CN214203746U - 一种高温甲醇燃料电池的阴极板结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及燃料电池的领域，尤其是涉及一种高温甲醇燃料电池的阴极板结构，其包括阴极板本体，所述阴极板本体一侧面上设置有供气体流动的流道，所述流道在阴极板本体表面上蜿蜒分布。本申请具有改善气流不能均匀分流至每个流道以及阴极板利用率低的效果。

Description

一种高温甲醇燃料电池的阴极板结构

技术领域

本申请涉及燃料电池的领域，尤其是涉及一种高温甲醇燃料电池的阴极板结构。

背景技术

高温甲醇燃料料电池是一种通过甲醇重整后，将氢与空气中的氧气进行电化学反应的装置，具有反应能量转化率高，排放物只有无污染的水，燃料携带方便，噪音小，能量密度大等优点。

双极板是燃料电池的核心部件，双极板流道的设计直接影响燃料电池的性能和寿命。阴极板设计尤其重要，既要保证气体在每个流道分布均匀，又要降低气泵的损耗。如若气体不在阴极板上的流道内均匀分布，膜电极活化区域反应也不均匀，表面温度也不同，长期会影响膜电极性能以及寿命。

目前，由于市场对燃料电池性能要求愈高，质子交换膜的活性面积变大，如何让空气均匀的分布变得更为重要。平行流场因其进出口压强降低，压损耗低，而被广泛使用，但平行流场内的气体均匀分布设计却是一个难点，主要因为气流从进口至平行流道区域需要有扩散区域来过渡，从而可以将气流均匀的分流至每个流道，因此扩散区域的设计较为复杂，而且导致阴极板的利用率很低，致使体积比功率低。

实用新型内容

为了改善气流不能均匀分流至每个流道以及阴极板利用率低的问题，本申请提供一种高温甲醇燃料电池的阴极板结构。

本申请提供的一种高温甲醇燃料电池的阴极板结构，采用如下的技术方案：

一种高温甲醇燃料电池的阴极板结构，包括阴极板本体，所述阴极板本体一侧面上设置有供气体流动的流道，所述流道在阴极板本体表面上蜿蜒分布。

通过采用上述技术方案，本申请在阴极板本体表面上蜿蜒设置的气体流道，使反应气体能够均匀的分布到阴极板的表面上，电极表面电流密度分布均匀，从而使燃料电池的性能更加稳定，同时也提高了燃料电池的使用寿命，并且大大提高了阴极板的利用率，阴极板表面上均匀的气体流动，使阴极板整个表面均能进行反应；阴极板利用率的提高，避免了阴极板的经常更换，节约了资源，并且采用该结构设计的阴极板，反应能量的转化率提高，也避免对环境产生污染。

可选的，所述流道设置有多条，多条所述流道在阴极板本体表面上密集布设，并且多条流道形成第一流道区和第二流道区。

通过采用上述技术方案，在阴极板表面上密集设置的流道，大大提高了气体在阴极板表面上均匀分布的效果，并且密集布设的流道结构，也提高了燃料电池的性能；设置的两个流道区以及两个流道区的蜿蜒分布使阴极板有效反应的表面上均能分布气体，避免在阴极板表面上，出现不能利用的区域。

可选的，所述第一流道区和第二流道区在阴极板本体上中心对称。

通过采用上述技术方案，本申请实施例中第一流道区和第二流道区在阴极板本体上对称设置，使第一流道区和第二流道区均密集布设在阴极板本体表面一半的区域内，并且第一流道区和第二流道区采用半程式结构，避免了流道在阴极板本体表面上绕行的路线过长，同时降低了气体在流道内部所受到的阻力以及降低了气泵的损耗，从而保证了进口区与出口区之间气体的压强损耗维持在较小的范围内。

可选的，所述阴极板本体的表面上划分有进口区、进口分流区、主流区、出口分流区和出口区，所述主流区位于阴极板本体表面的中心位置处，所述进口分流区位于进口区和主流区之间，所述出口分流区位于主流区和出口区之间，所述流道内的气体能够依次通过进口区、进口分流区、主流区、出口分流区和出口区，第一流道区和第二流道区在进口分流区被分隔成两路，并在主流区汇合，第一流道区和第二流道区在出口分流区被重新分隔成两路。

通过采用上述技术方案，本申请在阴极板待反应的表面上划分的进口区、进口分流区、主流区、出口分流区和出口区，在通入气体时，气体从进口区流入到第一流道区和第二流道区内，并从两个流道区内进行扩散，多条流道内的气体在进口分流区被分流到两个流道区内，能够使气体在阴极板表面上进行大范围的扩散，在主流区两个流道区内的气体又重新汇聚到阴极板的中心位置处，主流区又是阴极板与气体反应的有效区，汇聚后的气体大大提高了阴极板有效区的利用率，在主流区汇聚后的气体经过出口分流区后，又重新分成到两个流道区内，使流道内的气体扩散到阴极板剩下的反应区，提高了阴极板的利用率，经过出口分流区的气体扩散后，两个流道区内的气体经出口流出阴极板，因此，在阴极板划分的进口区、进口分流区、主流区、出口分流区和出口区，使流道内的气体能够均匀的扩散到阴极板上，增加了阴极板的利用率。

可选的，所述流道的折弯处均为直角设置。

通过采用上述技术方案，本申请流道蜿蜒设计的折弯处均采用90度直角的设计，一方面方便在阴极板上进行机加工，另一方面，流道折弯处采用直角设计，能够有效利用阴极板本体表面上的空间，使阴极板本体上能够尽量的密集布设上流道，避免出现利用不到的区域，提高了阴极板的利用率。

可选的，所述流道为开设在阴极板本体表面上的凹槽。

通过采用上述技术方案，在阴极板本体表面上开设的凹槽，方便在阴极板上加工出流道，使气体能够在阴极板上均匀的扩散，开设在阴极板上的凹槽，也避免增加阴极板的厚度，节省了材料。

可选的，所述流道的横截面呈梯形，所述流道的下底边与阴极板本体的表面齐平。

通过采用上述技术方案，本申请呈梯形设置的流道，一方面，方便工作人员操作机械设备在阴极板上进行机加工，提高了流道的加工效率，另一方面，呈梯形设置的流道，在同等长度的流道内，能够输送更多的气体，提高了气体的输送流量，使气体能够更好的扩散到反应区。

可选的，所述流道两斜边的拔模角度为10度到15度。

通过采用上述技术方案，本申请流道设置的拔模角度范围，有利于工作人员进行开模具，方便阴极板的加工，另一方面，设置的10度到15度的拔模角，既保证了阴极板的强度，又使阴极板的表面上能够开设更密集的流道。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请在阴极板本体表面上蜿蜒设置的气体流道，使反应气体能够均匀的分布到阴极板的表面上，从而使燃料电池的性能更加稳定，同时也提高了燃料电池的使用寿命，并且大大提高了阴极板的利用率，阴极板表面上均匀的气体流动，使阴极板整个表面均能进行反应；

2.在阴极板表面上密集设置的流道，大大提高了气体在阴极板表面上均匀分布的效果，并且密集布设的流道结构，也提高了燃料电池的性能；

3.对称设置的第一流道区和第二流道区，使两流道区均密集布设在阴极板本体表面一半的区域内，并且第一流道区和第二流道区采用半程式结构，避免了流道在阴极板本体表面上绕行的路线过长，同时降低了气体在流道内部所受到的阻力以及降低了气泵的损耗，从而保证了进口区与出口区之间气体的压强损耗维持在较小的范围内；

4.本申请呈梯形设置的流道，在同等长度的流道内，能够输送更多的气体，提高了气体的输送流量，使气体能够更好的扩散到反应区，10度到15度设置的拔模角，既保证了阴极板的强度，又使阴极板的表面上能够开设更密集的流道。

附图说明

图1是本申请实施例体现整体结构的示意图；

图2是本申请实施例体现流道结构的剖视图；

图3是本申请实施例体现第一流道区和第二流道区呈中心对称的示意图。

附图标记说明：1、阴极板本体；11、流道；12、第一流道区；13、第二流道区；2、进口区；3、进口分流区；4、主流区；5、出口分流区；6、出口区。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种高温甲醇燃料电池的阴极板结构。参照图1，一种高温甲醇燃料电池的阴极板结构包括呈矩形的阴极板本体1，阴极板本体1在使用时，将其安装到甲醇燃料电池内部。

参照图1和图2，在阴极板本体1的一侧表面上划分有进口区2、进口分流区3、主流区4、出口分流区5和出口区6，进口区2和出口区6对称设置在阴极板本体1表面的两个对角位置处，主流区4位于阴极板本体1的中心位置处，设置的主流区4为阴极板本体1与气体反应的有效区，进口分流区3设置在进口区2和主流区4之间，出口分流区5设置在主流区4和出口区6之间，与阴极板本体1进行反应的气体，从进口区2进入，在进口分流区3分隔成多路，在主流区4内，多路气体重新汇聚，经过出口分流区5后，并再次分隔呈多路，然后共同从出口区6流出阴极板本体1。

参照图1和图2，在阴极板本体1的侧面上设置有供气体流动的流道11，流道11在阴极板本体1上蜿蜒分布，并且依次经过进口区2、进口分流区3、主流区4、出口分流区5和出口区6，在阴极板本体1上通入气体时，气体通过流道11均匀扩散到阴极板上，在阴极板本体1上蜿蜒设置的流道11，使气体能够更快速的流动，气体也能更快的扩散到整个阴极板本体1的反应区域内，从而大大提高了阴极板的利用率，也提高了燃料电池的使用寿命。

流道11设置有多条，并且多条流道11在阴极板本体1上密集布设，并且多条流道11在阴极板本体1上形成第一流道区12和第二流道区13，第一流道区12和第二流道区13在阴极板本体1表面上围绕其中心呈中心对称，对称设置的第一流道区12和第二流道区13能够均匀在阴极板本体1表面上密集布设，从而提高了阴极板本体1的利用率，并且对称设置的第一流道区12和第二流道区13避免了流道11在阴极板本体1上的路线过长，造成流道11内气体的压力增高，容易造成气泵的功耗增加。

第一流道区12和第二流道区13内的流道11密集布设在阴极板本体1的表面上，在阴极板本体1上通过进口区2向第一流道区12和第二流道区13内通入气体后，第一流道区12和第二流道区13内的气体在进口分流区3分隔成两路气体，通过设置的两个流道区将气体均匀的扩散到阴极板本体1上，并且第一流道区12和第二流道区13内的气体在主流区4内重新汇聚，使气体在阴极板本体1中心位置处的浓度最高，从而提高了阴极板本体1有效区的利用率，第一流道区12和第二流道区13内的气体经过主流区4后，在出口分流区5重新分成两路气体，以便气体能够均匀扩散在阴极板本体1的另一部分上，提高了阴极板本体1的利用率，最终，第一流道区12和第二流道区13内的气体经由出口区6排出。

参照图1和图2，流道11为开设在阴极板本体1表面上且横截面为梯形的凹槽，梯形流道11的下底边与阴极板本体1的表面齐平，在阴极板本体1表面上开设的凹槽形流道11，一方面，方便工作人员采用机械加工的方式，在阴极板本体1上快速的加工出多条流道11，大大提高了流道11的加工效率，另一方面，呈梯形设置的流道11，在同等长度的情况下，流道11内能够通过的气体流量大大增加，提高了气体与阴极板的反应效率；梯形流道11两侧斜边的拔模角度为10度到15度，设置的该拔模角度，既保证了密集设置的流道11能够更快的加工出来，同时也保证了阴极板本体1的强度，避免拔模角度过大后，阴极板本体1本身的强度降低，造成阴极板本体1的使用寿命降低。

参照图1和图2，每条流道11的折弯处均为90度直角，呈直角设置的流道11，一方面，流道11更容易通过机械设备进行加工，提高了加工效率，另一方面，直角设置的流道11，能够增加阴极板本体1表面上流道11的长度，使流道11内的气体更容易进行扩散，流道11折弯处采用直角的设计，能够有效利用阴极板本体1表面上的空间，使阴极板本体1表面上的每处空白区域都能布设上流道11，同时也避免阴极板本体1上出现不能反应的无效区，提高了阴极板本体1的利用率。

本申请实施例一种高温甲醇燃料电池的阴极板结构的实施原理为：在阴极板本体1上开设的细密化流道11，提高了阴极板本体1有效区的利用率，从而使燃料电池的性能更加稳定。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高温甲醇燃料电池的阴极板结构，其特征在于：包括阴极板本体(1)，所述阴极板本体(1)一侧面上设置有供气体流动的流道(11)，所述流道(11)在阴极板本体(1)表面上蜿蜒分布。

2.根据权利要求1所述的一种高温甲醇燃料电池的阴极板结构，其特征在于：所述流道(11)设置有多条，多条所述流道(11)在阴极板本体(1)表面上密集布设，并且多条流道(11)形成第一流道区(12)和第二流道区(13)。

3.根据权利要求2所述的一种高温甲醇燃料电池的阴极板结构，其特征在于：所述第一流道区(12)和第二流道区(13)在阴极板本体(1)上中心对称。

4.根据权利要求1所述的一种高温甲醇燃料电池的阴极板结构，其特征在于：所述阴极板本体(1)的表面上划分有进口区(2)、进口分流区(3)、主流区(4)、出口分流区(5)和出口区(6)，所述主流区(4)位于阴极板本体(1)表面的中心位置处，所述进口分流区(3)位于进口区(2)和主流区(4)之间，所述出口分流区(5)位于主流区(4)和出口区(6)之间，所述流道(11)内的气体能够依次通过进口区(2)、进口分流区(3)、主流区(4)、出口分流区(5)和出口区(6)，第一流道区(12)和第二流道区(13)在进口分流区(3)被分隔成两路，并在主流区(4)汇合，第一流道区(12)和第二流道区(13)在出口分流区(5)被重新分隔成两路。

5.根据权利要求1所述的一种高温甲醇燃料电池的阴极板结构，其特征在于：所述流道(11)的折弯处均为直角设置。

6.根据权利要求1所述的一种高温甲醇燃料电池的阴极板结构，其特征在于：所述流道(11)为开设在阴极板本体(1)表面上的凹槽。

7.根据权利要求1所述的一种高温甲醇燃料电池的阴极板结构，其特征在于：所述流道(11)的横截面呈梯形，所述流道(11)的下底边与阴极板本体(1)的表面齐平。

8.根据权利要求1所述的一种高温甲醇燃料电池的阴极板结构，其特征在于：所述流道(11)两斜边的拔模角度为10度到15度。

Images