[发明专利]一种风冷燃料电池阴极流场结构及其制造工艺

说明书

本发明提供了一种风冷燃料电池阴极流场结构及其制造方法，该结构包括流场板本体、阴极流场区域、阳极气体主流道；阴极流场区域设置有阴极流道脊，相邻阴极流道脊之间构成阴极流道槽；在阴极流道槽内设置有附板，通过附板将阴极流道槽分隔成上下两部分，并在附板上设有翘片，翘片的翘起部分所在的附板区域形成连通阴极流道槽上部与阴极流道槽下部的通孔；其制造方法步骤包括：在附板上切割线缝、孔，进行翘片成型，翻边预成型，使预成型的翻边与附板表面形成不小于80°且不大于90°的夹角，翻边最终成型并抵紧阴极流道槽侧壁、附板的边部贴靠于阶台上。本发明在降低单电池厚度的情况下，还能够确保流场板的强度和燃料电池的耐冲击能力。

技术领域

本发明涉及燃料电池，具体涉及一种风冷燃料电池阴极流场结构及其制造工艺。

背景技术

目前，氢空燃料电池是一种将氢气（阳极）和空气中氧气（阴极）在催化剂的作用下发生电化学反应并转化成电能的装置。而燃料电池流场结构是燃料电池电堆的核心技术之一，燃料电池结构会影响氧化剂、还原剂和冷却剂在燃料电池中的运行，最终影响到燃料电池的体积、功率密度、效率、寿命等。

现有的风冷燃料电池流场结构主要有两种，一种是以石墨作为基础材料，主要以去除材料加工工艺形成流场结构，此类结构的优点主要是耐腐蚀能力强，原材料接触电阻小，无需表面处理，研发成本较低，缺点是重量较大，体积较大，单电池厚度普遍在3mm以上；另一种是以金属薄板作为基材，通过模具成型加工形成一定厚度空间作为反应气体流场，此类结构的优点是重量轻，整堆耐冲击能力强，单电池厚度一般在2.5mm以下，整堆功率密度更高，缺点是需要进行表面处理用以增加耐腐蚀能力和降低接触电阻，需要模具成型，研发成本较高、工艺难度较大。

此外，文献CN209344229U公开了一种用于燃料电池的阴极板，阴极板具有一阴极板贴合侧、一阴极板自由侧、至少一散热通道以及至少一流体通道，阴极板贴合侧和阴极板自由侧相互对应，其中每个散热通道分别形成于阴极板的阴极板贴合侧，并且每个散热通道分别沿着阴极板的宽度方向延伸，其中每个流体通道分别自阴极板贴合侧向阴极板自由侧方向延伸，并且至少一个流体通道连通于至少一个散热通道。然而这种结构会大幅降低阴极板的强度，要保证强度就必须得将阴极板加厚，这势必会增加燃料电池厚度。

发明内容

本发明目的之一在于提供一种既能够降低燃料电池厚度又能够提升燃料电池性能的风冷燃料电池阴极流场结构。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种风冷燃料电池阴极流场结构，包括流场板本体和设置在流场板本体上的阴极流场区域，以及设置在流场板本体上并位于阴极流场区域侧方的阳极气体主流道；在阴极流场区域设置有阴极流道脊，相邻阴极流道脊之间构成阴极流道槽；在阴极流道槽内设置有附板，通过附板将阴极流道槽分隔成上下两部分，并在附板上设置有成列布置的翘片，翘片的翘起部分所在的附板区域形成连通阴极流道槽上部与阴极流道槽下部的通孔。

为进一步提升燃料电池性能，附板上设置的翘片呈矩阵排列，同一阴极流道槽内的相邻翘片错位排列。

为更进一步提升燃料电池性能，附板上设置的翘片位于阴极流道槽上部，且翘片顺向于气体流动方向布置。通过仿真计算，此结构能有效增加靠近反应区域的气体压力，有利于气体扩散，还能够降低靠近反应区域的流体流速，降低水分流失，能更好的保持燃料电池电堆湿度。

为进一步降低燃料电池厚度，提升燃料电池在复杂应用环境中的耐冲击能力，在位于同一阴极流道槽内的附板上设置有翻边，且翻边与阴极流道槽侧壁相抵接。作为优选，在位于同一阴极流道槽内的附板上设置有两块翻边，且两块翻边与阴极流道槽的两侧壁贴壁抵接。

更进一步地，在阴极流道脊两端部设置阶台，附板的边部位于阶台上。

为方便燃料电池组装，在阴极流道脊端部的阶台壁上还设置有坡面。