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CN101800317A - 一种带有气体流场的质子交换膜燃料电池双极板 - Google Patents

一种带有气体流场的质子交换膜燃料电池双极板 Download PDF

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付宇
吴洪亮
侯中军
刘常福
明平文
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Sunrise Power Co Ltd
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Sunrise Power Co Ltd
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Abstract

一种带有气体流场的质子交换膜燃料电池双极板，流场的各个流道为条形流道，各个流道的截面积自入口到出口沿反应气的运行方向逐渐减小，其特征在于反应气入口处流道截面积占该处流场总截面积的30％-80％，反应气出口处流道截面积为入口处截面积的5％-90％。本发明可保持流场流道内部对液态水的推动力，促进电池内部液态水的排出，从而简化燃料电池的水管理，提高电池运行过程中的稳定性；而且流场成型过程简单，易于实现，成本低廉，适于批量化生产。

Description

一种带有气体流场的质子交换膜燃料电池双极板
技术领域
本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池用双极板。
背景技术
现有技术中，质子交换膜燃料电池双极板流场形状主要有直条形流道、蛇形流道或网状流道几种形式，也有在此基础上的变形。专利号为CN1622377A的专利技术涉及一种质子交换膜燃料电池流场结构，由网状流场和折流条构成。折流条置于网状流场内部，使流体在局部通过网状流场分布，而总体受交错分布的折流条约束，从而减少流体短路现象。专利号为CN1822419A的专利技术涉及一种燃料电池蛇形流场结构，其出口设在流场板的中心位置，而入口则分别设在流场板的两端。专利号为CN101459246A的专利技术涉及另一种流场结构，在流场板上有呈正方形的流场区域，主体则为叶脉形结构。上述专利技术在理论上可以强化流体分配，有利于流场内水的排出，但其实际效果还需要验证，而且工艺复杂，难于实现商品化应用。还有一种有利于水管理的燃料电池双极板流场结构，流场为平行沟槽，流场的平行沟槽的口径自入口到出口逐渐缩小，呈线性递减，流场的平行沟槽入口面积∶出口面积＝2∶1。这种双极板流场结构对防止燃料电池液态水在电池堆出口段累计具有较好的效果，但是受入口和出口面积比的限制，不能适应不同的入口和出口面积比的流场。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有气体流场的质子交换膜燃料电池双极板，以流道截面积沿反应气流动方向的变化达到有利于流场内水排出的目的。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种带有气体流场的质子交换膜燃料电池双极板，流场的各个流道为条形流道，各个流道的截面积自入口到出口沿反应气的运行方向逐渐减小，其结构在于反应气入口处流道截面积占该处流场总截面积的30％-80％，反应气出口处流道截面积为入口处截面积的5％-90％。
本发明所述带有气体流场的质子交换膜燃料电池双极板，其结构在于：所述流道截面积自入口到出口沿反应气的运行方向逐渐减小，是流道的宽度不变，深度逐渐减小，或者是流道的深度不变，宽度逐渐减小，或者是流道的宽度和深度都逐渐减小。
本发明具有如下优点：
1.可在流场的流道内部保持对液态水的推动力，促进电池内部液态水的排出，从而简化燃料电池的水管理，提高电池运行过程中的稳定性；
成型过程简单，在现基础上小幅度改进即可实现，成本低廉，适用于批量化生产。
附图说明
本发明有七幅附图，其中，
附图1是双极板流道深度不变，宽度逐渐减小的流场结构示意图。
附图2是附图1的A向结构示意图
附图3是附图1的B向结构示意图
附图4是双极板流道宽度不变，深度逐渐减小的流场结构示意图。
附图5是附图4的A向结构示意图
附图6是附图4的B向结构示意图
附图7是双极板流道深度不变，宽度逐渐减小的流场结构示意图。
附图中，1、反应气入口；2.反应气出口；3.流场的脊；4.流道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如附图1-附图3所示，是双极板流道深度不变，宽度逐渐减小的实施例。双极板流道反应气入口1处流场脊3的宽度为1.0mm，流道4宽度为2.0mm，深度0.8mm，入口处流道截面积占该处流场截面积的66.7％；反应气出口2处流场脊3的宽度为1.5mm，流道4宽度为1.5mm，深度0.8mm，出口流道截面积为入口处流道截面积的75％。
实施例2
如附图4-附图6所示，是双极板流道宽度不变，深度逐渐减小的实施例。双极板流道在反应气入口1处流场脊3的宽度为1.0mm，流道4宽度为1.0mm，流道4深度为1.5mm，入口处流道截面积占该处流场截面积的50％；反应气出口2处流场脊3的宽度为1.0mm，流道4宽度为1.0mm，流道4深度为0.5mm，出口处流道截面积为入口处流道截面积的33.3％。
实施例3
如附图7所示，是双极板流道宽度和深度都逐渐减小的实施例。双极板流道在反应气入口1处流场脊3的宽度为1.5mm，流道4宽度为1.5mm，流道4深度为1.5mm；经第一个拐角后，流场脊3的宽度为1.0mm，流道4宽度为1.0mm，流道4深度为1.0mm；出口处2流场脊3的宽度为0.5mm，流道4宽度为0.5mm，流道4深度为0.5mm。出口处流道截面积为入口处流道截面积的11.1％。

Claims (2)

1.一种带有气体流场的质子交换膜燃料电池双极板，流场的各个流道为条形流道，各个流道的截面积自入口到出口沿反应气的运行方向逐渐减小，其特征在于反应气入口(1)处流道(4)截面积占该处流场总截面积的30％-80％，反应气出口(2)处流道(4)截面积为入口处截面积的5％-90％。
2.根据权利要求1所述带有气体流场的质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于：所述流道截面积自入口到出口沿反应气的运行方向逐渐减小，是流道(4)的宽度不变，深度逐渐减小，或者是流道的深度不变，宽度逐渐减小，或者是流道的宽度和深度都逐渐减小。
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