一种双重强化对流的质子交换膜燃料电池流道制造技术

本发明专利技术公开的一种双重强化对流的质子交换膜燃料电池流道，包括置于流场板上的电池流道，所述电池流道两侧设有若干个弧形缺口单元阵列，每个弧形缺口单元的一侧为斜面，两侧相邻的两个弧形缺口单元通过斜面形成通道；在流道入口处，气体经过弧形缺口在横向上强化对流传递，同时在纵向的斜面通道强化向下层催化层的传递效应，使得催化层内氧气的分布更为充分，显著增强了流道中气体的速度，有利于气体的扩散传输和产物水的排出，从而提高了电池性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种双重强化对流的质子交换膜燃料电池流道


[0001]本专利技术属于质子交换膜燃料电池
，具体涉及一种双重强化对流的质子交换膜燃料电池流道。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种高效节能的能量转化装置，其使用氢气和空气(氧气)作为燃料，将储蓄其中的化学能转化为电能。
[0003]质子交换膜燃料电池的基本反应原理：在阳极氢气从流道经由扩散层扩散至催化层，在催化层内被催化离解为质子和电子，质子通过质子交换膜达到阴极，电子通过外电路达到阴极；阴极的空气或氧气从流道经由扩散层达到催化层，在催化剂的作用下在催化层表面与质子、电子发生反应，产生水和热。
[0004]在质子交换膜燃料电池中，当阳极为氢气，阴极为空气时，按照化学计量比设定的氢气一般是充足的，因此质子交换膜燃料电池的性能在很大程度上取决于阴极催化层的氧气浓度分布情况。在高电流密度下，随着氧气的大量消耗，电池出口端附近的催化层往往会出现供气不足的问题，影响电池的性能。通过检测催化层的氧气分布可以在一定程度上判别电池性能的优劣。
[0005]最常见的流场类型是直流道，它具有较多的相互平行的流场通道，流程距离短，同时直流道结构简单。但是，直流道流场在高电流密度时氧气容易供应不足，限制电池性能进一步提升。通过改进电池流道结构，可以改善阴极催化层中的氧气分布，从而提高了电池的性能。
[0006]一种质子交换膜燃料电池流道(CN108550875A)，该专利技术通过在阴极流道中间隔设置不同数量的堵块，使得在堵块处流道的截面积，进而增大气体在通过流道过程中的速度，达到气体更易传递到扩散层的效果，提高了气体的利用率，提高了电池的整体性能水平。但是并没有展现出对电池性能的具体提升，缺乏性能数据的支撑。本专利技术针对流道的横向和纵向设计了一种双重强化对流的流道，对气体的浓度和速度分布进行了分析，并且配有相关的性能对比，对该专利技术能够有效提升电池性能提供了有力的支撑。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种双重强化对流的质子交换膜燃料电池流道，针对流道的横向和纵向设计一种双重强化对流的流道，对气体的浓度和速度分布进行了分析，并且配有相关的性能对比，对该专利技术能够有效提升电池性能提供了有力的支撑。
[0008]本专利技术至少通过如下技术方案之一实现。
[0009]一种双重强化对流的质子交换膜燃料电池流道，包括置于流场板上的电池流道，所述电池流道两侧设有若干个弧形缺口单元阵列，每个弧形缺口单元的一侧为斜面，两侧相邻的两个弧形缺口单元通过斜面形成通道；在流道入口处，气体经过弧形缺口在横向上强化对流传递，同时在纵向的斜面通道强化向下层催化层的传递效应，使得催化层内氧气
的分布更为充分。
[0010]优选的，电池流道两侧的弧形缺口单元错位分布排列。
[0011]优选的，所述弧形缺口单元的弧形缺口为椭圆弧形缺口。
[0012]优选的，椭圆弧半长轴长度为0.1～0.5mm，短轴半长度为0.1～0.6mm。
[0013]优选的，弧形缺口单元之间的线段长度与椭圆弧半长轴保持一致。
[0014]优选的，所述通道的形状在纵向上表现为下沉式三角形阵列。
[0015]优选的，所述通道的宽度为0.5～2mm，高为0.5～2mm。
[0016]优选的，下沉式三角形阵列周期与椭圆弧阵列周期保持一致。
[0017]优选的，所述通道的形状在纵向上表现为下沉式矩形。
[0018]优选的，所述弧形缺口单元的弧形缺口为圆弧形缺口。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0020]与传统直流道相比，本专利技术对流道进行了横向和纵向两个层面的结构设计。在流道入口处，气体经过弧形缺口设计在横向上强化了气体的横向对流传递，使得催化层内氧气的分布更为充分；另外在纵向上在三角形下沉设计的作用下强化了气体向下层催化层的扩散传递效应，同时组合设计使得流道内的速度增大，有利于促进气体扩散和产物水的排出，从而有效提高了电池性能。
附图说明
[0021]通过以下附图的详细描述，清晰的反映出本专利技术的特征与效果:
[0022]图1为传统的直流道质子交换膜燃料电池结构示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例1双重强化的质子交换膜燃料电池结构示意图；
[0024]图3为本专利技术实施例2双重强化的质子交换膜燃料电池结构图；
[0025]图4为本专利技术实施例3双重强化的质子交换膜燃料电池结构图；
[0026]图5为本专利技术实施例4双重强化的质子交换膜燃料电池结构图；
[0027]图6为本专利技术实施例双重强化的质子交换膜燃料电池结构的流道速度分布图；
[0028]图7为传统的直流道质子交换膜燃料电池结构的流道速度分布图；
[0029]图8为本专利技术实施例4流道速度分布图；
[0030]图9为本专利技术实施例双重强化的质子交换膜燃料电池结构与传统的直流道质子交换膜燃料电池结构的极化曲线和功率密度图；
[0031]图10为本专利技术实施例双重强化的质子交换膜燃料电池结构俯视图；
[0032]图11为本专利技术实施例双重强化的质子交换膜燃料电池结构主视图。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术实例的目的、技术方案和优点表述的更加清楚，下面将结合本专利技术实例中的附图，对本专利技术实例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和相对设置、数值不限制本专利技术的范围。
[0034]以下实施例有助于本领域的技术人员深入了解，但不以任何形式限制本专利技术。必须指出的是，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本专利技术设计思路的前提下，做出的任何
变形和改进，都属于本专利技术的保护范围。
[0035]本部分将详细描述本专利技术的具体实施例，本专利技术之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本专利技术的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本专利技术保护范围的限制。
[0036]在本专利技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0037]在本专利技术的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
[0038]本专利技术的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属
技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本专利技术中的具体含义。
[0039]普通的直流道流场，流程距离短，同时直流道结构简单。但是，直流道流场在高电流密度时氧气容易出现供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双重强化对流的质子交换膜燃料电池流道，其特征在于：包括置于流场板上的电池流道，所述电池流道两侧设有若干个弧形缺口单元阵列，每个弧形缺口单元的一侧为斜面，两侧相邻的两个弧形缺口单元通过斜面形成通道；在流道入口处，气体经过弧形缺口在横向上强化对流传递，同时在纵向的斜面通道强化向下层催化层的传递效应，使得催化层内氧气的分布更为充分。2.根据权利要求1所述的双重强化对流的质子交换膜燃料电池流道，其特征在于：电池流道两侧的弧形缺口单元错位分布排列。3.根据权利要求2所述的双重强化对流的质子交换膜燃料电池流道，其特征在于：所述弧形缺口单元的弧形缺口为椭圆弧形缺口。4.根据权利要求3所述的双重强化对流的质子交换膜燃料电池流道，其特征在于：椭圆弧半长轴长度为0.1～0.5mm，短轴半长度为0.1～0.6mm。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁伟，赵永豪，何洁雯，柯育智，林惠铖，李锦广，刘庆森，梁浩伟，李晋宇，
申请(专利权)人：广东氢机智创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：