[发明专利]一种用于质子交换膜燃料电池的流场板结构

说明书

本发明公开了一种用于质子交换膜燃料电池的流场板结构，包括流场板本体，在流场板本体的正面开设有总体呈蛇形排布的流道场，在流道场的起始端设有流道进气孔；流道场包括多条平行排布且依次相连的单流道，相邻两个单流道之间为流道肩，流道肩上开设有排水槽；在排水槽的底部布置有出水孔，出水孔与开设而在流场板本体背面的集水槽连通，集水槽与开设在流场板本体的流道排气孔连通。本发明的有益效果为：流道肩上开有排水槽，产物水通过生成位置附近的排水槽和出水孔迅速排出燃料电池；同时，运送反应气体到燃料电池各部分和排水分离开来，避免了流道内气体随着流道水含量越来越多的情况发生，降低了阻塞的风险，同时也使得流道内湿度更均衡，更利于排水。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种用于质子交换膜燃料电池的流场板结构。

背景技术

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种以氢气和氧气作为燃料实现发电的装置。与传统的内燃机相比，燃料电池工作时不存在任何形式的燃烧过程，所以不会有氮氧化物等有害气体生成，它的产物只有电能、水和热能，是一种环保绿色的发电装置。氢气和氧气（空气中氧气）分别从燃料电池的阳极和阴极通过气体流道进入气体扩散层，进而达到催化层进行电化学反应。阳极气体流道出口为多余的没有参与反应的氢气，阴极气体流道出口有反应产生的水和未反应的空气。

PEMFC运行过程中，电池性能受到多种因素影响，主要包括电催化剂活性。电极内传质、电极导电性和膜电阻等几个方面。但在实际运行过程中，多是由于水管理问题导致电池性能显著下降。PEMFC内的水一般由两部分组成,一部分是反应气体带入的增湿水；另一部分是反应过程的生成水。增湿水是保证固态质子交换膜正常运行的必要条件，生成水是电池反应的主要产物。PEMFC 的反应特点是既要保证反应所必需的增湿水又要排出电池生成的多余水，否则将导致电极或流道的水淹，极化显著增加，同时也使反应气分布不均匀，增大反应介质到催化界面的传质阻力，影响反应气体的均匀分布，这将直接影响电池性能，严重的会导致电池失效。

流场是燃料电池的排水装置，常见的流场结构有平行沟槽流场(paralled flowfield)、交指状流场(interdigitated flow field)和级联流场(cascade flow field)。平行流场具有流动阻力小的优点，这在一定程度上能降低压力损失，提高电池的整体效率，然而各流道中气体的流动和反应情况差别会造成燃料电池整体性能不稳定，而且平行沟槽流场中，生成水大都在流道内冷凝成液柱，容易造成阻塞，极大的影响燃料电池的性能。与此相比，交指状流场和级联流场内液柱长度则小得多。因为在这两种流场中，未反应气体必须穿过气体扩散层（GDL）才能到达出口排出电池，在此过程中带出了GDL微通道内的生成水，所以流道内液态水较少，但是由于扩散层的阻力较大，会使流场的压力降增大，而且容易发生短路或者沟流的情况。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种排水迅速、不易堵塞的用于质子交换膜燃料电池的流场板结构。

本发明采用的技术方案为：一种用于质子交换膜燃料电池的流场板结构，包括流场板本体，在流场板本体的正面开设有总体呈蛇形排布的流道场，在流道场的起始端设有流道进气孔；流道场包括多条平行排布且依次相连的单流道，相邻两个单流道之间为流道肩，流道肩上开设有排水槽；在排水槽的底部布置有出水孔，出水孔与开设而在流场板本体背面的集水槽连通，集水槽与开设在流场板本体的流道排气孔连通。

按上述方案，集水槽与汇流槽连通，汇流槽设于流场板本体的背面，汇流槽通过汇流孔与流场排气孔连通。

按上述方案，在排水槽内沿长度方向均匀间隔布置三个出水孔，每个出水孔均与流场板本体背面的集水槽连通。

按上述方案，所有排水槽内的出水孔分布在三条线上；所述集水槽呈E字形。

按上述方案，所述流道场有条依次相连的单流道；所述排水槽有12条。