[发明专利]一种有利于排水的燃料电池双极板

说明书

本发明涉及一种有利于排水的燃料电池双极板，通过在双极板上设置排水槽使双极板流场内的电化学反应生成水顺利排出。上述双极板排水槽主要由三部分组成，包括导流槽、缓冲槽及排水口。所述的燃料电池双极板排水槽主要应用于当燃料电池工作时，双极板流场所在的平面垂直于水平面且燃料气体、氧化剂气体的流场进出口位于双极板流场两侧的燃料电池双极板的排水结构。所述的燃料电池排水槽位于燃料电池流场下部相邻区域，可以有效排出双极板流场所在的平面垂直于水平面且燃料气体、氧化剂气体的流场进出口位于双极板流场两侧的燃料电池生成水，避免燃料电池生成水在流场的下部过度集聚，甚至造成局部水淹的状况。所述的双极板排水槽机构简单。

技术领域

本发明涉及应用于燃料电池技术领域，具体涉及一种有利于排水的燃料电池双极板。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种室温启动快、高能量转换效率的零排放发电装置。质子交换膜燃料电池可以作为多种形式的电源加以应用，如移动电源、便携电源、车载电源甚至多种规模的固定式电站等。尤其是2015年，多家汽车制造巨头纷纷推出了以质子交换膜燃料电池提供动力源的汽车，标志着质子交换膜燃料电池大规模应用的时代拉开了帷幕。

作为处于提供能量核心地位的质子交换膜燃料电池在运行时，会在电池进行电化学反应过程中产生水，而对于质子交换膜燃料电池而言，顺利排出电化学反应的生成水对于保证燃料电池稳定、高效运行的重要保证。如果在质子交换膜燃料电池运行过程中，电化学反应产生的生成水没有顺利排出，势必会在电池内部产生电化学反应生成水的累积、汇聚，严重时，在局部区域会发生燃料电池膜电极被水淹的状况。而这种状况一旦发生，轻则降低燃料电池发电功率，重则造成燃料电池无法稳定运行甚至停车。因此，质子交换膜燃料电池电化学生成水的顺利排出，对于燃料电池的稳定高效运行是十分重要的。

为了使电化学反应生成水排出，可以采用提高气体流速办法，如增加循环泵或提高气体工作压力的办法；也可以采用亲水材料安置于燃料电池流场内，将电化学反应生成水导出流场的办法；或者采用表面处理的办法，提高电池内部零部件疏水性，使电化学反应生成水更容易排出等等。这些方法在一定的条件下，可以提高燃料电池排出电化学反应生成水的能力，但这些方法不可避免的需要增加部件、提高运行能耗、增加燃料电池零件或者提高燃料电池的制造成本。

由于质子交换膜燃料电池生成水顺利排出十分重要，越来越多的排水方法应用到燃料电池中。如本田公司提出的一种燃料电池中的简单排水结构(中国专利申请号：201110419965.0)，其结构简单，具有一定的排水效果，但是其不足也是显而易见的：无法防止出现串气现象，即双极板流场中的气体会从排水结构中直接短路排出，不参加电化学反应，造成燃料利用率的降低，尤其是在电池开始运行初期，串气现象尤为严重；另外，其排水槽对流场下部尤其是靠近排水槽处的生成水的排出有效果，但对于远离排水槽的流场中上部的生成水的排出效果，随距离的增减，排水能力越来越弱，甚至没有排水的能力。再如本田的另一个燃料电池的冲压板中的排水结构(中国专利申请号：201310093477.4)，其结构进行了一定的改进，但上述第一个专利的问题依然没有根本改变。

发明内容

本发明提供的一种有利于排水的燃料电池双极板针对于质子交换膜燃料电池工作时，双极板流场所在的平面垂直于水平面且燃料气体、氧化剂气体的流场进出口位于双极板流场两侧的燃料电池，提供了一种结构简单的电化学反应生成水的排出结构，即在双极板流场下部相邻区域设置双极板排水槽。该结构与流场的沟槽、凸台可以采用完全相同的的加工方法，完全可以一并加工出来；该结构紧邻燃料电池工作状态下双极板流场的下部，比双极板流场长度略长而宽度非常小的长方形区域，该区域面积与双极板流场面积相比低于百分之二。该结构对于高速流动气体的流体阻力比较高，而对于流速较低的燃料电池电化学反应生成水的流体阻力非常低，可以忽略不计，即使调整双极板板排水槽的宽度，排水槽依然能够保持对高速气体的阻力。因此，本发明的一种有利于排水的燃料电池双极，在基本不降低能量转换率的前提下，可以顺利排出燃料电池电化学反应生成水。