CN102013500A - 一种质子交换膜燃料电池用气体流场 - Google Patents

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戚朋
单金环
孙昕
侯中军
明平文
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Abstract

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池用气体流场，包括平行沟槽流场段、分配流场段、反应气入口和反应气出口，中间为平行沟槽流场段，两端为分配流场段，两端的分配流场段与中间平行沟槽流场段相连通，反应气入、出口分别与两端的分配流场段连通，分配流场段的底平面上设有均匀分布的椭圆形分配头，椭圆形分配头是在底平面上凸起的椭圆形圆柱。与现有技术相比，本发明的优点在于：反应气体经过设有椭圆形分配头的分配流场段时，气体在分配头部位易于形成湍流，气体进行再分配，能够使气体均匀地分布到电极的表面，改善反应气体的传质；提高燃料电池输出性能；同时改进电池出口生成水的分布，降低了电池出口被水淹的问题，提高电池运行的稳定性。

Description

一种质子交换膜燃料电池用气体流场
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池用气体流场。
背景技术
质子交换膜型燃料电池(PEMFC)以全氟磺酸型固体聚合物为电解质，铂/碳为电催化剂，氢或净化重整气为燃料，空气或纯氧为氧化剂，带有气体流动通道的石墨或表面改性的金属板为双极板。
双极板上的流场起着气体分配的作用，引导反应气流动方向，确保反应气体均匀性地分配到电极各个地方，参与电化学反应。现有技术的流场主要有平行沟槽、网状、蛇形等流场。各种流场都有各自的优缺点，如网状流场结构简单，气体分布均匀，但阻力降加大，同时一般采用金属材质，存在较大的腐蚀问题；平行沟槽流场是目前使用最多的气体流场，结构简单，容易加工，且阻力降小，但气体分配存在问题，特别是高电密下，气体分配严重不均，影响电池反应过程中的气体传质和生成水的排除。蛇形流场由于流场较长，存在反应气阻力较大问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种气体分配均匀性、排水能力较好的质子交换膜燃料电池气体流畅。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池用气体流场，包括平行沟槽流场段、分配流场段、反应气入口和反应气出口，中间为平行沟槽流场段，两端为分配流场段，两端的分配流场段与中间平行沟槽流场段相连通，反应气入、出口分别与两端的分配流场段连通，其特征在于所述分配流场段的底平面上设有均匀分布的椭圆形分配头，相邻的椭圆形分配头之间间距0.3-0.9mm；所述椭圆形分配头是在分配流场段的底平面上凸起的椭圆形圆柱，椭圆形圆柱高度与中间流场高度一致，椭圆形圆柱的长度为2-5mm，椭圆形圆柱的宽度为0.5-1.2mm。
本发明所述一种质子交换膜燃料电池用气体流场，其特征在于所述两端的设有椭圆形分配头的分配流场段的面积总和为气体流场总面积的5-15％，两端的设有椭圆形分配头的分配流场段的面积相同。
本发明所述一种质子交换膜燃料电池用气体流场，其特征在于所述两端设有椭圆形分配头的分配流场段的长度为15-30mm，中间平行沟槽流场段的长度为300-350mm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)反应气体经过设有椭圆形分配头的分配流场段时，气体在分配头部位易于形成湍流，气体进行再分配，能够使气体均匀地分布到电极的表面，改善反应气体的传质；
2)提高燃料电池输出性能；同时改进电池出口生成水的分布，降低了电池出口被水淹的问题，提高电池运行的稳定性。
附图说明
本发明共有3张附图，其中：
图1是带椭圆形分配头的流场结构示意图，
图2是带椭圆形分配头的流场局部结构示意图，
图3是采用本发明的带椭圆形分配头的流场组装的电堆与普通平行沟槽流场组装的电堆性能曲线。
附图中，1、反应气出口端带椭网形分配头的分配流场段，2、中间平行沟槽流场段，3、反应气入口端带椭圆形分配头的分配流场段。
图3中，带圆点的曲线是平行沟槽流场的电池性能，带菱形点的曲线是本发明的带椭圆形分配头流场的电池性能。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1所示的流场，入口端的设有椭圆形分配头的分配流场段3长度为25mm，出口端的设有椭圆形分配头的分配流场段1长度为25mm，平行沟槽流场段长度为300mm，流场沟槽底部采用半圆形结构。流场材料可以为纯石墨材料、膨胀石墨才材料或导电金属材料，流场加工方式可以为雕刻加工，也可为冲压或模压加工。椭圆形分配头长度为5mm，宽度；氢侧为0.8mm，氧侧为0.6mm，椭圆形分配头之间间距：氢侧为0.6mm，氧侧为0.8mm，分配头高度与中间流场高度一致。
采用本发明发技术加工的流场组装一台120节燃料电池电堆，经测试，电堆性能良好，800mA/cm2电堆平均性能达到0.66V，明显高于常规流场电堆性能如图3所示。采用本发明流场电堆性能明显好于常规平行沟槽流场电堆，尤其是在高电密条件下，电堆性能提升尤为明显。

Claims (3)

1.一种质子交换膜燃料电池用气体流场，包括平行沟槽流场段、分配流场段、反应气入口和反应气出口，中间为平行沟槽流场段，两端为分配流场段，两端的分配流场段与中间平行沟槽流场段相连通，反应气入、出口分别与两端的分配流场段连通，其特征在于所述分配流场段的底平面上设有均匀分布的椭圆形分配头，相邻的椭圆形分配头之间间距0.3-0.9mm；所述椭圆形分配头是在分配流场段的底平面上凸起的椭圆形圆柱，椭圆形圆柱高度与中间流场高度一致，椭圆形圆柱的长度为2-5mm，椭圆形圆柱的宽度为0.5-1.2mm。
2.根据权利要求1所述一种质子交换膜燃料电池用气体流场，其特征在于所述两端的设有椭圆形分配头的分配流场段的面积总和为气体流场总面积的5-15％，两端的设有椭圆形分配头的分配流场段的面积相同。
3.根据权利要求2所述一种质子交换膜燃料电池用气体流场，其特征在于所述两端设有椭圆形分配头的分配流场段的长度为15-30mm，中间平行沟槽流场段的长度为300-350mm。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

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