[实用新型]一种非对称结构的燃料电池阴阳极板及由其构成的电堆

说明书

本实用新型公开了一种非对称结构的燃料电池阴阳极板及由其构成的电堆，所述阴阳极板的特征在于：所述阴、阳极板均为非对称结构，且所述阴、阳极板上的氧化剂、还原剂及冷却剂的流出通道的面积大于等于其对应的流入通道的面积，介质流出通道的面积与介质流入通道的面积的比值范围为1～4。本实用新型能够均匀分配电堆各节电池放电所需的反应气体，减小电堆内部氧化剂、还原剂、冷却剂三种流体介质从各自的分配通道分配至各节电池内的流量差异的情况，保证电流密度分布均匀，避免局部过热，从而提高各节电池输出的电性能均一性。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，更具体地，涉及一种非对称结构的燃料电池阴阳极板及由其构成的电堆。

背景技术

燃料电池(PEMFC)通过作为燃料气体的氢气和作为氧化剂气体的氧气(或空气)之间的电化学反应来发电。PEMFC具有高效率、高电流密度、高功率密度、短启动时间、以及对负载变化的快速响应等特点。

但是由于单节燃料电池的输出电压较低，一般为0.6-0.8V，所以在实际运用中，需要将许多单电池串联起来组成电堆，在堆叠的厚度方向，各节单电池上的流体分配通道就形成了流体分配管道。燃料电池工作时，外部供给的反应气体和冷却剂通过各自的流体分配管道分配到每节单电池中，进入单电池流场，再经过扩散层到达催化层反应区，发生电化学反应产生电流，反应后的尾气通过流体分配出口管道排出。由于流阻、节流等因素，电堆中每节电池的进气压力和进气流量都难以均匀，而电堆内气体的流量分配情况影响各节电池反应气体供给的充分程度，若反应气在各节电池中分配的不均衡，将导致电堆的电流密度、功率密度和发热量分布不均匀，可能局部失水、过热等，使得电堆中不同区域的电池性能差异较大。所以，各节单电池之间的流量分配均匀性能直接关系到电堆输出性能的均一性。

对于大功率的燃料电池电堆，通常输出功率在100KW左右，堆叠的单电池数量一般在300节左右，需要供给的流量随着电堆节数的增大而变大，流体分配管道内复杂的流体力学原理常常导致各节电池的流量分配不均。并且，随着电堆堆叠厚度尺寸的放大，流体分配管道内分配的均一性差异也被放大，因此，对于大功率燃料电池电堆，其流体分配管道的设计直接影响电堆的整体输出性能，如果缺乏精确的设计计算，流量可能在分配管道中呈现出随着某一方向递减的现象。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，在保证一定的反应剂流量的情况下，均匀分配电堆各节电池放电所需的反应气体，减小电堆内部氧化剂、还原剂、冷却剂三种流体介质从各自的分配通道分配至各节电池内的流量差异的情况，保证电流密度分布均匀，避免局部过热，从而提高各节电池输出的电性能均一性。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种非对称结构的燃料电池阴阳极板，包括用于分配氧化剂的阴极板和用于分配还原剂的阳极板，所述阴极板和所述阳极板上均设有供氧化剂流入的氧化剂流入通道、供还原剂流入的还原剂流入通道、供冷却剂流入的冷却剂流入通道、供氧化剂流出的氧化剂流出通道、供还原剂流出的还原剂流出通道、供冷却剂流出的冷却剂流出通道，所述阴极板上的氧化剂流入通道、还原剂流入通道、冷却剂流入通道分别与所述阳极板上的氧化剂流入通道、还原剂流入通道、冷却剂流入通道对应完全一致，所述阴极板上的氧化剂流出通道、还原剂流出通道、冷却剂流出通道分别与所述阳极板上的氧化剂流出通道、还原剂流出通道、冷却剂流出通道对应完全一致，其特征在于，

所述阴、阳极板为非对称结构，且

所述阴、阳极板上的氧化剂流入通道的面积为5cm²～60cm²，所述氧化剂流出通道的面积与所述氧化剂流入通道的面积的比值范围为1～4；

所述阴、阳极板上的还原剂流入通道的面积为2cm²～20m²为，所述还原剂流出通道的面积与所述还原剂流入通道的面积的比值范围为1～4；