【技术实现步骤摘要】
本技术涉及质子交换膜燃料电池的，更具体的，涉及一种阴极板、双极板流场结构及质子交换膜燃料电池。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell，pemfc）是一种基于化学反应产生电能的设备，其具有工作温度低、功率密度高、低排放等优点，已日益成为汽车和备用电源应用中最有希望的候选电源。
2、对于质子交换膜燃料电池的导流槽的设计，现有设计通常是传统的平行流道、蛇形流道或者交指型流道，这种结构的流道通常压力损失大，流动能力差，因此需要通过改进流道结构等行为来促进水的管理、增强反应物更加均匀地向多孔气体扩散层和催化层的输送能力，从而增强反应气体的利用效率，同时优化流道的排水能力。因此亟需一种能够改善水管理和增强气体传输的流场设计来解决这些问题。
技术实现思路
1、本技术为提高氢气的利用率和传质效率，降低脊上液态水的含量，而提供一种阴极板、双极板流场结构及质子交换膜燃料电池。
2、为解决上述技术问题，本技术的技术方案如下：
3、根据本技术的第一个方面，本技术提供了一种阴极板，包括若干个平行设置在阴极板上的导流槽，相邻的导流槽之间设置有脊；
4、也就是说，脊为凸起结构，位于导流槽之间，垂直于板面，它们与导流槽形成网格状的结构，增强了阴极板与阳极板的刚性和支撑性；
5、所述脊的作用是提供结构支持，以防止板面的变形，并保持导流槽的形状和尺寸稳定；脊还可以提高导流槽的强度和刚度，以抵抗
6、所述导流槽内部设置有凸起或凹槽结构，其称为流道增强器，可以进一步改善气体流动的均匀性和湍流效应，提高传质效率；流道增强器可以减少气体流动的阻力，并增加流道表面积，促进气体与电极和质子交换膜之间的接触；
7、导流槽和脊的设计，可以实现双极板流场结构中气体的均匀流动和传质效率的提高；导流槽和脊的设计可以减小压降、增强湍流效应、改善气体与电极和质子交换膜之间的接触，并增加整个燃料电池系统的效率和可靠性；
8、所述导流槽的一端设有入口，另一端设有出口；
9、相邻导流槽中的一个导流槽的入口设置为节流口，另一个导流槽的出口设置为节流口；
10、节流口在质子交换膜燃料电池的流道中起到限制和调节气体流速的作用；通过调整节流口的大小和形状，可以控制氢气和氧气的流速，从而影响气体在流道中的流动速度和流量分布；节流口的主要目的是在流道中创建适当的压降，以维持足够的气体流动，并确保均匀分布在质子交换膜和电极之间；
11、节流口的通道尺寸和形状会直接影响气体的流速和压降，较小的节流口会引起较大的压降，从而增加气体的速度和流量分布的均匀性，但是，过小的节流口可能会造成过高的压降和流速限制；节流口可以采用不同的形状，如圆孔、方孔或其他特殊形状，形状的选择将取决于设计要求和所需的压降控制；节流口的位置也会对气体流动和分布产生重要影响，通过合理选择节流口的位置，可以达到预期的气体流速和流量分布；
12、本技术方案中的节流口的设计综合考虑了气体流速、电化学反应速率以及优化传质效率和燃料电池性能的需求，本技术方案中的节流口的设计可以帮助实现气体在质子交换膜燃料电池流场结构中的均匀分布和有效传质，以提高电池的性能和效率。
13、进一步，所述脊为凸起结构，所述脊采用金属脊、聚合物脊或陶瓷脊，脊的形状、高度和间距可以根据设计需求进行调整；较矮的脊可以提供更大的气体通道面积，促进气体的均匀传输，而较高的脊则可以增加双极板的结构强度。
14、进一步，所述节流口的通道截面积小于导流槽的通道截面积；燃料电池双极板工作时，氢气从阴极板的导流槽的入口流入，出口流出，质子交换膜和阴极板之间会产生液态水，并且聚集在脊上；由于在出口设置节流口的导流槽内的压力比在入口设置节流口的导流槽的压力高，在脊上会形成氢气的横流流量，减少脊上液态水含量，提高传质效率。
15、根据本技术的第二个方面，本技术提供了一种双极板流场结构，其包括阳极板、膜电极以及前述的阴极板；
16、所述膜电极位于阳极板和阴极板之间，起到分隔和提供气体传输通道的作用，所述膜电极包括两个气体交换层和两个催化剂层和一个质子交换膜，阴极板上的脊与质子交换膜之间留有间隙；
17、质子交换膜是一个多孔的薄膜，由碳纤维纸或石墨纸制成，并涂有润湿剂，它的多孔结构具有较大的比表面积和透气性，使氢气和氧气能够通过孔隙扩散到达反应区域；质子交换膜的作用是促进氢气和氧气的扩散传输，并均匀分布到质子交换膜的表面，它还能吸收和分布水分，以保持质子交换膜的湿润状态，有利于质子传导和反应效率；
18、极板和质子交换膜界面的传质是燃料电池中的一个关键过程，在极板和质子交换膜之间，氢气和氧气必须通过质子交换膜中的多孔结构进行传输，以达到电化学反应所需的反应区域；
19、所述催化剂层，通常是铂或其合金，如铂钴合金，这些催化剂能够促进氢气和氧气之间的电化学反应，从而产生水和电能；催化剂的涂层厚度通常很薄，以保持充分的反应表面积；
20、所述催化剂为铂催化剂，这种催化剂能够将氧气分子还原成负载质子的水分子，并产生电子；
21、所述铂催化剂以纳米颗粒的形式分散在阳极板和/或阴极板的表面，用于增加与气体的接触面积，以提供更多的活性位点；
22、所述阴极板上的脊与质子交换膜之间留有间隙，所述间隙用于确保气体的有效传输和分布，维持燃料电池的高效运行；
23、所述导流槽的作用是确保气体均匀分布到整个质子交换膜的表面，以实现更有效的气体传输，有助于降低气体流动的阻力，减少堵塞和流动不均匀性的风险；
24、具体的，质子交换膜燃料电池的双极板是燃料电池堆中的重要组件之一，它通常由两个双极板构成，分别为阴极板和阳极板；阴极板是负极电极，通常由碳纤维材料制成，具有良好的电导性和催化性能，阴极板上涂覆有铂催化剂，用于促进氧气与电子的反应；阳极板是正极电极，通常由钛合金或碳纤维材料制成，阳极板上也涂覆有铂催化剂，用于促进氢气与质子的反应；双极板在质子交换膜燃料电池中起到关键的作用，它们不仅需要具有良好的导电和催化性能，还需要具备耐腐蚀性、耐高温性和耐压性等特点，以确保燃料电池的高效运行和长寿命；
25、双极板的设计目的是为了提供足够的表面积和良好的导电性，以确保氧气和氢气与催化剂之间的充分接触，并在阴极和阳极之间引导产生的电子流；这种双极板的结构使得质子能够通过质子交换膜在阴极和阳极之间传递，从而实现氢气和氧气的电化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种阴极板，其特征在于：包括若干个平行设置在阴极板（3）上的导流槽（103），相邻的导流槽（103）之间设置有脊（102）；
2.根据权利要求1所述的阴极板，其特征在于，所述脊（102）为凸起结构，所述脊（102）采用金属脊、聚合物脊或陶瓷脊。
3.一种双极板流场结构，其特征在于：所述双极板流场结构包括阳极板（1）、膜电极（2）以及权利要求1-2任一所述的阴极板（3），所述膜电极（2）位于阳极板（1）和阴极板（3）之间。
4.根据权利要求3所述的双极板流场结构，其特征在于，所述膜电极（2）包括两个气体交换层和两个催化剂层和一个质子交换膜，阴极板（3）上的脊（102）与质子交换膜之间留有间隙。
5.根据权利要求3所述的双极板流场结构，其特征在于，所述阳极板（1）和/或阴极板（3）上涂覆有抗腐蚀涂层。
6.根据权利要求3所述的双极板流场结构，其特征在于，所述阳极板（1）采用碳材料、金属材料或导电聚合物复合材料，所述阴极板（3）采用碳材料、金属材料或导电聚合物复合材料。
7.根据权利要求3所述的双极板流场结构，
8.根据权利要求3所述的双极板流场结构，其特征在于，所述阳极板（1）和阴极板（3）上设置有导电图案。
9.一种质子交换膜燃料电池，其特征在于：所述质子交换膜燃料电池安装有权利要求3-8任一所述的双极板流场结构。
...【技术特征摘要】
1.一种阴极板，其特征在于：包括若干个平行设置在阴极板（3）上的导流槽（103），相邻的导流槽（103）之间设置有脊（102）；
2.根据权利要求1所述的阴极板，其特征在于，所述脊（102）为凸起结构，所述脊（102）采用金属脊、聚合物脊或陶瓷脊。
3.一种双极板流场结构，其特征在于：所述双极板流场结构包括阳极板（1）、膜电极（2）以及权利要求1-2任一所述的阴极板（3），所述膜电极（2）位于阳极板（1）和阴极板（3）之间。
4.根据权利要求3所述的双极板流场结构，其特征在于，所述膜电极（2）包括两个气体交换层和两个催化剂层和一个质子交换膜，阴极板（3）上的脊（102）与质子交换膜之间留有间隙。
5.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：张建明，姬广存，孙耀玮，韦依寒，赵小兰，房秋凤，顾友杰，
申请(专利权)人：英嘉动力科技无锡有限公司，
类型：新型
国别省市：
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