一种燃料电池空气极板制造技术

本实用新型专利技术公开了一种燃料电池空气极板，在所述空气极板的一面刻有空气流道，所述空气主进气孔位于空气极板进气端的中间部位，空气主出气孔位于空气极板出气端的中间部位，氢气主进气孔和冷却水主进水孔分别位于空气主进气孔的两侧，氢气主出气孔和冷却水主出水孔分别位于空气主出气孔的两侧，其中氢气主进气孔和氢气主出气孔，冷却主水进水孔和冷却水主出水孔两两呈对角分布。本实用新型专利技术的这种结构形式，保证气体流通顺畅，增强气体对流和扩散能力，能够保证进入流道的气体重新分配而达到平衡，提高了燃料电池电流密度，克服了由于燃料电池中气体分配不均匀而导致电性能下降的问题。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种燃料电池。技术背景在国民经济保持持续高速增长的同时，燃料电池作为一种清洁 环保、高效节能、可靠性高的能源，势必逐渐取代传统能源成为新能 源的主力军，因此大力推广使用燃料电池等可再生能源、新能源的任 务非常紧迫，也使其具备了广阔的市场前景。不同种类的燃料电池，基本的反应原理都是一样的，其最主要的 差异在于其所使用之反应燃料及电解质的不同。目前所使用的燃料电 池约有五种即固态氧化物电池、熔融碳酸盐电池、碱性燃料电池、 磷酸燃料电池、质子交换膜燃料电池。在各种燃料电池中，以质子交换膜燃料电池(PEMFC)的操作溫度最低，大约在8(TC左右，而且使 用了质子交换膜(高分子固态薄膜)来取代一般燃料电池中的液态腐 蚀性电解质，所以不会有腐蚀性液体溢出的危险性。PEMFC燃料电池是一种不断添加燃料的化学电池，只要外界源 源不断地提供燃料(氢气)，就可以连续向外界供电。燃料电池具有 效率高、体积功率能量密度高、启动快速、工作温度低(大約在80 。C左右)、无污染等优点。同时由于其使用寿命长、设计简单、单位 面积电流密度大及体积小等特点，使其制作更容易实现微小化及模组 化。这样，燃料电池的应用也更加广泛，不仅适用于太空能源、生命维持系、潜水艇动力、汽车、通信用备用电源，也适用于便携式动力及3G家电产品等的动力来源装置。PEMFC燃料电池的工作原理是氢气由电池的阳级进入，氧气 (或空气)由电池的阴极进入。在质子交换膜上阳极催化剂的作用下， 使得阳极的氢气分解为两个氢离子和两个电子，其中氢离子被氧吸引 到薄膜的另一边，电子则由外电路形成电流后到达阴极。在阴极催化 剂作用下，氢离子、氧及电子发生反应生成水。 阳极反应 2H2—41^+4^阴极反应 4H^+4e402—2H20PEMFC燃料电池空气极板和氢气极板是燃料电池的核心部件之 一，极板的功能在于收集电流并将其从一个电池的阳极传导到下一个 电池的阴极，同时在阳极表面均勻地分配燃料气体，在阴极的表面均 匀分配氧气(或空气)。此处，极板还需具有冷却流体通过电堆的通 道。因此，在设计极板时，除了选择性能优良的极板材料外，极板流 场的结构设计对整个电池性能起着关键性的作用。设计时应保证各处 充分获得反应气体，增强气体对流与扩散能力，避免电化学反应迟缓; 控制极板沟槽面积与总面积之比，即极板沟槽面积过大会造成电极与 极板之间的接触电阻过大，沟槽面积过小又会降低触媒利用率；保证 反应气体通过流场的压力降适中，压力降太大会造成过高的压力损 失，压力降太小则不利于反应气体在电池间的分配；各路气体及冷却 水之间利用密封槽完全隔离开来，密封槽设计应与密封垫压紧体积吻 合，既保证气体密封性又不损坏极板。现有燃料电池极板在反应中很容易产生反应过程中气体流通不顺畅、气体分配不均匀、积水、产生反应死区而导性电池性能下降等问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本技术的目的提供一种燃料电池 空气极板，通过对该电池空气极板结构的改进，能够使气体保持均衡， 提高燃料电池电流密度，克服了由于燃料电池中气体分配不均匀而导 致电性能下降的问题。本技术所采取的技术方案是 一种燃料电池空气极板，在所 述空气极板的一面刻有空气流道，在所述空气流道的进气端刻有空气 主进气孔、氢气主进气孔、冷却水主进水孔，在空气流道的出气端刻 有空气主出气孔、氢气主出气孔和冷却水主出水孔，所述空气主进气 孔位于空气极板进气端的中间部位，空气主出气孔位于空气极板出气 端的中间部位，氢气主进气孔和冷却水主进水孔分别位于空气主进气 孔的两侧，氢气主出气孔和冷却水主出水孔分别位于空气主出气孔的 两侧，其中氢气主进气孔和氢气主出气？L，冷却主水进水孔和冷却水 主出水孔两两呈对角分布。所述的燃料电池空气极板，在所述空气流道的进气端和出气端之 间为岛屿型流道区域，所述岛屿型流道区域内分布有多排月牙型岛 屿，所述每个月牙型岛屿的凹面与空气流入向相对。所述的燃料电池空气极板，在所述岛屿型流道区域内的上下两端 分设有空气次流道进口和空气次流道出口，所述空气次流道进口和空 气次流到出口分别为狭长通孔，穿透所述空气极板两面。所述的燃料电池空气极板，所述岛屿型流道区域被分成2-4条 独立的通道，所述空气次流道进口进入的空气分流进入各个通道后， 再从各个通道汇集进入到空气次流道出口 。所述的燃料电池空气极板，所述岛屿型流道被分成3条独立的通 道，在各个独立的流道和空气次流道进口和空气次流道出口之间分别 设有加强导流凸条。所述的燃料电池空气极板，所述岛屿型流道区域内分布的每排 岛屿是相互交错排列的。所述的燃料电池空气极板，所述岛屿型流道区域内分布的每个岛 屿轮廓周边为圆弧形，岛屿与流道底部也是圆弧连接。所述的燃料电池空气极板，所述空气极板的另一面刻有直线型冷 却水流道。所述的燃料电池空气极板，其特征在于在所述空气极板的两面 分别刻有密封槽，密封槽与密封垫密封配合保证空气、氢气和冷却水 流道完全隔离开来。本技术的燃料电池空气极板，在设计上具有三大主流道，三 大主流道的进口设在空气极板的进气端，出口设计在三个主流道的出 气端，中间经过流通区域，其中空气主进入气孔分别设置在每端的中 间，而氢气主进出气孔、冷却水主进出水孔两两呈对角分布。这种结 构形式，保证气体流通顺畅。此外，在流通区域的多岛屿流道的互相 串通方式，增强气体对流和扩散能力，能够保证进入流道的气体重新 分配而达到平衡，多岛屿流道在气体的重新分配过程中产生的压力差，增大了岛屿上扩散层中氧气质量分数，提高了燃料电池电流密度，克服了由于燃料电池中气体分配不均匀而导致电性能下降的问题。附图说明图1为本技术的空气面结构示意图； 图2为本技术的冷却水面结构示意图; 图3为月牙型岛屿放大图； 图4为图3的A-A剖视图。具体实施方式下面通过具体实施例对本技术作进一步详细描述。 如图1、2所示，本技术的燃料电池空气极板，空气极板的 正反两面都刻有流道，其中一面刻有多岛屿结构的空气流道(如图l)， 另一面刻有直线型冷却水流道(如图2)。在空气极板的两面分别刻 有密封槽13，密封槽13与密封垫密封配合保证空气、氢气和冷却水 流道完全隔离开来。如图1所示，在空气流道的进气端刻有空气主进气孔1、氢气主 进气孔2、冷却水主进水孔3，空气主进气孔1位于空气极板进气端 的中间部位，氢气主进气孔2和冷却水主进水孔3分别位于空气主进 气孔1的两侧，在空气流道的出气端刻有空气主出气孔5、氢气主出 气孔6和冷却水主出水孔7，空气主出气孔5位于空气极板出气端的 中间部位，氢气主出气孔6和冷却水主出水孔7分别位于空气主出气 孔5的两侧，其中氢气主进气孔2和氢气主出气孔6，冷却水主进水 孔3和冷却水主出水孔7两两呈对角分布。在空气流道的进气端和出气端之间为岛屿型流道区域，所述岛屿型流道区域内分布有多排月牙型岛屿8,岛屿形状如图3、 4所示，每排岛屿是相互交错排列的， 每个岛屿轮廓周边为圆弧形，岛屿与流道底部也是圆弧连接，每个月 牙型岛屿8的凹面与空气流入向相对。在岛屿型流道区域内的上下两端分设有空气次流道进口 9和空 气次流道出口 10，空气次流道进口 9和空气次流道出口 IO分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池空气极板，在所述空气极板的一面刻有空气流道，其特征在于：在所述空气流道的进气端刻有空气主进气孔、氢气主进气孔、冷却水主进水孔，在空气流道的出气端刻有空气主出气孔、氢气主出气孔和冷却水主出水孔，所述空气主进气孔位于空气极板进气端的中间部位，空气主出气孔位于空气极板出气端的中间部位，氢气主进气孔和冷却水主进水孔分别位于空气主进气孔的两侧，氢气主出气孔和冷却水主出水孔分别位于空气主出气孔的两侧，其中氢气主进气孔和氢气主出气孔，冷却主水进水孔和冷却水主出水孔两两呈对角分布。

【技术特征摘要】
1、一种燃料电池空气极板，在所述空气极板的一面刻有空气流道，其特征在于在所述空气流道的进气端刻有空气主进气孔、氢气主进气孔、冷却水主进水孔，在空气流道的出气端刻有空气主出气孔、氢气主出气孔和冷却水主出水孔，所述空气主进气孔位于空气极板进气端的中间部位，空气主出气孔位于空气极板出气端的中间部位，氢气主进气孔和冷却水主进水孔分别位于空气主进气孔的两侧，氢气主出气孔和冷却水主出水孔分别位于空气主出气孔的两侧，其中氢气主进气孔和氢气主出气孔，冷却主水进水孔和冷却水主出水孔两两呈对角分布。2、 根据权利要求1所述的燃料电池空气极板，其特征在于在 所述空气流道的进气端和出气端之间为岛屿型流道区域，所述岛屿型 流道区域内分布有多排月牙型岛屿，所述每个月牙型岛屿的凹面与空 气流入向相对。3、 根据权利要求2所述的燃料电池空气极板，其特征在于在 所述岛屿型流道区域内的上下两端分设有空气次流道进口和空气次 流道出口 ，所述空气次流道进口和空气次流到出口分别为狭长通孔， 穿透所述空...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮惠琴，
申请(专利权)人：武汉银泰科技燃料电池有限公司，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]