明还提供了一种交叉型流场的单电池结构，包括依次装配的如上所述的阴极流场板，以及阴极内垫圈、膜电极、阳极内垫圈、阳极流场板；反应的空气经阴极流场板空气入口进入阴极流场板交叉流道，再从阴极流场板交叉流道进入膜电极中进行电化学反应；反应剩余的空气通过阴极流场板的流道肩下部位进入到镂空沟槽中，再从镂空沟槽进入阴极流场板的通槽中排出到电池外部；反应的氢气经阳极流场板氢气入口进入阳极流场板的蛇形流道中，再从阳极流场板的蛇形流道进入膜电极中进行电化学反应；反应剩余的氢气经阳极内垫圈、膜电极和阴极内垫圈后与阴极流场板氢气出口连通。