[发明专利]质子交换膜燃料电池阴极流场板

说明书

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池阴极流场板，其结构是：在长方形阴极流场板的表面设有沉槽，沉槽的四周设有槽璧，在两个短边槽璧上分别设有一个矩形入气孔和出气孔，沉槽的底部分布设有M排×N列的具有气体导流作用的倾斜四棱柱。倾斜四棱柱的上表面是非矩形的平行四边形，倾斜方向由入气孔指向出气孔，四棱柱导流气体沿阴极流场板长度方向传输，以增强阴极流场板内气体的均匀分布，四棱柱的设置按顺时针方向转角60°，以增强向所述多孔电极方向的气体传输。本发明能够有效增大流场板内气体流动空间，有效提高多孔电极内氧气浓度，提升燃料电池输出性能，避免局部氧气缺乏。

技术领域

本发明属于电化学燃料电池领域，具体涉及到质子交换膜燃料电池阴极流场板的结构优化。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的电化学转换装置，具有能量转换效率高和排放无污染的优势，其在汽车动力方面的应用已受到政府和各大车企的广泛认可，被视为未来有望替代内燃机的能量转换装置。对于车用质子交换膜燃料电池，阳极通入燃料为氢气，阴极通入空气，空气中的氧气作为阴极的反应气体。由于氧气约占空气含量的21％，且质子交换膜燃料电池阴极反应动力学较阳极反应明显缓慢，因此质子交换膜燃料电池的输出性能往往受到阴极多孔电极内氧气浓度不足的限制。

目前燃料电池传统流场设计，由于肋板的存在显著影响了氧气在阴极流场板内的传输，导致肋板下方对应的多孔电极区域内氧气浓度低，多孔电极内局部氧气浓度不足会降低质子交换膜燃料电池的性能，缩短寿命。因此，对质子交换膜燃料电池的阴极流场板结构重新进行优化设计，目的在于增强流场板内氧气的均匀分布和氧气向多孔电极内的传输，将是提升质子交换膜燃料电池性能和寿命的一项关键手段。

发明内容

本发明的目的是，提出一种质子交换膜燃料电池优化阴极流场板的装置，在增大流场板内部流动空间基础上，具有增强流场板内气体均匀分布和向多孔电极内传输的作用。

以下对本发明技术原理及结构方案予以说明：质子交换膜燃料电池阴极流场板，在阴极流场板与阳极流场板的中间层设置多孔电极。其结构是在长方形阴极流场板的表面设有沉槽，沉槽的四周设有槽璧。在两个短边槽璧上分别设有一个矩形入气孔和矩形出气孔，沉槽的底部分布设有M排×N列的具有气体导流作用的倾斜四棱柱。

强化流体扰动的技术特征是，倾斜四棱柱的上表面是非矩形的平行四边形，平行四边形内两个锐角分别指向阴极流场板矩形入气孔和矩形出气孔所在方向，并且倾斜四棱柱的倾斜方向由矩形入气孔指向矩形出气孔，倾斜四棱柱导流气体沿阴极流场板长度方向传输，以增强阴极流场板内气体的均匀分布。

本发明的特点以及产生的有益效果是：阴极流场板的优化设计，能够有效增大流场板内气体流动空间，内部倾斜四棱柱结构起到流场板导电的作用外，更起到气体导流的作用。既导流气体沿流场板短边方向传输，增强流场板内气体的均匀分布，也能导流气体由垂直方向进入多孔电极，有效提高多孔电极内氧气浓度，提升燃料电池输出性能，避免局部氧气缺乏。

附图说明

图1为质子交换膜燃料电池外观结构原理图。

图2为质子交换膜燃料电池阴极流场板原理的立体结构图。

图3为图2的俯视图，用以说明所设置四棱柱的倾斜方向。

图4为本发明实施例电池性能效果对比图。

图5为本发明实施例催化层中氧气平均浓度对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的，不以此限定本发明的保护范围。

质子交换膜燃料电池的整体结构如图1所示。其基本结构包括多孔电极，阴极流场版和阳极流场板，阳极通入氢气，阴极通入空气。