CN213278135U - 一种质子交换膜燃料电池流道 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种质子交换膜燃料电池流道，包括：气体扩散层、气体流道和若干个导流板；导流板安装于气体流道的转向处，用于减小气体在通过气体流道转向处时的气体压降；导流板垂直于底面的气体扩散层。该质子交换膜燃料电池流道，通过在气体流道中增加导流板，其有效地减小流道中的气体压降，克服了由于多蛇形流场的流道普遍较长且流道转角较多而导致流体的压降很高的缺点。

Description

一种质子交换膜燃料电池流道

技术领域

本实用新型涉及质子交换膜燃料电池技术领域，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池流道。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种以氢气和氧气作为燃料实现发电的装置。氢气和氧气分别从燃料电池的阳极和阴极通过气体流道进入气体扩散层，进而达到催化层进行电化学反应。

蛇形流道质子交换膜燃料电池作为一种新型的能源处理方式，以其工作温度低、无污染、无腐蚀、比功率大、启动迅速、等诸多优点，已经成为能源领域研究的热点。质子交换膜燃料电池包括集流板、流场板、气体扩散层、催化层和质子交换膜。集流板用来收集电子。流场板用于提供燃料和氧化剂的通道。气体扩散层是导电材料制成的多孔合成物，它一方面为气体从流道扩散到催化层提供通道，另一方面对燃料电池的催化层起支撑作用，气体扩散层孔隙率和孔径是其两个重要的参数。催化层的作用是使燃料和氧化剂发生电化学反应。质子交换膜是质子交换膜燃料电池中一个非常重要的组件，它兼有隔膜和电解质的作用。其隔膜作用就是阻止阴阳极之间气体相通，防止氢氧混合发生爆炸。其电解质的作用是仅使质子通过，而使电子传递受阻，这样电子就会通过外电路流动向外输出电能。当分别向阳极和阴极通入氢气和氧气时，反应气体经扩散层扩散，进入多孔阳极的氢原子被催化剂吸附并离化为氢离子和电子，氢离子经由质子交换膜转移到阴极，电子在电极内传递至负极集流板经外电路负载流向阴极，在阴极催化层上和氢离子、氧原子结合成水分子，生成的水通过电极随反应尾气排出。质子燃料电池的流道设计主要包括流场形式与流场结构，不同的流道设计会对气体分布均匀性、脊下对流强度以及排水性能产生影响，从而影响电池的输出性能、寿命和能耗等。气体分布均匀性与压力是流道设计的两个关键性指标，气体分布均匀性越高，电池的输出性能能越好；压降越小，电池能耗越低。不同的流场形式下，气体分布均匀性与压降差异较大。常见的流场形式包括平行流场、蛇形流畅、多蛇形流畅、网格形流场，以及它们的变形或组合形式。平行流场压降小，能耗低，但是气体分布均匀性一般较差，水、热分布不均匀，容易形成液泛，电池输出性能较低。蛇形流道为质子交换膜燃料电池的常见流场，蛇形流场的气体分布均匀性较好，电池输出性能高，由于所有流体都由同一条流道传输，气体流速较高，排水能力较强，但因为其流道一般较长，所以蛇形流道会使流体由进口到出口的压力损失大大增加，反应物的消耗会造成电流密度由流道进口到出口的分布不均，由此也会造成热量分布不均，致使其压降较大，会造成严重的压力损失。综合考虑蛇形流场与平行流场的优缺点，人们提出了多蛇形流场，多蛇形流场能够保持较高的气体分布均匀性，其压降要比蛇形流场低很多，但与平行流场相比较而言，多蛇形流场压降仍然较大。压降的质子交换膜燃料电池流道。由于多蛇形流场的流道普遍较长且流道转角较多，导致流体的压降很高，会造成严重的压力损失。

因此，亟需一种可以克服传统蛇形流道存在的不足，提供一种改善蛇形流道压降的质子交换膜燃料电池流道。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供了一种质子交换膜燃料电池流道，以可以克服传统蛇形流道存在的不足。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。

本实用新型提供了如下方案：

一种质子交换膜燃料电池流道，包括：气体扩散层、气体流道和若干个导流板；

所述的导流板安装于所述气体流道的转向处，用于减小气体在通过气体流道转向处时的气体压降；

所述导流板垂直于底面的气体扩散层。

优选地，若干个导流板平行地将气体流道分隔成间距相等的流道。

优选地，气体流道的数量为3，单流道弯数为4，弯曲弧度均为90°，流道深度为0.8mm，流道宽度为0.8mm，流道的肋板宽度为0.7mm，气体扩散层厚度：0.5mm。

优选地，导流板的个数为48，每个单流道弯安装有4个导流板作为一组导流板，导流板的弧度为90°，高度为0.8mm，厚度为0.01mm。

优选地，一组导流板中的4个导流板半径由外侧到内侧依次减小，分别为0.73mm、0.57mm、0.41mm、0.25mm。

优选地，一组导流板中的4个导流板平行地将气体流道分隔成间距为0.16mm的流道。

由上述本实用新型的实施例提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例的质子交换膜燃料电池流道，通过在气体流道中增加导流板，其有效地减小流道中的气体压降，克服了由于多蛇形流场的流道普遍较长且流道转角较多而导致流体的压降很高的缺点。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1为实施例的质子交换膜燃料电池流道立体示意图；

图2为采用现有技术的单蛇形流道和多蛇形导流道与本实施例的流道的应用对比曲线图。

附图标记说明：

1气体扩散层、2导流板、3气体流道

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且并不构成对本实用新型实施例的限定。

图1为本实施例提供的质子交换膜燃料电池流道立体示意图，参照图1，具体包括：气体扩散层1、气体流道3和若干个导流板2。导流板2安装于气体流道3的转向处，用于减小气体在通过气体流道转向处时的气体压降。导流板2垂直于底面的气体扩散层1。

具体地，本实施例中的气体流道3的数量为3，单流道弯数为4，弯曲弧度均为90°，流道深度为0.8mm，流道宽度为0.8mm，流道的肋板宽度为0.7mm，气体扩散层1的厚度：0.5mm。

7、导流板的个数为48，每个单流道弯安装有4个导流板作为一组导流板，导流板的弧度为90°，高度为0.8mm，厚度为0.01mm。一组导流板中的4个导流板半径由外侧到内侧依次减小，分别为0.73mm、0.57mm、0.41mm、0.25mm。

其中，若干个导流板2平行地将气体流道3分隔成间距相等的流道。本实施例中一组导流板中的4个导流板平行地将气体流道分隔成间距为0.16mm的流道。

图2为采用现有技术的单蛇形流道和多蛇形导流道与本实施例的流道的应用对比曲线图，参照图2，可以看出，多蛇形流道的阴极压降要小于单蛇形流道，而通过对比加装导流板前后的多蛇形流道入口到出口方向阴极压降，发现加装导流板后的多蛇形流道的阴极压降要小于没有加装导流板的多蛇形流道的阴极压降，较小的阴极压降会造成电流密度由流道进口到出口的分布更加均匀，由此也会造成热量分布更加均匀，进而优化了电池性能。

本领域技术人员应能理解上述的应用类型仅为举例，其他现有的或今后可能出现的应用类型如可适用于本实用新型实施例，也应包含在本实用新型保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种质子交换膜燃料电池流道，其特征在于，包括：气体扩散层、气体流道和若干个导流板；

所述的导流板安装于所述气体流道的转向处，用于减小气体在通过气体流道转向处时的气体压降；

所述导流板垂直于底面的气体扩散层。

2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池流道，其特征在于，所述的若干个导流板平行地将气体流道分隔成间距相等的流道。

3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池流道，其特征在于，所述的气体流道的数量为3，单流道弯数为4，弯曲弧度均为90°，流道深度为0.8mm，流道宽度为0.8mm，流道的肋板宽度为0.7mm，气体扩散层厚度：0.5mm。

4.根据权利要求3所述的质子交换膜燃料电池流道，其特征在于，所述导流板的个数为48，每个单流道弯安装有4个导流板作为一组导流板，导流板的弧度为90°，高度为0.8mm，厚度为0.01mm。

5.根据权利要求4所述的质子交换膜燃料电池流道，其特征在于，所述一组导流板中的4个导流板半径由外侧到内侧依次减小，分别为0.73mm、0.57mm、0.41mm、0.25mm。

6.根据权利要求3所述的质子交换膜燃料电池流道，其特征在于，所述一组导流板中的4个导流板平行地将气体流道分隔成间距为0.16mm的流道。

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