一种PEM燃料电池流道结构及燃料电池制造技术

本发明专利技术公开了一种PEM燃料电池流道结构及燃料电池，其包括：位于流场板上的流体区和岸区，所述岸区包括横向间隔设置的多根脊岸，所述流体区包括形成于相邻脊岸之间的流道，所述流道包括沿纵向宽窄交替设置的宽段和窄段，在相邻横向上的流道宽窄互补。利用最基本的流道结构进行纵向和横向的宽窄交替排列组合，能够在相邻流道内造成压力差异，从而使得脊岸下方区域两侧产生压差，进而制造出横向扰流效果，强制气体从流道下方向脊岸下方对流，更直接高效的促进反应气体在电池内部均匀分布，提高气体和催化剂利用率；纵向上的流道宽度突变会增大局部压降，有利于流道内部液态水的排出，增强流场的水管理能力。强流场的水管理能力。强流场的水管理能力。

【技术实现步骤摘要】
一种PEM燃料电池流道结构及燃料电池


[0001]本专利技术涉及质子交换膜燃料电池领域，特别涉及一种PEM燃料电池流道结构及燃料电池。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池具有能量转换效率高、环境友好、不产生噪音等优点，成为解决环境污染和能源枯竭问题的首选动力源。
[0003]质子交换膜燃料电池以氢气和氧气作为燃料，气体通过流场板上的流道传输到膜电极的各个区域，同时电池内部的水，也借助流道排出。因此，流道的结构形状将直接影响到电池内部的水气传输，从而影响电池稳定性和输出性能。同时，流道结构的复杂程度也将直接影响到加工成本和适用范围。
[0004]目前被广泛应用的流道结构主要是平面流道和3D流道；平面流道结构主要是直流道和波浪流道，可根据需求布置为直线型和蛇型等。
[0005]直流道加工简单，布置灵活，成本低。但流道下方气体浓度高，岸下方气体浓度低，分布不均匀，使得电池性能降低；且气体流径短，进出口压差小，液态水不易排出，对电池稳定性造成影响。
[0006]波浪流道压差大，但无法用于大面积电池，过大的压差会造成额外的功率负担；波浪流道是通过流道内气体速度的变化来影响岸下方气体的分配，效果有限；同时，由于结构更复杂，在流场上布置的灵活性会受到影响，加工成本也相对直流道更高。
[0007]3D流道同样存在适用范围小和加工成本高的问题。
[0008]如专利号为CN 202220452648.2公布了一种燃料电池流场板，在流道内设置扰流板，改变的是流道内部的宽窄，对流体区域下方气体传输有一定增益作用，但无法促进脊岸下方气体的流动和分配，同时扰流板背部会形成流动死区。
[0009]如专利号为CN 108963297 A公布了一种强化脊下对流的波浪形质子交换膜燃料电池流道，其作用机理是依靠波浪结构产生横向的速度分量，但结构复杂，限制条件较多，加工成本高，适用范围受限。
[0010]如专利号为CN 110429295 A公布了一种质子交换膜燃料电池的混合波浪形阴极流道，对气体传质的增益效果主要体现在增强垂直流道方向的对流，但不涉及流道对气体传质横向与纵向的增益效果。

技术实现思路

[0011]本专利技术目的在于提供一种PEM燃料电池流道结构及燃料电池，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
[0012]为解决上述技术问题所采用的技术方案：
[0013]首先本专利技术提供一种PEM燃料电池流道结构，其包括：位于流场板上的流体区和岸区，所述岸区包括横向间隔设置的多根脊岸，所述流体区包括形成于相邻脊岸之间的流道，
所述流道包括沿纵向宽窄交替设置的宽段和窄段，在相邻横向上的流道宽窄互补。
[0014]本PEM燃料电池流道结构的有益效果是：
[0015]本专利技术利用最基本的流道结构进行纵向和横向的宽窄交替排列组合，能够在相邻流道内造成压力差异，从而使得脊岸下方区域两侧产生压差，进而制造出横向扰流效果，强制气体从流道下方向脊岸下方对流，更直接高效的促进反应气体在电池内部均匀分布，提高气体和催化剂利用率；纵向上的流道宽度突变会增大局部压降，有利于流道内部液态水的排出，增强流场的水管理能力。
[0016]同时，由于本专利技术能灵活利用最简单的平面流道结构，因此在加工成本、灵活性和适用范围上都更具优势。
[0017]作为上述技术方案的进一步改进，单根所述流道为直流道结构。
[0018]本实施例中的流道可采用直流道结构，这样流体流动的阻力降低。
[0019]作为上述技术方案的另一种替代方案，单根所述流道为波浪流道结构。
[0020]波浪流道结构可覆盖的范围更加广。
[0021]作为上述技术方案的进一步改进，多根所述流道呈平行直线型布置。
[0022]作为上述技术方案的进一步改进，多根所述流道依次相连接呈蛇型布置。
[0023]取决于具体流场板尺寸和用途，本方案的流体区可以平行直线型布置，也可以蛇型布置，适用范围更加广。
[0024]作为上述技术方案的进一步改进，相邻两根流道通过弯曲的宽段相互连接。弯曲的宽段可降低流体流向转变时的阻力。
[0025]作为上述技术方案的进一步改进，所述窄段的宽度范围0
‑
1.0mm，所述宽段的宽度范围0
‑
2.0mm。
[0026]作为上述技术方案的进一步改进，所述相邻流道之间的脊岸宽度范围为0
‑
2.0mm。
[0027]作为上述技术方案的进一步改进，所述脊岸与流场板一体成型。
[0028]在生产加工时，脊岸可跟随流场板锻造成型，又或者在流场板上冲压成型。
[0029]此外本专利技术还提供一种燃料电池，其包括多片流场板、设置于相邻流场板之间的膜电极，所述流场板设置有上述的PEM燃料电池流道结构。
[0030]本专利技术的有益效果是：采用上述带有PEM燃料电池流道结构的流场板可使得电池的稳定性和输出性能得到提高。
附图说明
[0031]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明；
[0032]图1是本专利技术的宽窄交替互补流道直线布置示意图；
[0033]图2是本专利技术的宽窄交替互补流道蛇型布置示意图；
[0034]图3是本专利技术的宽窄交替互补流道实施例的模型；
[0035]图4是传统的直流道对比例的模型；
[0036]图5是实施例与对比例中流道与脊岸下方(扩散层与流场交界面)压力云图；
[0037]图6是实施例与对比例流道的前段压力云图与空气流动迹线组合图；
[0038]图7是实施例与对比例流道的中段压力云图与空气流动迹线组合图；
[0039]图8是实施例与对比例流道的末段压力云图与空气流动迹线组合图。
具体实施方式
[0040]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。
[0041]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。
[0042]在本专利技术的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其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。
[0043]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。
[0044]参照图1～图8，本专利技术的PEM燃料电池流道结构作出如下实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PEM燃料电池流道结构，其特征在于：其包括：位于流场板上的流体区和岸区，所述岸区包括横向间隔设置的多根脊岸(200)，所述流体区包括形成于相邻脊岸(200)之间的流道(100)，所述流道(100)包括沿纵向宽窄交替设置的宽段(110)和窄段(120)，在相邻横向上的流道(100)宽窄互补。2.根据权利要求1所述的一种PEM燃料电池流道结构，其特征在于：单根所述流道(100)为直流道结构。3.根据权利要求1所述的一种PEM燃料电池流道结构，其特征在于：单根所述流道(100)为波浪流道结构。4.根据权利要求1所述的一种PEM燃料电池流道结构，其特征在于：多根所述流道(100)呈平行直线型布置。5.根据权利要求1所述的一种PEM燃料电池流道结构，其特征在于：多根所述流道(100)依次相连接呈蛇型布置。6.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹志刚，姜攀星，陈小松，向蔚，潘牧，
申请(专利权)人：佛山仙湖实验室，
类型：发明
国别省市：