[发明专利]一种增强传质的燃料电池精细流场的排布结构

说明书

本发明公开了一种增强传质燃料电池精细流场的结构及其排布方式。燃料电池的冷却隔板紧密贴合精细流场板的顶片，精细流场板的底片紧密贴合气体扩散层；阴极反应气体流场位于冷却隔板与气体扩散层之间流经精细流场板。流场单元排布方式分为正六边形分布型、正三角形分布型与复合分布型，结合不同的使用场景选择相应排布方式获得优良的综合性能。本发明通过对燃料电池精细流场的结构设计与罗列排布，在不大幅提高压降的情况下，有效改善了反应物分布的均匀性，提高了阴极气体扩散层除水性能，具有更好的性能输出和稳定性，提高燃料电池的功率密度与寿命。

技术领域

本发明涉及燃料电池流场的结构和排布方式设计，具体来说是涉及一种增强传质的燃料电池精细流场的排布结构。

背景技术

21世纪以来，随着化石能源的逐渐枯竭，人们不断寻找和开发清洁可再生的能源。在当前的新能源中，氢能具有燃烧热值高、污染低、可再生等优势，是化石燃料的理想替代能源。

燃料电池是一种使氢气与氧气通过电化学反应发电的装置，随着人们对清洁能源的迫切需求，从而获得了广泛的关注。而质子交换膜燃料电池又是目前较成熟的一种燃料电池技术。其使用可再生的能源——氢气、氧气，反应生成物为水，从而实现了零排放。

燃料电池的单电池主要由膜电极(扩散层、催化剂、质子交换膜热压而成)、双极板和密封材料三部分组成，其中双极板需要具有多种功能，主要包括：分隔反应气体；使得反应气体可以到达膜电极参与反应；收集并传导电流；支撑膜电极以及承担整个燃料电池的散热与排水功能。

中国发明专利(申请号：201911349726.5)公开了一种燃料电池用鱼鳞仿生结构的流道，其包括极板主体、气体流道、脊、装配孔、反应气体入口、冷却液入口、冷却液出口、反应气体出口、气体扩散层和若干鱼鳞仿生导流板，具有提高电池的性能和稳定性的优点。

中国发明专利(申请号：201280019368.1)公开了一种燃料电池的气体流路结构，其金属网分上游第一金属网和下游第二金属网，既能够抑制由于气体入口处的干燥引起的输出降低，也能够在常温和高温下都确保必要输出电压。

然而目前已公开的燃料电池少数有考虑压降的，并且极板流道设计仍需进一步考虑增加功率密度，提升膜电流分布均一度，尤其是促进极板与气体扩散层接触区域的产物水排出。

发明内容

为了解决和实现背景技术中存在的技术问题，本发明的目的在于在兼顾燃料电池功率密度的情况下提供一种压降小、效率高、排水性能强而增强传质的燃料电池精细流场的排布结构。

本发明采用的技术方案如下：

燃料电池包括冷却隔板、精细流场板和气体扩散层；冷却隔板紧密贴合精细流场板的顶片，精细流场板的底片紧密贴合气体扩散层；阴极反应气体流场位于冷却隔板与气体扩散层之间流经精细流场板。

所述精细流场板包括多个流场单元紧密连接排布而成，每个流场单元之间都相互连通；流场单元包括顶片，三个矩形肋条和三个底片；顶片和底片均为正六边，尺寸相同，底片通过矩形肋条连接到顶片上，且底片绕顶片的中心轴线以间隔120°中心对称布置，矩形肋条的宽度与顶片和底片的边长相等，并且矩形肋条与气体扩散层的夹角为45°。每个流场单元的宽度在1mm～2mm之间，长度在1mm～2mm之间，高度在0.3mm～1mm之间。

所述矩形肋条包括迎气流方向上倾斜的矩形肋条和背气流方向上倾斜的矩形肋条；阴极反应气体流场在冷却隔板和气体扩散层之间沿单向流动，迎气流方向上倾斜的矩形肋条对流经的阴极反应气体流场起到扰流与增强阴极反应气体在流场内左右传质作用，背气流方向上倾斜的矩形肋条对流经的阴极反应气体流场起到下压阴极反应气体、增强扩散层内阴极反应气体浓度并促使反应产物排出的作用。

所述精细流场板为正六边形分布型精细流场板，正三角形分布型精细流场板和复合分布型精细流场板。