[发明专利]质子交换膜燃料电池分体式阴极流道的优化结构

说明书

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池分体式阴极流道的优化结构，其结构为：由6块挡气板、1块侧边上水板和1块中间上水板组合为一组，视阴极流道的总长度设置N组分体设置在阴极流道中。流道中每间隔三个与四个挡气板的中间位置均设有一块顺时针倾斜150度的侧边上水板和中间上水板。挡气板顺时针倾斜30度与阴极流道的侧壁面接触，中间上水板为T形结构，侧边上水板和中间上水板引导液态水沿阴极流道的上壁面流出，各挡气板之间的间距设置为6mm。该阴极流道结构的优化可强化液态水排出和氧气传输的两种功能，显著改善质子交换膜燃料电池阴极“水淹”和氧气不足的现象，提升燃料电池的性能。

技术领域

本发明属于电化学燃料电池领域，具体涉及质子交换膜燃料电池流道的结构装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种能将燃料中的化学能直接转化为电能的电化学反应动力装置，具有高功率密度和零碳排放等优点，被广泛认为是将来最有可能取代内燃机作为汽车动力的装置。目前质子交换膜燃料电池性能及寿命还存在很大的提升空间，其中水管理和反应气体传输的优劣均是影响其性能的关键因素。

质子交换膜燃料电池工作时会在阴极产生水，特定工况下(如：高电流密度)有可能发生“水淹”现象，即生成的水不能及时排除，而导致堵塞反应气体传输的通道。同时目前流道中的反应气体大部分是通过扩散的形式进入电极，速度较慢，这些现象会导致燃料电池阴极出口处氧气严重不足，从而降低燃料电池的性能和寿命。因此，通过对燃料电池的阴极流道进行优化设计来促进阴极产生水的排出和氧气的传输，是提升燃料电池性能及寿命的一个关键手段。

发明内容

本发明的目的是提出一种质子交换膜燃料电池分体式阴极流道的优化结构，在流道内设置分体式导流板结构，从而促进阴极反应生成水从流道中排出和参与反应的氧气从流道中进入电极，提升燃料电池的性能。

本发明通过下述技术方案予以实现：质子交换膜燃料电池分体式阴极流道的优化结构，燃料电池的流道被质子交换膜分割成阴极和阳极两个区域，阴极极板开槽构成阴极流道，阴极流道的下面是气体扩散层。电池阴极流道导流板的设置结构为分体式组装

其技术方案为：挡气板、侧边上水板、中间上水板作为导流板分体设置在阴极流道中，其中：挡气板顺时针倾斜30度与阴极流道的侧壁面接触，在阴极流道中每间隔三个与四个挡气板的中间位置均设有一块顺时针倾斜150度的侧边上水板和中间上水板。由6块挡气板、1块侧边上水板、1块中间上水板组合为一组，视阴极流道的总长度设置N组，中间上水板为T形结构，侧边上水板和中间上水板引导液态水沿阴极流道的上壁面流出，各挡气板之间的间距设置为6mm。

质子交换膜燃料电池的整体结构如图1所示。燃料电池的流道被质子交换膜分割成阴、阳极两个区域，两个区域的结构对应相同，都包括极板、流道、气体扩散层(GDL)和催化层(CL)等。燃料电池工作时，加湿的空气和氢气分别从阴、阳极的入口进入流道中，然后穿过气体扩散层到达催化层中参与反应。反应过程中阳极催化层消耗氢气，生成的氢离子可直接穿过质子交换膜到达阴极催化层，而生成的电子只能通过外电路到达阴极催化层，从而形成了一个连通的电路，而且到达阴极催化层的氢离子和电子与阴极的氧气反应生成水。分体式的特点是将不同导流板分体组装在流道中，可强化液态水排出和氧气传输的两种功能。

本发明的特点以及产生的有益效果是：质子交换膜燃料电池的阴极流道结构简单，易于加工，可方便的放置在阴极流道中。该结构一方面可以促进阴极流道中液态水的排出，防止液态水堵塞反应气体传输的通道，同时还可以通过增强气体对流作用来促进流道氧气进入电极，防止电极中的反应区域出现氧气不足的现象，提升燃料电池的性能。

附图说明

图1为质子交换膜燃料电池结构原理图。

图2为本发明原理结构立体示意图。

图3为图2剖面结构原理图。