[实用新型]一种电池双极板分配头、质子交换膜燃料电池和无人帆船

说明书

本实用新型公开了一种电池双极板分配头、质子交换膜燃料电池和无人帆船，涉及燃料电池技术领域，解决了现有技术中流体分布不均以及反应水不能及时排出的问题。本实用新型的电池双极板分配头，分流点和汇流点位于电池的流道反应区两侧，进气导流区的一端与进气口连通，另一端经分流区和分流点与流道反应区连通，并且进气导流区、分流区和分流点的宽度依次减小；出气导流区的一端与出气口连通，另一端经汇流区和汇流点与流道反应区连通，并且汇流点、汇流区和出气导流区的宽度依次增大。本实用新型的电池双极板分配头，在提高流体分布均匀性的同时，最大程度的降低了功耗，既满足产品结构性能的要求，也可大大降低生产成本。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种电池双极板分配头、包括该电池双极板分配头的质子交换膜燃料电池和使用该质子交换膜燃料电池的无人帆船。

背景技术

燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化成电能的装置，具有能量转换率高、环境友好、操作温度低等优点，是一种极具发展前景的清洁能源技术。金属双极板是质子交换膜燃料电池的核心部件，金属双极板相较于石墨和复合双极板具有明显的优势，如其导热导电性能佳、阻气性好、机械强度高等，正逐步成为高功率密度燃料电池设计的技术潮流和研究热点。

双极板具有收集传导电流、支撑膜电极、均匀输送并隔离反应气体、流通冷却液、快速散热等多种重要功能，制约着燃料电池性能和耐久性。双极板流场中的冷却介质、反应介质的传输特性对燃料电池的性能和耐久性具有重要影响。因此，双极板的设计须兼顾反应工质传质和排水的要求。然而，燃料电池中反应介质的流动方向平行于极板平面，电化学反应引起的传质浓度梯度则垂直于极板平面，因此，如何将流场平面上反应介质流动的传质强化与电化学反应强化有机结合起来是燃料电池设计的技术难点。

此外，流道结构影响反应介质在流道内的流动以及在气体扩散层中的分布，对燃料电池的工作性能具有较大的影响。申请人发现，现有的燃料电池由于板型结构制约，多数极板反应介质的出入口设置在角部，导致不同流道分支中的压降相差较大，从而多数气体从具有最小压降的边缘通道流过，而通过中间通道的反应介质流量较少，出现分流不均的现象。另外，当电堆在高功率密度运行的情况下，由于电化学反应单位时间内将产生更多的反应水，反应水不能及时排出，此时将出现燃料电池的一大难点现象——水淹，从而引起燃料电池电压及功率急剧下降，系统出于自动保护，将降低氢气和氧气的进气量，燃料电池性能不能达到高功率密度，从而降低了燃料电池的最大输出功率。

图1示出了燃料电池结构的剖面示意图，图2示出了燃料电池工作示意图。如图1和图2所示，在流道内部流通的工质为反应气体、水蒸气及凝结水的多相混合物。其中的水来自于阴极催化层的还原反应，经扩散作用(通过扩散层)进入阴阳极流道并随着气体流动排出流道。反应生成水的及时排出能够显著提高燃料电池性能，一方面是避免了催化层的水淹，从而避免了催化剂的电化学腐蚀，另一方面是避免了堵塞反应气体的扩散传质通道，从而避免了催化层上的“燃料饥饿”。因此，流道内部工质的流动性极其重要。

专利号为CN102034986A的专利公开了一种质子交换膜燃料电池双极板分配头，但是这种双极板分配头的导流区由极细密的点阵结构组成，加工工艺要求极高，且易出现分流不均的现象，介质从中挑选压降最大的流道“逃逸”。

专利号为CN108470922A的专利公开了一种燃料电池双极板分配头，但是这种形式的分配头分流情况偏向于右侧流道，左侧反应区基本无反应介质通过，且离散型式点阵分布与直流道交错的设计，造成结构空隙大，影响双极板的支撑效果以及双极板与膜电极间的接触电阻。

实用新型内容

本实用新型的其中一个目的是提出一种电池双极板分配头、质子交换膜燃料电池和无人帆船，解决了现有技术中流体分布不均以及反应水不能及时排出的技术问题。本实用新型优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：