[实用新型]质子交换膜燃料电池极板分段优化混合通道流场

说明书

质子交换膜燃料电池极板分段优化混合通道流场，在极板(1)表面冲压出一组具有相同走向槽形通道结构的流场(2)，流场(2)从空气进口侧(A)至空气出口侧(B)，分段连通设置有前段(201)、中段(202)和末段(203)三个部分，前段(201)为直型平行沟槽，中段(202)和末段(203)为折型沟槽，中段(202)周期长度大于末段(203)。分段设计流场，前段空气流动阻力小，流动方向稳定，膜电极生成水将优先发生渗透。中段改变膜电极MEA表面生成水的运动主体方向，避免淹没现象。末段空气沿加密的折型流场运动，加大频率改变流向，加强携带水分能力。电池运行4小时，单池平均电压波动范围±3mv，电池内水管理处于较稳定的平衡状态。

技术领域

本实用新型涉及质子交换膜燃料电池创新结构改进技术，尤其是质子交换膜燃料电池极板分段优化混合通道流场。

背景技术

在质子交换膜燃料电池工作过程中，在电池内部，在空气进口侧，空气压力大，空气中氧含量充足而且湿度较低，随着空气向出口侧流动和电池反应的进行，在空气出口侧，空气压力降低，空气中因消耗氧含量降低，空气中因水分积累湿度增大，因此，在质子交换膜燃料电池膜电极表面由于流场的设计将会造成膜电极表面各部位氧浓度和湿度差异。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供质子交换膜燃料电池极板分段优化混合通道流场，解决现有技术问题。

本实用新型的目的将通过以下技术措施来实现：在极板表面冲压出一组具有相同走向槽形通道结构的流场，流场从空气进口侧至空气出口侧，分段连通设置有前段、中段和末段三个部分，前段为直型平行沟槽，中段和末段为折型沟槽，中段周期长度大于末段。

尤其是，前段、中段和末段的宽度、脊宽度和深度相同。

尤其是，中段、末段折型周期长度比为1.1-3。

尤其是，前段、中段和末段长度比为(0.5-1)：(0.5-1)：(0.5-1)。

本实用新型的优点和效果：分段设计流场，前段空气流动阻力小，流动方向稳定，膜电极生成水将优先发生渗透。中段改变膜电极MEA表面生成水的运动主体方向，避免淹没现象。末段空气沿加密的折型流场运动，加大频率改变流向，加强携带水分能力。电池运行4小时，单池平均电压波动范围±3mv，电池内水管理处于较稳定的平衡状态。

附图说明

图1为本实用新型实施例1结构示意图。

附图标记包括：

极板1、流场2、前段201、中段202和末段203；空气进口侧A、空气出口侧B。

具体实施方式

本实用新型原理在于，如附图1所示，在空气进口侧A，空气沿前段201直行流场层流流动，由于空气流动阻力小，空气流动方向稳定，对MEA反应过程中产生的水分携带能力差，而且流场2上侧的MEA表面在气体的正压作用力下膜电极生成水将优先发生渗透。其中，做为电堆的核心部件，膜电极MEA是将两张喷涂有Nafion溶液及Pt催化剂的碳纤维纸电极分别置于经预处理的质子交换膜两侧，使催化剂靠近质子交换膜，在一定温度和压力下模压制成。

在中段202，空气沿折型流场运动，将会发生转向，在改变流向的同时，在MEA表面气体也发生流向改变，在冲击MEA的方向，MEA表面的水将发生渗透，而背离MEA表面的方向，空气将携带水分到GDL，从而改变MEA表面生成水的运动主体方向，避免淹没现象。

在末段203，在质子交换膜燃料电池内，空气出口段湿度大，MEA积累水易产生水淹现象，空气沿加密的折型流场运动，空气将加大频率改变流向，加强携带水分能力。

本实用新型适合长方形质子交换膜燃料电池的空气侧流场设计。