[发明专利]在流道侧壁具有液态水含量自适应缩放挡块的燃料电池流场板

说明书

本发明公开了在流道侧壁具有液态水含量自适应缩放挡块的燃料电池流场板，流场板的结构包括：反应物的进口和出口，流场板上分布的若干条脊和流道，流道两侧壁面上的凹槽以及布置的自适应挡块。在普通的直流道中添加自适应挡块，当流道中有积存的液态水时，自适应挡块吸水膨胀，局部流道面积变化程度增大；当流道中不再有积存的液态水时，自适应挡块在电池运行温度加热和气流吹扫的条件下，内部水分蒸发，自适应挡块脱水收缩，局部流道面积变化程度减小。本发明通过添加自适应缩放挡块实现流场对流道中的液态水含量的自适应变化，能够促进反应物传递，提升流场的排水能力，避免水淹现象的发生，并减少泵功消耗，提升电池净功率。

技术领域：

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池液态水自适应流场板结构。

背景技术：

我国的油、气资源匮乏，对外依赖严重，且我国是一个煤资源丰富，温室气体排放较多的国家。从碳中和和减少对外依赖的角度出发，我们需要开发替换能源取代油、气，并减少煤的使用。在当今时代，可再生能源迅速发展，氢能作为一种零碳清洁能源，具有良好的应用发展前景。

燃料电池是一种能够直接使用氢气作为燃料的发电装置，能效高，无污染。流场板是燃料电池的核心部件之一，对燃料电池性能影响显著。流场板提供反应气体流动的场所，使反应物通过对流和扩散两种方式进入扩散层在催化层上进行反应。在流道中添加挡块，能使反应气体产生垂直于流道平面的速度分量，强化传质，提高反应物的利用率。还能使流道横截面积变小，使气体流速变大，当流道中液态水含量较大时，促进液态水的排出，提升电池性能。

但挡块对液态水的流动也具有一定的阻力，当流道中液态水含量较少，液滴尺寸较小时，挡块会严重阻碍小液滴的排出。目前的研究主要集中在挡块的形状，数量，排列方式对电池性能的影响。这些挡块的形状、尺寸都是固定的，不能很好地适应变工况。

发明内容：

本发明的目的在于，针对具有挡块流场板的不足，提供一种在流道侧壁具有液态水含量自适应缩放挡块的燃料电池流场板，挡块对于液态水含量变化的自适应缩放会改变流道横截面积，从而使流场具有适应工况的能力，达到提升电池性能的效果。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种在流道侧壁具有液态水含量自适应缩放挡块的燃料电池流场板，其特征在于：反应物的进口和出口，流场板上分布的若干条脊和流道，流道两侧布置的自适应缩放挡块。

进一步，在流道侧壁布置自适应缩放挡块，当流道中有积存的液态水时，自适应缩放挡块吸水膨胀，使流道的横截面积在挡块处的变化程度增大；当流道中不再有积存的液态水时，自适应缩放挡块能够在电池运行温度下加热或者反应气体吹扫的情况下脱水收缩，使流道的横截面积在挡块处的变化程度减小，从而实现挡块对液态水含量的自适应缩放，进而自动改变流道沿程的横截面积。

进一步，自适应缩放挡块在吸水膨胀前高度为流道深度的1/2～3/4，长度为流道长度的1/50～3/50，宽度为流道宽度的1/10～2/5。

进一步，自适应缩放挡块在流道中含水量较低时，内部水分能够在电池运行温度下加热或者反应气体吹扫的情况下蒸发，湿敏材料脱水收缩，流道横截面积变大。

进一步，自适应缩放挡块在流道两侧相对布置或交错布置，在流道同一侧等间距布置或非等间距布置。

进一步，自适应缩放挡块在流道平面上的投影为扇形、波浪形、矩形、三角形或梯形。

进一步，自适应缩放挡块在电池运行温度下不会溶解。

进一步，自适应缩放挡块所用的湿敏材料对膜电极无害，在水淹环境中5min～7min内达到吸水饱和，在80℃的条件下，吸水饱和的线膨胀度为50％～280％。