[发明专利]质子交换膜燃料电池流道结构及质子交换膜燃料电池

说明书

本发明属于燃料电池结构领域，提供了种质子交换膜燃料电池流道结构及质子交换膜燃料电池。其中，所述质子交换膜燃料电池流道结构的上表面呈波浪状，流道结构的深度沿气体流动方向逐渐变小，流道结构的宽度沿气体流动方向逐渐变大，这使得反应气体与扩散层的接触面积不断增大，也更容易进入电池内部，更易均匀扩散，迫使更多氧气进入催化层，提高电池催化层氧气浓度，提高电池电流密度。

技术领域

本发明属于燃料电池结构领域，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池流道结构及质子交换膜燃料电池。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将燃料与氧化物中的化学能不需要燃烧之进而转化为电能的一种装置。它具有能量转换效率高、电流密度大，清洁、零碳排放等优点。被广泛认为最有发展前景的发电技术。目前，质子交换膜燃料电池使用寿命、性能还存在很大的发展潜力，其中液态水是否及时排出、反应气体是否均匀分布是影响其性能的关键因素。

质子交换膜燃料电池在工作时，阴极会生成水。在高电流密度下，产生的水若无法及时排出，会堵塞反应气体传输通道。从而造成“水淹”现象，影响其性能。流道中的反应气体以扩散的方式依次进入扩散层，催化层。扩散速度的快慢、扩散是否均匀也直接影响着发电性能。

电流密度及能量密度是判断质子交换膜燃料电池的的优劣的重要指标。目前，常见的平行单流道质子交换膜燃料电池由于反应物向催化层扩散率低、导致能量密度小，液态水不易排出等问题，无法满足商用的需求。

发明人发现，普通的波浪形流道结构的质子交换膜燃料电池促进反应气体从流道中进入电极并加快阴极反应生成的水从流道中排出，提升燃料电池的性能。但在高电流密度下，在电池的后段，随着反应气体特别是氧气的大量消耗，往往会出现电池催化层供气不足的情况，影响电池的性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一个方面提供了一种质子交换膜燃料电池流道结构，首先，通过上下起伏的流道，使得流动方向与扩散方向形成一定的夹角迫使更多的反应气体进入扩散层及催化层，从而提高催化层反应气体浓度，提高电流密度，同时，为了提高电池的后半段的电流密度，改善流道后半段供气不足的情况，波浪形流道的深度随着流动方向不断减小，宽度不断增加。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种质子交换膜燃料电池流道结构，其上表面呈波浪状，下表面呈水平状；所述流道结构的深度沿气体流动方向逐渐变小，所述流道结构的宽度沿气体流动方向逐渐变大；其中，流道结构的深度为流道结构上表面与下表面之间的垂直距离，流道结构的宽度为下表面宽度。

为了解决上述问题，本发明的第二个方面提供一种质子交换膜燃料电池。

一种质子交换膜燃料电池，其包括质子交换膜以及位于质子交换膜两侧的阳极催化层、扩散层、流道、集流板和阴极催化层、扩散层、流道、集流板；所述阳极流道和阴极流道均采用上述所述的质子交换膜燃料电池流道结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

设计了一种优化波浪形流道结构，通过上下起伏的流道，使得流动方向与扩散方向形成一定的夹角迫使更多的反应气体进入扩散层及催化层，从而提高催化层反应气体浓度，提高电流密度。波浪形流道的深度随着流动方向不断减小，宽度不断增加，这使得反应气体与扩散层的接触面积不断增大，也更容易进入电池内部，更易均匀扩散，迫使更多反应气体进入催化层，提高电池催化层反应气体浓度，提高电池电流密度。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例的质子交换膜燃料电池结构图；