CN111540923A - 燃料电池流场结构、阴极板、燃料电池双极板、燃料电池 - Google Patents

燃料电池流场结构、阴极板、燃料电池双极板、燃料电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池流场结构、阴极板、燃料电池双极板、燃料电池；属于新能源技术领域；其技术要点：包括：阴极板半水滴形凸起阵列、阴极板半水滴形凹陷阵列；所述阴极板半水滴形凸起阵列包括：若干个阴极板半水滴形凸起，且阴极板半水滴形凸起呈三角形排列；所述阴极板半水滴形凹陷阵列包括：若干个阴极板半水滴形凹陷，且阴极板半水滴形凹陷呈三角形排列；所述阴极板半水滴形凸起阵列与所述阴极板半水滴形凸起阵列交错布置。本发明旨在提供一种燃料电池流场结构、阴极板、燃料电池双极板、燃料电池，提高燃料电池的稳定性。

Description

燃料电池流场结构、阴极板、燃料电池双极板、燃料电池
技术领域
本发明涉及新能源汽车燃料电池这一技术领域，具体涉及一种燃料电池流场结构、阴极板、燃料电池双极板、燃料电池。
背景技术
燃料电池是通过氢气和空气发生化学反应生成电能的装置，其是新能源汽车的核心部件，其性能直接关系到新能源汽车的行驶里程、加速性能等核心性能。
双极板(Bipolar Plate，BP)(又称为：流场板)，是质子交换膜燃料电池的核心组件之一，是电堆中的“骨架”，其与膜电极层叠装配成电堆，在燃料电池中起到支撑、收集电流、为冷却液提供通道、分隔氧化剂和还原剂等作用。
据https://www.autosaceplus.com/xingyejujiao/jujiaoqingnen/2018/0416/289.html介绍，BP 的材料包括：石墨碳板、金属双极板、复合双极板。从功能上要求双极板材料是电与热的良导体、具有一定的强度以及气体致密性等；稳定性方面要求双极板在燃料电池酸性(pH＝2～3)、电位(E＝～1.1V)、湿热(气水两相流，～80℃)环境下具有耐腐蚀性且对燃料电池其他部件与材料的相容无污染性；产品化方面要求双极板材料要易于加工、成本低廉。
传统的典型燃料电池阴极板是布置蛇形流道，这种布置方式容易在流道中产生气体阻塞现象，从而降低燃料电池性能；即双极板的流道比较窄，氧气(空气)在加湿后进入流场后，其中的水气易结存在流场壁上，进而导致流场被堵塞，轻则造成燃料电池性能降低；重则造成电池温度过高而被烧坏(即自燃)。
表1
Figure RE-GDA0002516677630000011
总体而言，可总结为以下三种解决思路：一是采用涂层法；二是采用微型结构法；三是流道设计法。
对于涂层法而言，其技术研发的重点在于涂层(如何提升其疏水性)，然而，这一技术路线并不是特别理想。
对于微型结构法而言，微型结构在nm水平，制作工艺较难；并且相关机理尚待研究。
对于流道设计法而言，其很难改变水分粘结流道壁部的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种燃料电池流场结构。
本发明的另一目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种阴极板。
本发明的再一目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种燃料电池双极板。
本发明的再一目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种燃料电池。
本发明的技术方案如下：
一种燃料电池流场结构，包括：阴极板半水滴形凸起阵列、阴极板半水滴形凹陷阵列；
所述阴极板半水滴形凸起阵列包括：若干个阴极板半水滴形凸起，且阴极板半水滴形凸起呈三角形排列；
所述阴极板半水滴形凹陷阵列包括：若干个阴极板半水滴形凹陷，且阴极板半水滴形凹陷呈三角形排列；
所述阴极板半水滴形凸起阵列与所述阴极板半水滴形凸起阵列交错布置，即阴极板半水滴形凹陷的周边为阴极板半水滴形凸起，阴极板半水滴形凸起的周边为阴极板半水滴形凹陷；
所述阴极板半水滴形凸起包括：尾部与头部；
所述阴极板半水滴形凹陷包括：尾部与头部；
所述阴极板半水滴形凸起的尾部指向所述阴极板半水滴形凸起的头部的方向，与所述阴极板半水滴形凹陷的尾部指向所述阴极板半水滴形凹陷的头部的方向相反。
进一步，阴极板半水滴形凸起的结构如下：尾部与头部的交汇面为半圆面；
所述的尾部为半椭球体，沿着从尾部到头部的方向，尾部的截面积逐渐增大，直至交汇面达到最大；
沿着从尾部到头部的方向，头部的截面积逐渐减小。
进一步，阴极板半水滴形凹陷的结构如下：尾部与头部的交汇面为半圆面；
尾部为半椭球体，沿着从尾部到头部的方向，尾部的截面积逐渐增大，直至交汇面达到最大；
沿着从尾部到头部的方向，头部的截面积逐渐减小。
一种阴极板，在阴极板上设置有前述的燃料电池流场结构。
进一步，阴极板半水滴形凸起阵列中的每个阴极板半水滴形凸起大小均相同，相邻的三个阴极板半水滴形凸起的形心在阴极板面上的投影连接形成的三角形为等腰三角形；
极板半水滴形凹陷阵列中的每个阴极板半水滴形凹陷大小均相同，相邻的三个阴极板半水滴形凹陷的形心在阴极板面上的投影形成的三角形呈等腰三角形。
进一步，阴极板半水滴形凸起阵列中的每个阴极板半水滴形凸起大小均相同，相邻的三个阴极板半水滴形凸起的形心在阴极板面上的投影连接形成的三角形为等边三角形；
极板半水滴形凹陷阵列中的每个阴极板半水滴形凹陷大小均相同，相邻的三个阴极板半水滴形凹陷的形心在阴极板面上的投影形成的三角形呈等边三角形；
阴极板半水滴形凸起的形心在阴极板面上的投影连接成的等边三角形的边长与阴极板半水滴形凹陷的形心在阴极板面上的投影连接成的等边三角形的边长相同。
进一步，阴极板半水滴形凸起阵列中的同一列中的相邻2个阴极板半水滴形凸起之间设置有阴极板半水滴形凹陷，且阴极板半水滴形凸起阵列中的同一列中的相邻2个阴极板半水滴形凸起之间以及2个阴极板半水滴形凸起之间的阴极板半水滴形凹陷连续设置。
一种燃料电池双极板，包括阴极板和阳极板，阴极板采用前述的阴极板，阴极板为矩形金属板，包括：空气入口与空气出口；
在阴极板的空气入口一侧设置多个第一导流隔板；
在阴极板的空气出口一侧设置多个第二导流隔板；
空气入口所在的面指向空气出口所在的面的方向为X向；
所述阴极板半水滴形凸起阵列中的阴极板半水滴形凸起的尾部至头部的方向为X向；
所述阴极板半水滴形凹陷阵列中的阴极板半水滴形凹陷的的尾部至头部的方向与X向反向；
第一导流隔板的一部分设置成弧形，使得第一导流隔板的尾端与X向平行，进而，使得空气流向也呈X向。
一种新能源车辆燃料电池，包括前述的燃料电池双极板。
本申请的有益效果在于：
第一，克服了“流道”的技术偏见，在实施例一的设计中，摒弃了“流道”的技术偏见。而在以往的设计中，如CN 108417856 A，都是在不断的研究：如何改善流道(实质上是蛇形流道的不断改进)。
第二，本申请的基础构思是：提出了：流线型设计的阴极板半水滴形凸起的基本结构设计，基本的，由于阴极板半水滴形凸起具有优秀的流向型设计，空气中的水分会被吹散，不会堵塞。
但是，仅仅在在阴极板的面对氧气的一面设置由“阴极板半水滴形凸起”形成的流场(采用等三角形分布)，基于仿真实验，令人惊讶的是：效果极佳，燃料电池中的质子交换膜的水含量随着燃料电池反应的进行，逐渐降低且趋向于0。
也即，由于阴极板的流线型水滴结构，生成水被快速带走，导致膜含水量急速减少，确实避免了残留水分的问题。但是，与此同时，水分过低，这势必会导致较差的燃料电池性能 (进入燃料电池的空气加湿，就是避免质子交换膜的水含量过低，影响反应效率)。
这一结论，确实让人感到意外，“阴极板半水滴形凸起”形成的流场，其综合效果并不佳，虽然避免了水对流场的堵塞；同时，也产生了第二个新问题：燃料电池中的质子交换膜的水含量随着燃料电池反应的进行，逐渐降低且趋向于0。
面对上述问题，提出了：阴极板半水滴形凹陷的设计。
第三，通过对比例二的对比，发现：仅仅“阴极板半水滴形凸起+阴极板半水滴形凹陷”的设计，仍然不能达到较佳的效果。据此，“同时设置：阴极板半水滴形凸起、阴极板半水滴形凹陷”并且“阴极板半水滴形凸起阵列采用梅花形分布，阴极板半水滴形凹陷采用梅花形分布”上述整体的方案才能达到发明的效果。
也即，“同时设置：阴极板半水滴形凸起、阴极板半水滴形凹陷”并且“阴极板半水滴形凸起阵列采用三角形分布，阴极板半水滴形凹陷采用三角形分布”属于不可分割的特征，属于必要技术特征。
第四，阴极板半水滴形凸起阵列中的同一列中的相邻2个阴极板半水滴形凸起之间设置有阴极板半水滴形凹陷，且阴极板半水滴形凸起阵列中的同一列中的相邻2个阴极板半水滴形凸起之间以及2个阴极板半水滴形凸起之间的阴极板半水滴形凹陷连续设置，即沿着X向，空气沿着“凸起-凹陷-凸起-凹陷”这样前进。
第五，具体而言，阴极板半水滴形凸起、阴极板半水滴形凹陷的形状均类似：尾部的曲面为半椭球面；在阴极板的投影为半个椭圆，r1与r2为椭圆的两个半径。
头部的三维曲面为：尾部在在第一板面上的投影为半椭圆形，头部在第一板面上的投影是所述半椭圆形为基础，两侧均是曲率张量为T的曲率线，头部的三维曲面是曲率线绕曲率线的中轴线旋转而成。
附图说明
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
图1是实施例一的燃料电池阴极板的流场结构图。
图2a是实施例一的阴极板半水滴形凸起、阴极板半水滴形凹陷的三维设计示意图。
图2b是实施例一的交汇面的示意图。
图2c是实施例一的阴极板半水滴形凸起、阴极板半水滴形凹陷在阴极板的投影图。
图3是对比例一的流场结构图。
图4是对比例一的膜含水量-时间曲线图。
图5是对比例二的矩形分布与三角形分布对比图。
图6a是矩形分布与三角形分布下的膜含水量-时间曲线图。
图6b是矩形分布与三角形分布、传统结构的极化曲线对比图。
图7是实施例二的燃料电池阴极板的设计图。
图8是实施例二的另外一种形式的燃料电池阴极板的设计图。
图9a是距离阴极板高度0.211mm截面的流速图。
图9b是距离阴极板高度0.221mm截面的流速图。
图9c是距离阴极板高度0.231mm截面的流速图。
图10a是距离阴极板高度0.211mm截面的压力分布图。
图10b是距离阴极板高度0.221mm截面的压力分布图。
图10c是距离阴极板高度0.231mm截面的压力分布图。
图11a是距离阴极板高度0.211mm截面的空气流动图。
图11b是距离阴极板高度0.221mm截面的空气流动图。
图11c是距离阴极板高度0.231mm截面的空气流动图。
图1-11c中的附图标记说明如下：
阴极板1，阴极板水滴形凸起3，阴极板水滴形凹陷4，空气入口8，空气出口9；
尾部3-1，头部3-2，交汇面3-3；
第一导流隔板14。
具体实施方式
实施例一，一种燃料电池双极板，其包括：阴极板1、阳极板；
其中，阴极板1(采用矩形金属板)上设有空气入口8、空气出口9，所述空气入口8、空气出口9设置在阴极板1的角部，且空气入口8、空气出口9呈对角线设置；
其中，阴极板1的中部设置有流场结构；
所述流场结构包括：阴极板半水滴形凸起阵列、阴极板半水滴形凹陷阵列；
所述阴极板半水滴形凸起阵列包括：若干个阴极板半水滴形凸起，且阴极板半水滴形凸起呈梅花形布置；
所述阴极板半水滴形凹陷阵列包括：若干个阴极板半水滴形凹陷，且阴极板半水滴形凹陷呈梅花形布置；
所述阴极板半水滴形凸起阵列与所述阴极板半水滴形凸起阵列交错布置，即阴极板半水滴形凹陷的周边为阴极板半水滴形凸起，阴极板半水滴形凸起的周边为阴极板半水滴形凹陷。
矩形的阴极板1，空气入口8所在的面指向空气出口9所在的面的方向为X向；
所述阴极板半水滴形凸起阵列中的阴极板半水滴形凸起的尾部至头部的方向为X向；
所述阴极板半水滴形凹陷阵列中的阴极板半水滴形凹陷的的尾部至头部的方向与X向反向；
所述阴极板半水滴形凸起的三维形状是：尾部与头部，所述尾部3-1与所述头部3-2的交汇面3-3为半圆面；
所述的尾部为半椭球体(半椭球面)，沿着X向，其截面积逐渐增大，直至交汇面3-3；
所述头部3-2沿着X向，其截面积逐渐减小。
所述阴极板半水滴形凹陷的三维形状，与所述阴极板半水滴形凸起的三维形状相似，也包括：尾部与头部，所述尾部与所述头部的交汇面为半圆面；所述的尾部为半椭球体(半椭球面)，沿着X向，其截面积逐渐增大，直至交汇面；所述头部沿着X向，其截面积逐渐减小。
特别的，如附图1所示，阴极板半水滴形凸起阵列中的每个阴极板半水滴形凸起大小均相同，相邻的三个阴极板半水滴形凸起的形心在阴极板面上的投影连接形成的三角形为等边三角形(实质上，等边三角形并非最佳的布置方案，但是，其利用制造模具)。
极板半水滴形凹陷阵列中的每个阴极板半水滴形凹陷大小均相同，相邻的三个阴极板半水滴形凹陷的形心在阴极板面上的投影形成的三角形呈等边三角形；
阴极板半水滴形凸起的形心在阴极板面上的投影连接成的等边三角形，与阴极板半水滴形凹陷的形心在阴极板面上的投影连接成的等边三角形，边长相同。
阴极板半水滴形凸起阵列中的同一列中的相邻2个阴极板半水滴形凸起之间设置有阴极板半水滴形凹陷，且阴极板半水滴形凸起阵列中的同一列中的相邻2个阴极板半水滴形凸起之间以及2个阴极板半水滴形凸起之间的阴极板半水滴形凹陷连续设置。
实施例一的优点在于：
第一，克服了“流道”的技术偏见，在实施例一的设计中，摒弃了“流道”的技术偏见；以往的设计，如CN 108417856 A，都是在不断的研究：如何改善流道(实质上是蛇形流道的不断改进)。然而，在实施例一的设计中，摒弃了“流道”。
对比例一：发明人团队在起始研发时，提出了：流线型设计的阴极板半水滴形凸起的基本结构设计，基本的，由于阴极板半水滴形凸起具有优秀的流向型设计，空气中的水分会被吹散，不会堵塞。
如图3的设计，在阴极板的面对氧气的一面设置由“阴极板半水滴形凸起”形成的流场(采用等三角形分布)，基于仿真实验，令人惊讶的是：如图4所示：效果极佳，燃料电池中的质子交换膜的水含量随着燃料电池反应的进行，逐渐降低且趋向于0。
也即，由于阴极板的流线型水滴结构，生成水被快速带走，导致膜含水量急速减少，确实避免了残留水分的问题。但是，与此同时，水分过低，这势必会导致较差的燃料电池性能 (进入燃料电池的空气加湿，就是避免质子交换膜的水含量过低，影响反应效率)。
这一结论，确实让人感到意外，“阴极板半水滴形凸起”形成的流场，其综合效果并不佳，虽然避免了水对流场的堵塞；同时，也产生了第二个新问题：燃料电池中的质子交换膜的水含量随着燃料电池反应的进行，逐渐降低且趋向于0。
对比例二：对比例二的设计与实施例一的区别在于：对比例二的阴极板半水滴形凸起阵列、阴极板半水滴形凹陷阵列的形状均采用矩形排列，且阴极板半水滴形凸起阵列、阴极板半水滴形凹陷阵列依然相互分开。
如图5所示，对比矩形排列、梅花形分布(即三角形分布)：两者的阴极板半水滴形凸起、阴极板半水滴形凹陷的大小均不变化，矩形排列与三角形(梅花形)分布的列数相同(即凸起(凹陷)的列间距不变)。
具体而言，三角形分布的具体参数：阴极板半水滴凸起的是以水滴截面形状参数r1(尾部在阴极板的投影为椭圆形的一轴半径(实施例二较为特殊，尾部在阴极板的投影为圆形)) ＝0.5mm，T(头部在阴极板的投影曲线的曲率张量)＝3；水滴截面形状参数r2(交汇面的半圆形的半径)＝0.5mm，横向间距0.85mm，纵向间距1.15mm三角形排列形式均匀布满350x250mm的平面。
阴极板半水滴凹陷的形状：r1＝r2＝0.3mm，T＝3；横向间距0.85mm，纵向间距1.15mm；排列形式均匀布满350x250mm的平面。
其制作工艺是以两块水滴凸起交错排列，流向相反的模具对一块0.2mm厚的不锈钢板冲压而成的；得到的水滴凹凸结构弯折平顺，厚度均匀。
阴极板半水滴凸起、阴极板半水滴凹陷采用矩阵排列(阴极板半水滴凸起与阴极板半水滴凹陷的形状大小不变)：采用横向间距1.5mm，纵向间距2.87mm的矩形排列方式均匀布满 350x250mm的平面。
对比图4、图6a可知：加入阴极板半水滴形凹陷阵列，确实起到了一定的效果(对比例一与对比例二的矩阵排列对比)。
然而，从图6a可知，对于矩阵排列而言，虽然加入阴极板半水滴形凹陷阵列起到了一定的延缓作用，质子交换膜的含水量下降速度降低，但是，其问题与对比例一相同，质子交换膜的水分下降程度仍然过大。
从图6a可知，梅花形布置的效果，是合适的。
这一结论是令人惊讶的：阴极板半水滴形凹起、阴极板半水滴形凹陷的阵列形状，也是设计的核心要素之一，矩形排列的设计在实际中也不适用。
另外，还对比了矩形排列、三角形排列、以及传统的蛇形流道设计下的极化曲线，从图 6b可知：对于传统的蛇形流道结构(计算对比时，是在250mmx350mm的板上布满0.5mm宽， 0.5mm深的蛇形流道)，其水分容易粘结在流道的侧壁上，进而造成堵塞，从极化曲线可知，其燃料电池的效率不佳；与此相反，采用本申请的“矩形阵列”分布时，水分直接被吹走，质子交换膜中的水分含量较低，从极化曲线可知：该种方案的效率也较低。
与上述两种方案相比，三角形分布效果相对较好，既避免了水分粘结在流场中造成空气堵塞，也保证了质子交换膜中的含水量，采用该种方案的效率最佳。
实施例二：如图7-8所示，在阴极板的空气入口8一侧设置多个第一导流隔板14，图8 是在图7的基础上进行改进，第一导流隔板14的一部分设置成弧形，使得第一导流隔板14的尾端与X向平行，进而，使得空气流向也呈X向。
实施例二相比较于实施例一而言，更加符合空气动力学的设计。
针对实施例二的方案进行了计算机仿真试验，如图9-11所示：等边三角形分布时，距离阴极板不同的高度上，空气在流隙中流动均是比较均匀的，未发生湍流等现象。
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (9)

1.一种燃料电池流场结构，其特征在于，包括：阴极板半水滴形凸起阵列、阴极板半水滴形凹陷阵列；
所述阴极板半水滴形凸起阵列包括：若干个阴极板半水滴形凸起，且阴极板半水滴形凸起呈三角形排列；
所述阴极板半水滴形凹陷阵列包括：若干个阴极板半水滴形凹陷，且阴极板半水滴形凹陷呈三角形排列；
所述阴极板半水滴形凸起阵列与所述阴极板半水滴形凸起阵列交错布置，即阴极板半水滴形凹陷的周边为阴极板半水滴形凸起，阴极板半水滴形凸起的周边为阴极板半水滴形凹陷；
所述阴极板半水滴形凸起包括：尾部与头部；
所述阴极板半水滴形凹陷包括：尾部与头部；
所述阴极板半水滴形凸起的尾部指向所述阴极板半水滴形凸起的头部的方向，与所述阴极板半水滴形凹陷的尾部指向所述阴极板半水滴形凹陷的头部的方向相反。
2.如权利要求1所述的一种燃料电池流场结构，其特征在于，阴极板半水滴形凸起的结构如下：尾部与头部的交汇面为半圆面；
所述的尾部为半椭球体，沿着从尾部到头部的方向，尾部的截面积逐渐增大，直至交汇面达到最大；
沿着从尾部到头部的方向，头部的截面积逐渐减小。
3.如权利要求1所述的一种燃料电池流场结构，其特征在于，阴极板半水滴形凹陷的结构如下：尾部与头部的交汇面为半圆面；
尾部为半椭球体，沿着从尾部到头部的方向，尾部的截面积逐渐增大，直至交汇面达到最大；
沿着从尾部到头部的方向，头部的截面积逐渐减小。
4.一种阴极板，其特征在于，在阴极板上设置有如权利要求1或2或3所述的的燃料电池流场结构。
5.如权利要求4所述的一种阴极板，其特征在于，阴极板半水滴形凸起阵列中的每个阴极板半水滴形凸起大小均相同，相邻的三个阴极板半水滴形凸起的形心在阴极板面上的投影连接形成的三角形为等腰三角形；
极板半水滴形凹陷阵列中的每个阴极板半水滴形凹陷大小均相同，相邻的三个阴极板半水滴形凹陷的形心在阴极板面上的投影形成的三角形呈等腰三角形。
6.如权利要求5所述的一种阴极板，其特征在于，阴极板半水滴形凸起阵列中的每个阴极板半水滴形凸起大小均相同，相邻的三个阴极板半水滴形凸起的形心在阴极板面上的投影连接形成的三角形为等边三角形；
极板半水滴形凹陷阵列中的每个阴极板半水滴形凹陷大小均相同，相邻的三个阴极板半水滴形凹陷的形心在阴极板面上的投影形成的三角形呈等边三角形；
阴极板半水滴形凸起的形心在阴极板面上的投影连接成的等边三角形的边长与阴极板半水滴形凹陷的形心在阴极板面上的投影连接成的等边三角形的边长相同。
7.如权利要求5或6所述的一种阴极板，其特征在于，阴极板半水滴形凸起阵列中的同一列中的相邻2个阴极板半水滴形凸起之间设置有阴极板半水滴形凹陷，且阴极板半水滴形凸起阵列中的同一列中的相邻2个阴极板半水滴形凸起之间以及2个阴极板半水滴形凸起之间的阴极板半水滴形凹陷连续设置。
8.一种燃料电池双极板，包括阴极板和阳极板，其特征在于，阴极板采用如权利要求4或5或6或7的阴极板，阴极板为矩形金属板，包括：空气入口与空气出口；
在阴极板的空气入口一侧设置多个第一导流隔板；
在阴极板的空气出口一侧设置多个第二导流隔板；
空气入口所在的面指向空气出口所在的面的方向为X向；
所述阴极板半水滴形凸起阵列中的阴极板半水滴形凸起的尾部至头部的方向为X向；
所述阴极板半水滴形凹陷阵列中的阴极板半水滴形凹陷的的尾部至头部的方向与X向反向；
第一导流隔板的一部分设置成弧形，使得第一导流隔板的尾端与X向平行，进而，使得空气流向也呈X向。
9.一种新能源车辆燃料电池，其特征在于，包括如权利要求7所述的燃料电池双极板。
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CN115763874A (zh) * 2022-12-08 2023-03-07 南京航空航天大学 一种去除氢燃料电池液态水的流道结构

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115000448A (zh) * 2022-05-24 2022-09-02 中国科学院大连化学物理研究所 一种液滴状燃料电池流场结构
CN115763874A (zh) * 2022-12-08 2023-03-07 南京航空航天大学 一种去除氢燃料电池液态水的流道结构
CN115763874B (zh) * 2022-12-08 2023-06-27 南京航空航天大学 一种去除氢燃料电池液态水的流道结构

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