專利名稱：帶有親水導(dǎo)流針的質(zhì)子交換膜燃料電池流道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池流道，尤其涉及利于質(zhì)子交換膜燃料電池陰極水排出的流道。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池的氣體流道及多孔擴散電極是燃料反應(yīng)氣傳輸?shù)谋亟?jīng)之路，影響到整個燃料電池的傳質(zhì)過程，最終影響電池的輸出性能。一種典型的傳統(tǒng)燃料電池流道為平行流道，如圖I所示。圖中箭頭方向為氣體傳輸通道內(nèi)氣體傳輸方向。由于燃料電池陰極電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的水會充滿多孔電極，造成擴散層內(nèi)的氣體傳輸通道被堵塞，引起水淹，帶來反應(yīng)氣體的傳質(zhì)阻力甚至引起斷流，最終導(dǎo)致電池性能的迅速衰減。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供一種高效除水、使陰極產(chǎn)生的水脫離擴散層表面的時間縮短一半以上并且有效預(yù)防或緩解質(zhì)子交換膜燃料電池陰極水淹問題的帶有親水導(dǎo)流針的質(zhì)子交換膜燃料電池流道。本發(fā)明的帶有親水導(dǎo)流針的質(zhì)子交換膜燃料電池流道，它包括電池流道，在所述的電池流道的底壁上設(shè)置具有導(dǎo)流針，所述的導(dǎo)流針的表面接觸角不大于100°。本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，易于加工且成本較低，在流道中插入親水導(dǎo)流針，力口快陰極產(chǎn)生的水快速脫離電極表面到達(dá)流道壁面，有效預(yù)防或緩解陰極水淹。能將質(zhì)子交換膜燃料電池陰極膜電極排水效率提高一倍以上，由于親水導(dǎo)流針的植入，使得陰極產(chǎn)生的水脫離擴散層表面的時間縮短一半以上。


圖I是質(zhì)子交換膜燃料電池平行流道示意圖；圖2是本發(fā)明的帶有親水導(dǎo)流針的質(zhì)子交換膜燃料電池流道中設(shè)置有一個導(dǎo)流針的電極流道示意圖；圖3是本發(fā)明的電極流道帶有等距排列多個導(dǎo)流針的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的電極流道帶有不同間距排列多個導(dǎo)流針的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的電極流道帶有交叉對稱等距排列多個導(dǎo)流針的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的電極流道帶有交叉對稱不同間距排列多個導(dǎo)流針的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明是在傳統(tǒng)質(zhì)子交換膜平行流道結(jié)構(gòu)上的改進，根據(jù)導(dǎo)流針親水性、幾何形狀及尺寸、以及數(shù)量及排列可以調(diào)控的特點，提高除水效率，縮短除水時間，實現(xiàn)不同排水能力的電池流道的設(shè)計加工，滿足不同工況下質(zhì)子交換膜燃料電池的輸出性能及穩(wěn)定性。
如圖2所示，本發(fā)明的帶有親水導(dǎo)流針的質(zhì)子交換膜燃料電池流道，它包括電池流道，在所述的電池流道I的底壁上設(shè)置導(dǎo)流針2，所述的導(dǎo)流針的表面接觸角不大于100。。優(yōu)選的導(dǎo)流針的表面接觸角為從0°到90°，具有較高的親水性，能夠快速吸引相鄰膜電極表面的水。隨著表面接觸角的減小，導(dǎo)流針的親水能力逐漸增強。當(dāng)所述的導(dǎo)流針為多個時，導(dǎo)流針的設(shè)置為沿流道方向即氣體流動方向展開，優(yōu)選的導(dǎo)流針呈間距為lmm-50mm的等距排列或者不同間距排列。在定長的流道范圍內(nèi)，不同間距排列所用的導(dǎo)流針個數(shù)比等距排列所用針的個數(shù)少，使得由導(dǎo)流針本身所帶來的壓力降有所減小。所述的導(dǎo)流針的幾何形狀可以為圓柱體、立方體、棱柱體、圓錐體、棱錐體，具有一定的可加工性。 優(yōu)選的導(dǎo)流針的個數(shù)為從I到100的整數(shù)，導(dǎo)流針的設(shè)置保證了相鄰膜電極表面有大量水存在時，能夠使水快速脫離電極表面到達(dá)流道底部。優(yōu)選的多個導(dǎo)流針沿流道方向呈等距離排列，使得膜電極表面的水能均勻快速排出。優(yōu)選的多個導(dǎo)流針沿流道方向呈漸寬式不同間距排列，在加速水排出的同時減小流道中壓力降。優(yōu)選的多個導(dǎo)流針沿流道方向呈對稱交叉式等距排列，有利于膜電極表面的水均勻快速排出。優(yōu)選的多個導(dǎo)流針沿流道方向呈對稱交叉式不同間距排列，在加速水排出的同時減小流道中壓力降。優(yōu)選的所述的導(dǎo)流針的直徑或邊長可以為0. 01-0. 5_，所述的導(dǎo)流針的長度可以為 0. 1-0. 9mm。采用本結(jié)構(gòu)的電池流道的工作過程為在流道的入口處給予一個進口壓力，燃料氣以一定的流速在流道中傳輸，流道相鄰的膜電極表面產(chǎn)生由于電化學(xué)反應(yīng)生成的水，初始狀態(tài)為小水滴貼在膜電極擴散層表面。在一定流速的燃料氣的流動過程中，會對小水滴產(chǎn)生吹拂作用，由于導(dǎo)流針的親水作用及毛細(xì)效應(yīng)，膜電極表面的水與導(dǎo)流針發(fā)生接觸，繼而被牽引脫離膜電極表面，然后在沿流道氣流方向運動的同時向流道底部運動直到抵達(dá)流道底部，并在流道底部拓展成液膜，直至從流道排出。此過程為連續(xù)過程，即膜電極表面的水不斷地被導(dǎo)流針牽引脫離電極擴散層表面到達(dá)流道底端并被排出。下面再結(jié)合具體實施例對本發(fā)明加以詳細(xì)說明以圓柱體為例插入親水導(dǎo)流針的幾何尺寸參數(shù)見表I。表I質(zhì)子交換膜流道中導(dǎo)流針的尺寸設(shè)定參數(shù)
權(quán)利要求
1.帶有親水導(dǎo)流針的質(zhì)子交換膜燃料電池流道，它包括電池流道，其特征在于在所述的電池流道的底壁上設(shè)置具有導(dǎo)流針，所述的導(dǎo)流針的表面接觸角不大于100°。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有親水導(dǎo)流針的質(zhì)子交換膜燃料電池流道，其特征在于所述的導(dǎo)流針的表面接觸角為從0°到90°。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的帶有親水導(dǎo)流針的質(zhì)子交換膜燃料電池流道，其特征在于所述的導(dǎo)流針的幾何形狀為圓柱體、立方體、棱柱體、圓錐體或棱錐體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有親水導(dǎo)流針的質(zhì)子交換膜燃料電池流道，其特征在于所述的導(dǎo)流針的個數(shù)為從I到100的整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有親水導(dǎo)流針的質(zhì)子交換膜燃料電池流道，其特征在于所述的多個導(dǎo)流針沿流道方向呈等距離排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有親水導(dǎo)流針的質(zhì)子交換膜燃料電池流道，其特征在于多個所述的導(dǎo)流針沿流道方向呈漸寬式不同間距排列。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有親水導(dǎo)流針的質(zhì)子交換膜燃料電池流道，其特征在于多個所述的導(dǎo)流針沿流道方向呈對稱交叉式等距排列。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有親水導(dǎo)流針的質(zhì)子交換膜燃料電池流道，其特征在于多個所述的導(dǎo)流針沿流道方向呈對稱交叉式不同間距排列。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有親水導(dǎo)流針的質(zhì)子交換膜燃料電池流道，其特征在于多個所述的導(dǎo)流針呈間距為lmm-50mm的等距排列或者不同間距排列并且在定長的流道范圍內(nèi)，不同間距排列所用的導(dǎo)流針個數(shù)比等距排列所用針的個數(shù)少。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有親水導(dǎo)流針的質(zhì)子交換膜燃料電池流道，其特征在于所述的導(dǎo)流針的直徑或邊長為O. 01-0. 5mm，所述的導(dǎo)流針的長度為O. 1-0. 9mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了帶有親水導(dǎo)流針的質(zhì)子交換膜燃料電池流道，它包括電池流道,在所述的電池流道的底壁上設(shè)置具有導(dǎo)流針，所述的導(dǎo)流針的表面接觸角不大于100°。本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，易于加工且成本較低，在流道中插入親水導(dǎo)流針，加快陰極產(chǎn)生的水快速脫離電極表面到達(dá)流道壁面，有效預(yù)防或緩解陰極水淹。能將質(zhì)子交換膜燃料電池陰極膜電極排水效率提高一倍以上，由于親水導(dǎo)流針的植入，使得陰極產(chǎn)生的水脫離擴散層表面的時間縮短一半以上。
文檔編號H01M8/04GK102983343SQ20121049718
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者李獻國, 杜青, 尹燕, 焦魁, 秦彥周 申請人:天津大學(xué)