一种用于质子交换膜燃料电池双极板

本发明属于质子交换膜燃料电池领域，设计质子交换膜燃料电池双极板的流道结构设计，尤其涉及有利于质子交换膜燃料电池输出性能的气体流道结构。

背景技术：

1、质子交换膜燃料电池以氢气和氧气作为燃料，将化学能直接转换为电能，是最为绿色环保的能量转换装置之一。氢气和氧气作为质子交换膜燃料电池的反应气体，氢气和氧气在通入气体流道后，反应气体向燃料电池中心扩散进入气体扩散层，进而扩散至催化层进行电化学反应。质子交换膜燃料电池的气体流道及多孔介质的气体扩散层和催化层是燃料反应气体传输的必经之地，影响到整个燃料电池的传质过程，最终影响到燃料电池的燃料利用效率及燃料电池的整体输出性能。

2、平行流道是典型的传统燃料电池流道之一，典型的平行流道包括具有入口的入口流道、具有出口的出口流道，至少具有一个分支流道，每个分支流道的进口与入口流道相连通，每个分支的出口分别与出口流道相连通，反应气体通过入口流道进入流道，经过各个分支流道后，从出口流道排出。由于平行流道的结构特点导致反应气体的利用率较低，且在高湿度反应气体、高电流密度下电池产生的水分难以及时有效地排出，以至于容易在阴极流道中聚集，阻塞流道的传质，从而发生“水淹”现象，从而影响燃料电池性能。

3、质子交换膜燃料电池气体流道的设计常见传统的平行流道、蛇形流道或者交指型流道，这些流道的共同点在与分支流道中的流道宽度基本保持一致，这种结构的流道通常压力损失大，流动能力差。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述问题，提出一种用于质子交换膜燃料电池双极板的气体流道结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于质子交换膜燃料电池双极板的气体流道结构，包括燃料电池，所属燃料电池由多个单电池层叠组装而成，所述单电池包括阳极板、阴极板和膜电极。阳极板和阴极板尺寸匹配并能组合成双极板，阳极板和阴极板中部都设有方槽型流场，在所述阳极板和所述阴极板上均设有贯通所述方槽型流场一侧的流道入口，另一侧设有两个对称分布的贯通方槽型流场的流道出口，所述方槽型流场内设有气体流道结构。气体流道结构由八个导流块和截面为正四边形的直导流柱平行排列构成，八个导流块排列在靠近气体流道入口处，同列导流块的圆弧指向方向相同，圆弧凸起处靠近气体流入方向，直导流柱平行排列在靠近气体流道出口处所述方槽型流场中的导流柱依次排列形成半交错半平行流道，导流块之间互不相连且相邻交错流道之间形成多个间隙流道，所述阳极板和所述阴极板围绕所述方槽型流场边沿一圈设有边槽，膜电极与边槽尺寸匹配并安装在所述边槽内，所述膜电极由阳极气体扩散层、阳极气体催化层、质子交换膜、阴极气体催化层和阴极气体扩散层依次组合而成，所述阳极板和所述阴极板四角对应设有四个固定孔。

3、所述主导流块长度l1满足5mm≤l1≤6mm；副导流块长度l2满足3mm≤l2≤4mm；同组主导流块之间的距离d1满足：0.4mm≤d1≤0.6mm；同组副导流块之间的距离d2满足：0.2mm≤d2≤0.3mm；导流块与直导流柱之间的距离d3满足：2mm≤d3≤3mm；直导流柱之间的距离d4满足：1mm≤d4≤2mm。

4、所述双极板和所述导流柱与导流块的材料为是模板、金属板或复合板，导流柱和导流块表面涂有疏水材料涂层。

5、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

6、1、本发明的质子交换膜燃料电池双极板气体流道结构采用带有导流块的流道，保证了导流块和导流柱之间互不连接，极大的增加了反应气体和反应层的直接接触面积，有效的提高了反应气体向气体扩散层的扩散，提高了质子交换膜燃料电池的输出性能。

7、2、该流道在入口处将从流道入口处通入的反应气体均匀分流，这种设计使得反应气体从流道入口更加均匀的流入该质子交换膜燃料电池的各个部分。

8、3、导流块和导流柱表面具有疏水材料的涂层也进一步强化流道的排水能力。

技术特征：

1.一种用于质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，气体流道结构由八个导流块和截面为正四边形的直导流柱平行排列构成，八个导流块排列在靠近气体流道入口处。

3.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，同列导流块的圆弧指向方向相同，圆弧凸起处靠近气体流入方向，直导流柱平行排列在靠近气体流道出口处所述方槽型流场中的导流柱依次排列形成半交错半平行流道。

4.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，导流块之间互不相连且相邻交错流道之间形成多个间隙流道。

5.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述阳极板和所述阴极板围绕所述方槽型流场边沿一圈设有边槽，膜电极与边槽尺寸匹配并安装在所述边槽内。

6.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述膜电极由阳极气体扩散层、阳极气体催化层、质子交换膜、阴极气体催化层和阴极气体扩散层依次组合而成，所述阳极板和所述阴极板四角对应设有四个固定孔。

7.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述主导流块长度l1满足5mm≤l1≤6mm；副导流块长度l2满足3mm≤l2≤4mm；同组主导流块之间的距离d1满足：0.4mm≤d1≤0.6mm；同组副导流块之间的距离d2满足：0.2mm≤d2≤0.3mm；导流块与直导流柱之间的距离d3满足：2mm≤d3≤3mm；直导流柱之间的距离d4满足：1mm≤d4≤2mm。

8.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述双极板和所述导流柱与导流块的材料为是模板、金属板或复合板，导流柱和导流块表面涂有疏水材料涂层。

技术总结
本发明提供一种用于质子交换膜燃料电池双极板的气体流道结构，所述质子交换膜燃料电池双极板主要包括阳极板和阴极板，气体流道结构为八个导流块和截面为正四边形的直导流柱平行排列构成。流道入口处的导流块的圆弧凸起处靠近气体流入方向，靠近流道出口处的直导流柱呈横向平行排列，气体主要流道是两个主导流块、六个副导流块和平行直导流块依次排列形成的交错流道，各导流块形成的交错流道之间存在间隙流道。本发明可以有效增强质子交换膜燃料电池双极板内部反应气体分布的均匀性，提高反应气体的利用率，并有效预防或缓解水淹的情况，在一定程度上也能提高质子交换膜燃料电池的散热性能，是的质子交换膜燃料电池的综合性能得到提升。

技术研发人员：万忠明,张焱,封士明,张敬,陈伊宇,陈曦,黄泰明
受保护的技术使用者：湖南理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15