[发明专利]一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板

说明书

本发明公开了一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板，包括相互之间彼此隔开的一个上游进气流场和一个下游出气流场。所述的上游进气流场和下游出气流场，其两个流场为交指型结构流场，流场的流道结构为变截面流道结构。所述两个流场的流道，在沿流道纵向方向深度为波浪形或纵向分段交替梯形的锯齿形三维流道结构；在波浪形（或交替梯形的锯齿形）流道的波谷（或梯形底部）处设置有深度为半基高的横向连通通道。本发明提供的一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板，既能够实现气体在流道内产生紊流效应，增大气体在反应面的强制对流效果，同时，能够实现生成物‑水的聚集，并将之顺利排出的效果，有效的提高了燃料电池的工作性能。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂内的化学能直接转化为电能的发电装置，因其发电过程中不用燃烧，不受卡诺循环限制，因而具有能量转化率高，环境友好等特点，已成为当今世界公认的最理想新能源技术之一。

质子交换膜燃料电池的性能受到多方面因素的影响，除质子交换膜的水传导率是影响其性能的重要参数之外，燃料电池双极板作为燃料电池的关键部件之一，其流道结构设计在分配燃料气体（或氧化剂）、导电、导热以及排水等方面也起着决定性的作用，双极板的流道设计直接影响着燃料（或氧化剂）气体的供应是否能够均匀分布以及产物水是否能够顺利排出等。理想的流道结构设计，既能够保证其通过的气体均匀的分布在整个反应区域内，通过气体扩散层，到达催化层以充分发生化学反应，同时，还能够实现将反应产物水通过流道顺利排出至燃料电池之外，以使燃料电池达到一个良好的工作性能。

在现有技术中的质子交换膜燃料电池的双极板流道结构存在以下不足：

现有的燃料电池技术中，双极板的流道设计多采用等截面流道结构，在流场结构中，沿流道方向，其流道的截面形状和面积不发生变化，因此，在气体通过流道过程中，沿着流道的方向，气体的压力会逐渐下降，气体摩尔浓度也会逐渐降低，这将不利于反应物水及时、有效的排出，继而影响燃料电池的工作性能。

发明内容

针对以上现有技术的缺点以及不足，本发明提供了一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板，既能够实现气体在流道内产生紊流效应，增大气体在反应面的强制对流效果，提高燃料电池的性能，同时，能够实现生成物水的聚集，并将之顺利排出的效果，保证了燃料电池良好的工作性能。

本发明实现上述效果的具体技术方案如下：

一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板，包括相互之间彼此隔开的两个流场，一个为上游进气流场，一个为下游出气流场；所述的两个流场为交指型结构流场。

进一步地，所述的上游进气流场和下游出气流场的流道皆为变截面流道结构。

尤佳地，所述上游进气流场的流道沿流道方向为纵向深度梯度不变的波浪形三维流道结构；所述下游出气流场的流道沿流道方向为纵向深度梯度逐渐变小的波浪形三维流道结构。

尤佳地，所述上游（和/或）下游流场的流道结构，还可以是沿流道方向为纵向分段交替的堤坝式三维流道结构；其所述流道的纵向剖面为交替梯形的锯齿形结构。

尤佳地，所述变截面流道的径向截面形状为U型、梯形或矩形。

尤佳地，所述上游进气流场的纵向深度为波浪形（或交替梯形的锯齿形）流道的波谷（梯形底部）处，与下游出气流场的纵向深度为波浪形（或交替梯形的锯齿形）流道的波谷（梯形底部）处，设置有深度为半基高的横向连通通道。

尤佳地，所述为半基高的横向连通通道的径向截面形状为U型、梯形或矩形；

可选地，所述为半基高的横向连通通道，其径向截面通道宽度为流道宽度的1/3或1/4。