[实用新型]区域化、逆流道的大功率空冷型PEMFC电堆双极板

说明书

技术领域

本发明公开了一种区域化、逆流道的大功率空冷型PEMFC电堆双极板，应用于质子燃料电池技术领域，特别针对大功率空冷型燃料电池的空冷型双极板设计。 

背景技术

当前，空冷型PEMFC阳极板的流道结构主要为平行流道和蛇形流道，两者在≤100瓦的PEMFC电堆中应用较广。由于小功率的PEMFC电堆的阳极板短，且相对有效面积小，所以流道中的氢气压力分布和浓度分布相对均一，能够满足小型PEMFC电堆的使用要求。然而上述两种流道应用于大功率的空冷型PEMFC电堆时，由于单片电池的阳极板的长度增倍，其有效面积急剧增大，如仍采用传统的平行流道会导致氢气压力梯度在流道中分布过小，不易将反应生成的水快速带走，从而导致水淹；另，蛇形流道导致氢气压力梯度过大，致使氢气利用率较低，同时其进口位置处形成较大的压力场，容易压穿MEA造成电池损坏。所以，科学设计流道是大功率的空冷型PEMFC电堆发展的主要问题之一。 

发明内容

本发明通过结合平行流道与蛇形流道的特点，实现流道的区域化、逆流化的设计，在不降低流道有效面积的情况下，有效降低流道的压降损失，提高氢气利用率，解决了目前空冷型燃料电池氢气利用率低的难题，同时，利用区域化的进气方式，达到了氢气浓度在垂直方向的相对均一性分布，可通过更改空气的进气方向实现空气与氢气的并流或逆流运动，整体提高电堆的稳定性和均匀性。同时，本发明通过专用的密封槽道错位设计，解决了空冷型电堆密封槽道分布不均的问题，达到了相同密封槽道空间位置处仅具有单层胶的目的，有利于密封材料的布局及安放，可有效提高燃料电池组的气密性。 

具体的技术方案： 

区域化、逆流道的大功率空冷型PEMFC电堆双极板，包括阳极板、阴极板、阳极流道、阴极流道，阳极流道是由阳极板上的阳极脊壁形成，阴极流道是由阴极板上的阴极脊壁形成，阳极板划分为至少两个区域，所述的区域内的阳极流道为蛇形流道，蛇形流道的入口和出口分别通过直形流道与燃料进口和燃料出口连接。 

进一步，所述的燃料出口和燃料出口分别位于阳极板的两端；燃料出口、各个区域、燃 料入口依次排布。 

进一步，所述的区域的数量为3～6个；更优选的是3个。 

进一步，所述的蛇形流道的直管与燃料进口和燃料出口所处两端的连线平行或垂直。 

进一步，所述的直形流道与燃料进口和燃料出口所处两端的连线平行。 

进一步，所述的蛇形流道的入口位于燃料进口或者燃料出口的一侧。 

进一步，每个区域的面积相等。 

进一步，直形流道与蛇形流道的脊宽和槽宽相同。 

进一步，脊宽与槽宽比例采用(1～2)：1。 

进一步，阴极流道与燃料进口和燃料出口所处的两端的连线垂直；阴极流道的脊宽与槽宽比例采用(1.0～1.5)：1。 

进一步，阳极板的外围设置有阳极密封槽道。 

进一步，在燃料进口和/或燃料出口分别设置有燃料进口密封槽道和燃料出口密封槽道。 

有益效果 

本发明采用融合平行流道与蛇形流道的各自特点，区域化分隔流场，使氢气与空气实现逆流流动，优化了气压分布，提高了氢气的利用率，改善了氢气在双极板上的浓度分布，实现了氢气与空气浓度在垂直方向上的相对均匀化分布，提高系统的稳定性，实现大功率空冷型PEMFC的安全稳定运行。 

附图说明

图1a一种大功率空冷型PEMFC区域化、逆流化双极板阳极面的结构示意图； 

图1b是另一种大功率空冷型PEMFC区域化、逆流化双极板阳极面的结构示意图； 

图1c是另一种大功率空冷型PEMFC区域化、逆流化双极板阳极面的结构示意图； 

图1d是另一种大功率空冷型PEMFC区域化、逆流化双极板阳极面的结构示意图； 

图1e是另一种大功率空冷型PEMFC区域化、逆流化双极板阳极面的结构示意图； 

图2为高氢利用率的大功率空冷型PEMFC区域化、逆流化双极板阴极面的结构示意图。 

图3a是一种双极板阳极面的CFD模拟计算的压力分布图； 

图3b是另一种双极板阳极面的CFD模拟计算的压力分布图； 

图3c是另一种双极板阳极面的CFD模拟计算的压力分布图； 

图3d是另一种双极板阳极面的CFD模拟计算的压力分布图。 

图4a是常规的平行流道的双极板的CFD模拟计算的压力分布图。