一种增加气体流速及梯度阻流的极板流道结构及燃料电池的制作方法

本发明属于燃料电池，尤其涉及一种增加气体流速及梯度阻流的极板流道结构及燃料电池。

背景技术：

1、燃料电池具有清洁、高效等诸多优点，受到越来越多的人们的关注。双极板作为燃料电池的核心部件，在燃料电池中起到分配气体、导电导热以及排水等重要作用。

2、极板的性能在很大程度上取决于流场结构。目前，流场一般包括传统流场和新型流场；常规的传统流场有直通道、蛇形和交指型等，新型流场包括仿生流场、螺旋流畅以及3d流场等等。直通道流场为最基本的流场，一般具有较多的互相平行的流场通道，流场距离短，进出口压损小，通道并联有利于反应气体及冷却水在通道内的均匀分布，能实现电流密度及电池温度的均匀分布，且结构简单、易加工。但是，反应气体在直流道流场中存留时间短，气体利用率低，气体流速相对较低，不能充分的流向扩散层，气体利用率低；且产生的水不能及时排出，容易回流造成水淹。并且，大功率电堆结构的极板体积往往更大、流道更长，更容易出现欠气、反气现象而导致较大的气体压降和出口气体回流的问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种增加气体流速及梯度阻流的极板流道结构及燃料电池，旨在解决现有的反应气体在直流道流场中存留时间短，气体利用率低，气体流速相对较低，不能充分的流向扩散层，产生的水不能及时排出，容易回流造成水淹等问题。

2、为解决上述问题，本发明实施例的首要目的在于提供一种增加气体流速及梯度阻流的极板流道结构，包括极板本体，所述极板本体的一侧面上设置有多个相互平行的流道；相邻的两个流道之间设置有流道背脊；每个所述流道均包括依次连接的第一端口、流道本体和第二端口；

3、所述流道本体内设置有多个凸起，多个所述凸起相互独立设置；每个所述凸起的宽度小于所述流道本体的宽度，每个所述凸起的高度低于所述流道背脊的高度。

4、作为优选的实施方式，所述流道为直流道；同一所述流道本体内的多个所述凸起等间距设置。

5、作为优选的实施方式，处于不同流道本体内的相同位置的所述凸起位于同一直线上。

6、作为优选的实施方式，靠近所述第一端口的所述凸起设置于所述第一端口的内侧，靠近所述第二端口设置的所述凸起设置于所述第二端口的外侧。在本申请中，内侧指的是靠近所述流道本体的一侧，外侧指的是远离所述流道本体的一侧。

7、作为优选的实施方式，每个所述凸起包括一体设置的斜面和垂直面；所述斜面面向所述第一端口设置，所述垂直面面向所述第二端口设置。

8、作为优选的实施方式，所述斜面与所述流道本体底面所在的平面形成的角度≥45°，所述垂直面与所述流道本体底面所在的平面形成的角度为90°。

9、作为优选的实施方式，所述第一端口至所述第二端口方向为气体加速方向。这样，由于流道本体内设置有凸起，垂直于流道的平面方向上存在速度分量，使得氧气(空气)能够垂直于流道本体平面、以对流形式进入催化层，随着电流密度逐渐增大，氧气(空气)传输能力增强而使得浓度损失变小。

10、作为优选的实施方式，所述第二端口至所述第一端口方向为流体阻流方向。由于凸起的垂直面面向第二端口，相对于平面来说，垂直面对流体的阻力较大，可以起到阻碍流体回流的作用。

11、作为优选的实施方式，所述第一端口、所述流道本体和所述第二端口一体成型设置。

12、本发明的另一目的在于提供一种燃料电池，所述燃料电池由上述增加气体流速及梯度阻流的极板流道结构制备得到。

13、本发明相对于现有技术具有以下有益效果：本申请通过在直流道内设置凸起，并使得凸起的斜面面向第一端口设置、垂直面面向第二端口设置，垂直于流道的平面方向上存在速度分量，使得氧气(空气)能够垂直于流道本体平面、以对流形式进入催化层，随着电流密度逐渐增大，氧气(空气)传输能力增强，气体流速增加，使得气体更加充分的流向扩散层，能够有效增加反应速率，从而使得浓度损失变小。同时，凸起等间距设置，可以实现梯度阻流，能够有效避免由于回流现象而导致的水淹。

技术特征：

1.一种增加气体流速及梯度阻流的极板流道结构，其特征在于，包括极板本体，所述极板本体的一侧面上设置有多个相互平行的流道；相邻的两个流道之间设置有流道背脊；每个所述流道均包括依次连接的第一端口、流道本体和第二端口；

2.根据权利要求1所述的增加气体流速及梯度阻流的极板流道结构，其特征在于，所述流道为直流道；同一所述流道本体内的多个所述凸起等间距设置。

3.根据权利要求2所述的增加气体流速及梯度阻流的极板流道结构，其特征在于，处于不同流道本体内的相同位置的所述凸起位于同一直线上。

4.根据权利要求1所述的增加气体流速及梯度阻流的极板流道结构，其特征在于，靠近所述第一端口的所述凸起设置于所述第一端口的内侧，靠近所述第二端口设置的所述凸起设置于所述第二端口的外侧。

5.根据权利要求3所述的增加气体流速及梯度阻流的极板流道结构，其特征在于，每个所述凸起包括一体设置的斜面和垂直面；所述斜面面向所述第一端口设置，所述垂直面面向所述第二端口设置。

6.根据权利要求5所述的增加气体流速及梯度阻流的极板流道结构，其特征在于，所述斜面与所述流道本体底面所在的平面形成的角度≥45°，所述垂直面与所述流道本体底面所在的平面形成的角度为90°。

7.根据权利要求6所述的增加气体流速及梯度阻流的极板流道结构，其特征在于，所述第一端口至所述第二端口方向为气体加速方向。

8.根据权利要求7所述的增加气体流速及梯度阻流的极板流道结构，其特征在于，所述第二端口至所述第一端口方向为流体阻流方向。

9.根据权利要求1所述的增加气体流速及梯度阻流的极板流道结构，其特征在于，所述第一端口、所述流道本体和所述第二端口一体成型设置。

10.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池由权利要求1至9任一项所述的增加气体流速及梯度阻流的极板流道结构制备得到。

技术总结
本申请提供一种增加气体流速及梯度阻流的极板流道结构，包括极板本体，所述极板本体的一侧面上设置有多个相互平行的流道；相邻的两个流道之间设置有流道背脊；每个所述流道均包括依次连接的第一端口、流道本体和第二端口；所述流道本体内设置有多个凸起，多个所述凸起相互独立设置；每个所述凸起的宽度小于所述流道本体的宽度，每个所述凸起的高度低于所述流道背脊的高度。本申请还提供一种燃料电池。本申请通过在直流道内设置凸起，使得气体能够更加充分的流向扩散层，能够有效增加反应速率，从而使得浓度损失变小。同时，凸起等间距设置，可以实现梯度阻流，能够有效避免由于回流现象而导致的水淹。

技术研发人员：王海龙,杨骄,张华农
受保护的技术使用者：深圳市氢瑞燃料电池科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15