风冷燃料电池阴极板及风冷燃料电池制造技术

本发明专利技术公开一种风冷燃料电池阴极板，涉及燃料电池技术领域，可以包括：阴极板本体，所述阴极板本体上设置有供空气流通的阴极板流道；所述阴极板流道的横截面面积沿所述阴极板流道内空气流动方向发生改变。本发明专利技术还公开一种包括上述风冷燃料电池阴极板的风冷燃料电池。本发明专利技术能够在不增加材料成本和工艺成本的前提下，实现提高燃料电池的性能。实现提高燃料电池的性能。实现提高燃料电池的性能。

【技术实现步骤摘要】
风冷燃料电池阴极板及风冷燃料电池


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别是涉及一种风冷燃料电池阴极板及风冷燃料电池。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种兼具环境友好、工作高效、使用寿命长等特点的发电装置。以质子交换膜燃料电池(PEMFC，proton exchange membrane fuel cell)为例，燃料气体(氢气)从电池的阳极侧进入电池内部，氢原子在阳极失去电子后变成质子，质子穿过电池内部的质子交换膜到达电池阴极，同时电子经由外部回路也到达电池的阴极，在电池的阴极侧，质子、电子与氧气结合生成水。
[0003]而风冷燃料电池是一种将燃料与氧化剂中的化学能通过催化反应直接转化为电能的发电装置，热管理采用高性能风扇作为散热器。目前，如何提升风冷燃料电池电堆的单堆额定功率是整个行业技术难点。基于空冷燃料电池的热管理边界等条件限制，现国内市场主流的风冷燃料电池电堆的额定功率在5kW以下，以致于空冷燃料电池系统的成本会相对较高，在现有工程技术及材料技术的背景下，每千瓦的系统成本一直居高不下。
[0004]目前，常规风冷燃料电池的阴极板流道通常为直流道，阴极反应气与冷却气均通过风扇提供，反应气通过阴极气体扩散层进入催化层进行反应，而产生的热量需反向通过气体扩散层不断被空气吸收，沿着气体流动方向膜电极中的温度不断升高，高温容易导致质子交换膜干燥，进而使得燃料电池性能迅速衰减。为了保证电堆运行在合适的温度，需要提供过量的空气进行冷却，而由于空气比热容低，需要非常高的过量系数。
专利技术内容
[0005]本专利技术的目的是提供一种风冷燃料电池阴极板及风冷燃料电池，以解决上述现有技术存在的问题，能够在不增加材料成本和工艺成本的前提下，实现提高燃料电池的性能。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术提供一种风冷燃料电池阴极板，包括阴极板本体，所述阴极板本体上设置有供空气流通的阴极板流道；所述阴极板流道的横截面面积沿所述阴极板流道内空气流动方向发生改变。
[0008]优选的，所述阴极板流道为文丘里流道，所述文丘里流道包括沿空气流动方向依次设置的入口段、收缩段、喉段、扩散段和直口段；其中，所述入口段、所述喉段以及所述直口段均为横截面面积沿所述空气流动方向相同的直线段，所述收缩段的横截面面积沿所述空气流动方向逐渐减小，所述扩散段末端的横截面面积大于所述扩散段前端的横截面面积。
[0009]优选的，所述入口段的长度为L1，L1≤5a1，其中，a1为所述入口段的宽度。
[0010]优选的，所述收缩段的收缩角为λ1，λ1≤21
°
。
[0011]优选的，所述喉段的长度为L2，L2≤3a2，其中，a2为所述喉段的宽度。
[0012]优选的，所述扩散段为直线段，所述扩散段的扩张角为β，β≤7
°
；
[0013]或者，所述扩散段为曲线段，其中，所述曲线段为中凸或中凹的曲线段，且所述曲线段符合以下条件：
[0014][0015]式中：ζ为局部损失系数，λ为沿程阻力系数，θ为扩张角，K为与扩张角的系数，A2/A1为扩张的面积比。
[0016]优选的，所述直口段的长度为L3，L3≤10a3，其中，a3为所述直口段的宽度。
[0017]优选的，所述阴极板本体上并排设置有多个阴极板流道，每个所述阴极板流道均为左右对称设置的阴极板流道。
[0018]优选的，所述阴极板本体为石墨阴极板或金属阴极板，所述石墨阴极板为采用数控铣加工或模压成型而成的石墨阴极板，所述金属阴极板能够与金属阳极板激光焊接形成金属双极板。
[0019]本专利技术还提供一种风冷燃料电池，包括上述的风冷燃料电池阴极板。
[0020]本专利技术相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
[0021]1、本专利技术阴极板本体与常规的直流道阴极板具有相同的制成工艺，不增加成本，通过改变阴极板流道的横截面面积，改善了热交换效率，提升了额定功率点，从而实现更高的经济效益。
[0022]2、本专利技术可以降低散热器的功率，使整个燃料电池系统的寄生功率下降，提高燃料电池系统的效率。
[0023]3、本专利技术增加阴极侧气体压强，增加氧气在气体扩散层中的扩散量，提高燃料电池反应效率。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术实施例中单电池集成图；
[0026]图2为本专利技术实施例中风冷燃料电池阴极板的侧视图；
[0027]图3为本专利技术实施例中风冷燃料电池阴极板的流到分布示意图；
[0028]图4为本专利技术实施例中文丘里流到详解图；
[0029]图5为本专利技术实施例中直线扩散段的示意图；
[0030]图6为本专利技术实施例中中凸扩散段的示意图；
[0031]图7为本专利技术实施例中中凹扩散段的示意图；
[0032]其中，100为风冷燃料电池阴极板，101为阴极板本体，102为文丘里流道，1021为入口段，1022为收缩段，1023为喉段，1024为扩散段，1025为直口段，103为流道脊，104为阳极岐管孔，200为质子交换膜，300为阴极扩散层，400为阳极扩散层。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]本专利技术的目的是提供一种风冷燃料电池阴极板及风冷燃料电池，以解决上述现有技术存在的问题，能够在不增加材料成本和工艺成本的前提下，实现提高燃料电池的性能。
[0035]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0036]实施例一
[0037]如图1
‑
图7所示，本实施例提供一种风冷燃料电池阴极板100，包括阴极板本体101，所述阴极板本体101上设置有供空气流通的阴极板流道；所述阴极板流道的横截面面积沿所述阴极板流道内空气流动方向发生改变。
[0038]本实施例阴极板本体101与常规的直流道阴极板具有相同的制成工艺，不增加成本，通过改变阴极板流道的横截面面积，改善了热交换效率，提升了额定功率点，从而实现更高的经济效益。
[0039]在本实施例中，所述阴极板流道优选为文丘里流道102，或者选择渐缩或渐扩等形式的横截面面积发生改变的流道；其中，文丘里流道102为根据文丘里效应制成的流道，文丘里效应也称文氏效应，此现象以其发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风冷燃料电池阴极板，包括阴极板本体，所述阴极板本体上设置有供空气流通的阴极板流道；其特征在于：所述阴极板流道的横截面面积沿所述阴极板流道内空气流动方向发生改变。2.根据权利要求1所述的风冷燃料电池阴极板，其特征在于：所述阴极板流道为文丘里流道，所述文丘里流道包括沿空气流动方向依次设置的入口段、收缩段、喉段、扩散段和直口段；其中，所述入口段、所述喉段以及所述直口段均为横截面面积沿所述空气流动方向相同的直线段，所述收缩段的横截面面积沿所述空气流动方向逐渐减小，所述扩散段末端的横截面面积大于所述扩散段前端的横截面面积。3.根据权利要求2所述的风冷燃料电池阴极板，其特征在于：所述入口段的长度为L1，L1≤5a1，其中，a1为所述入口段的宽度。4.根据权利要求2所述的风冷燃料电池阴极板，其特征在于：所述收缩段的收缩角为λ1，λ1≤21
°
。5.根据权利要求2所述的风冷燃料电池阴极板，其特征在于：所述喉段的长度为L2，L2≤3a2，其中，a2为所述喉段的宽度。6.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：上海济美动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：