[发明专利]一种液滴状燃料电池流场结构

说明书

本发明涉及一种液滴状燃料电池流场结构，流场结构区域是由多行或多列交替连接的液滴状流场单元构成。每个液滴状流场单元包括液滴状支撑结构和支撑结构两侧的流道结构。液滴状流场单元通过直流道，采用头尾相连的方式进行连接。本发明所述液滴状燃料电池流场结构可以增加气体在流道内的湍动程度，具有传质效果好、压降低等优点，能够显著的提高燃料电池的性能。同时，本发明所述液滴状燃料电池流场结构简单、加工方便，有利于燃料电池大规模的生产和应用。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种液滴状燃料电池流场结构。

背景技术

燃料电池作为一种可以直接将燃料中化学能转变成电能的装置，由于其过程不受卡诺循环的限制，具有能量转化效率高的特点；同时，还因其具有污染排放少，环境友好等优点，使燃料电池技术的研究与发展备受各国政府、企业与研究者的重视，被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。其中的质子交换膜燃料电池还具有操作温度低、室温启动快、无电解液流失、噪声低等优势，被认为是地面交通以及便携设备的理想电源技术。近年来，随着技术的不断进步使得燃料电池车逐渐进入商业市场，并已经有了许多成功的应用案例。但是其大规模的商业化应用仍然存在着成本与寿命这两大难题。流场作为燃料电池的核心部件之一，通过优化流场结构，可以降低双极板加工成本，同时提升电池平面内的分布状况，进而有利于提升燃料电池的使用寿命。所以改进燃料电池的流场结构是目前降低燃料电池成本、提升耐久性的主要途径之一。

按照能否产生面向燃料电池膜电极方向的速度分量，可以将流场分为二维流场和三维流场。自日本丰田汽车公司的Mirai系列燃料电池车问世以来，使得三维流场的研发得到了研究人员的广泛关注。然而，三维流场的结构复杂，对于流场板材的处理以及加工工艺的要求高，使得其制作加工成本高，并不一定适合燃料电池的大规模商业化应用。相比于三维流场，二维流场加工工艺简单，可以大幅降低燃料电池的加工成本，更适合大规模生产。但传统的燃料电池用二维流场包括平行沟槽流场、蛇形流场等，这类流场的主要特点是气体在其中的湍动程度较低，传质主要依赖扩散作用，在大流密度下电池很容易面临原料气短缺以及生成物水无法排出的问题，限制了其在实际过程中的大规模应用。因此，需要发展加工简单、传质效果更好的流场结构，以适应燃料电池的大规模商业化。

发明内容

本发明的目的就是为了弥补上述技术缺陷而提供一种液滴状燃料电池流场结构，用于提高气体在流场中的湍动程度，促进高电流密度下流场内反应物的传质过程，提升燃料电池的性能。

本发明提出的具体技术方案如下：

一种液滴状燃料电池流场结构，所述流场结构包括多行或多列的液滴状流场组；所述液滴状流场组由多个液滴状流场单元连接构成；所述液滴状流场单元包括液滴状支撑结构和支撑结构两侧的流道结构；所述液滴状流场单元之间通过直流道进行连接；支撑结构两侧的流道和直流流道是连通的，流道具有一定深度。液滴状支撑结构具有支撑燃料电池膜电极和分散反应气的作用，有利于增加反应气在流道内的湍动程度，促进燃料电池的传质过程。

基于上述方案，优选地，所述交替连接的液滴状流场单元的结构一致，大小相同。

基于上述方案，优选地，所述液滴状流场单元的液滴状支撑结构在流场板面上的投影形状为液滴形；所述液滴形投影形状包括尾部与头部；所述的尾部形状为半圆形或半椭圆形。

基于上述方案，优选地，所述液滴状流场单元的流道结构对称分布在液滴状支撑结构的两侧；所述支撑结构两侧的流道结构的宽度(分别为d₂和d₃)相等，即d₂＝d₃；用于反应物的流通。

基于上述方案，优选地，所述液滴状流场单元之间的直流道宽度(d₁)小于液滴状流场单元中对称分布的支撑结构两侧的流道结构(反应物流道)的宽度总和，即d₁d₂+d₃，使得反应气流过直流道时流速增加，有助于增加反应物在直流道部分的湍动程度。