專利名稱：一種有利于水管理的燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜燃料電池領(lǐng)域，尤其涉及質(zhì)子交換膜燃料電池用雙 極板。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)中，增濕引入的氣態(tài)水和燃料電池中電化學(xué) 反應(yīng)生成的水均需要排除電池。在PEMFC工作過程中，沿氣體流動(dòng)方向，隨著 電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，生成水不斷累積，會(huì)在流場(chǎng)某一個(gè)界面處，水蒸氣達(dá)到飽 和，出現(xiàn)液態(tài)水，液態(tài)水如果不及時(shí)的被排除電池，在流場(chǎng)或電極表面內(nèi)累計(jì) 會(huì)增大氣體傳遞阻力，增大濃差極化，導(dǎo)致電池放電性能降低；同時(shí)，還會(huì)使 流場(chǎng)內(nèi)各個(gè)溝槽內(nèi)氣體分布不均，各個(gè)單電池內(nèi)氣體分配不均，從而使電池堆 電壓分配不均。因此，有效地將PEMFC內(nèi)的液態(tài)水排出電池是PEMFC穩(wěn)定運(yùn)行 的關(guān)鍵。通常條件下液態(tài)水是通過尾氣的流動(dòng)帶出電池的，為了使液態(tài)水順利 離開，減小電極表面和流場(chǎng)表面對(duì)液態(tài)水的吸附阻力，現(xiàn)有技術(shù)中有將流場(chǎng)增 水化處理的方法。現(xiàn)有技術(shù)的將流場(chǎng)增水化處理的方法的不足是只是使流場(chǎng) 不易于結(jié)水，沒有改變電池內(nèi)的水排出的方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種有利于水管理的燃料電池雙極板，使燃料電池 反應(yīng)氣沿雙極板流道流動(dòng)方向邊反應(yīng)邊流動(dòng)的過程中，流速不斷增大，壓力不 斷下降，在出口處流速最大，壓力最小，從而使部份液態(tài)水蒸發(fā)，余下液態(tài)水 被高速流動(dòng)的尾氣帶出電池。有效地防止液態(tài)水在電池堆出口段累計(jì)。本發(fā)明 的技術(shù)方案是； 一種有利于水管理的燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，流場(chǎng)為平行溝 槽，其特征在于所述流場(chǎng)的平行溝槽的口徑自入口到出口逐漸縮小，呈線性遞
減，流場(chǎng)的平行溝槽入口截面積出口截面積=2 : i。
本發(fā)明所述的一種有利于水管理的燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于
所述流場(chǎng)的平行溝槽的寬度在0. 5 1. 5mm之間，深度在0. 5 1. 0mm之間。
本發(fā)明所述的一種有利于水管理的燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于
3所述的流場(chǎng)的平行溝槽的口徑自入口到出口逐漸縮小，呈線性遞減，是流場(chǎng)的 平行溝槽的寬度不變，深度線性遞減，或者是流場(chǎng)的平行溝槽的深度不變，寬 度線性遞減，或者是流場(chǎng)的平行溝槽的寬度和深度都線性遞減。
本發(fā)明的原理是燃料電池雙極板流場(chǎng)的進(jìn)UI部份，氣體濃度相對(duì)于出口 段較大，特別是空氣屮氧氣的濃度，因此，燃料電池雙極板流場(chǎng)的進(jìn)口部份反 應(yīng)速度較快，產(chǎn)生的廢熱較多。由于進(jìn)口處氣體內(nèi)濕度往往是不飽和的，進(jìn)口 段通道寬，氣體流速就會(huì)相對(duì)較低，雷諾準(zhǔn)數(shù)小，有利于緩解膜中水分大量蒸 發(fā)而導(dǎo)致膜失水。由于燃料電池內(nèi)陰極反應(yīng)生成水，而在出口段，通常條件下， 反應(yīng)氣已經(jīng)處于飽和狀態(tài)，已經(jīng)有液態(tài)水出現(xiàn)。因此，出口段通道窄，會(huì)使氣 體流速快，壓力降低，從而促進(jìn)部份液態(tài)水汽化，同時(shí)快速移動(dòng)的氣體還可以 把液態(tài)水帶出電池。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 可以防止雙極板流道進(jìn)口段膜失水，乂可以防止出口段電極被液態(tài)水淹， 使燃料電池長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。
2、 本發(fā)明的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)既適用于陰極空氣流場(chǎng)，也適用于陽(yáng)極氫氣流場(chǎng)。


本發(fā)明有附圖3幅，其中 附圖1是本發(fā)明的雙極板的構(gòu)造立體示意圖。 附圖2是本發(fā)明的雙極板的主視示意圖。 附圖3是本發(fā)明的雙極板的俯視示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，流場(chǎng)為平行溝槽，溝槽的口徑自入口到出口逐漸縮小?？梢?保持溝槽的寬度O. 5 1. 2mm不變，溝槽的深度由0. 5 1. O咖線性遞減到O. 25 0. 5腿;或溝槽的深度O. 5腿不變，溝槽寬度由1. 0 1. 2線性遞減到0. 5 0. 6mm。
實(shí)例1:
流場(chǎng)總長(zhǎng)500mm，保持溝槽寬度卜l. 2mm不變，陰極溝槽進(jìn)口處深為0. 5mm， 逐漸線性遞減到出口的0. 25mm。這樣氣體流速在出口處就相對(duì)于0. 5腿深的溝 槽，提高了 l倍。 實(shí)例2:
流場(chǎng)總長(zhǎng)500mm，保持溝槽寬度0. 8-1. Omm不變，陽(yáng)極溝槽進(jìn)口處深為0.6mm，逐漸線性遞減到出口的0.2mm。這樣氣體流速在出口處就相對(duì)于0. 5mm
深的溝槽，提高了2倍，有利于液態(tài)水的脈沖排出。
實(shí)例3:
流場(chǎng)總長(zhǎng)500mm，保持溝槽深度0. 5mm不變，陰極溝槽進(jìn)口處寬為1. 4mm， 逐漸線性遞減到出口的0. 7ram。這樣氣體流速在出口處就相對(duì)于1. 4mm寬的溝槽， 提高了 l倍。 實(shí)例4:
流場(chǎng)總長(zhǎng)500ram，保持溝槽深度度0. 4mm不變，陽(yáng)極溝槽進(jìn)口處寬為1. 5mm， 逐漸線性遞減到出口的O. 5mm。這樣氣體流速在出口處就相對(duì)于0. 5mm深的溝槽， 提高了2倍，有利于累計(jì)的液態(tài)水的脈沖排出。
權(quán)利要求
1、一種有利于水管理的燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，流場(chǎng)為平行溝槽，其特征在于所述流場(chǎng)的平行溝槽的口徑自入口到出口逐漸縮小，呈線性遞減，流場(chǎng)的平行溝槽入口截面積∶出口截面積＝2∶1。
2、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的一種有利于水管理的燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述流場(chǎng)的平行溝槽的寬度在0. 5 1. 5mm之間，深度在0. 5 1. Oram 之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有利于水管理的燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)， 其特征在于所述的流場(chǎng)的平行溝槽的口徑自入口到出口逐漸縮小，呈線性遞減， 是流場(chǎng)的平行溝槽的寬度不變，深度線性遞減，或者是流場(chǎng)的平行溝槽的深度 不變，寬度線性遞減，或者是流場(chǎng)的平行溝槽的寬度和深度都線性遞減。
全文摘要
一種有利于水管理的燃料電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，流場(chǎng)為平行溝槽，其特征在于所述流場(chǎng)的平行溝槽的口徑自入口到出口逐漸縮小，呈線性遞減，流場(chǎng)的平行溝槽入口截面積∶出口截面積＝2∶1。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可以防止雙極板流道進(jìn)口段膜失水，又可以防止出口段電極被液態(tài)水淹，使燃料電池長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。既適用于陰極空氣流場(chǎng)，也適用于陽(yáng)極氫氣流場(chǎng)。
文檔編號(hào)H01M8/02GK101651217SQ20091018740
公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日
發(fā)明者傅云峰, 昕 孫, 徐洪峰, 燕希強(qiáng) 申請(qǐng)人:新源動(dòng)力股份有限公司