[发明专利]一种质子交换膜燃料电池的阴极板、双极板及燃料电池

说明书

本发明涉及燃料电池技术领域，公开了一种质子交换膜燃料电池的阴极板、双极板及燃料电池，其中所述阴极板包括阴极板本体，所述阴极板本体的一端设有氧化剂入口，所述阴极板本体的另一端设有氧化剂出口；所述阴极板本体的一侧表面设有由沟槽形成的阴极流场；所述阴极流场包括依次连接的第一过渡部、平行流场部、第二过渡部和蛇形流场部；所述第一过渡部与所述氧化剂入口连接，所述蛇形流场部与所述氧化剂出口连接。本发明在不提高阴极氧化剂供给设备压力的同时可以提高阴极流场的排水效果，保证了氧化剂能够充分反应，从而提高了阴极的电化学反应性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种质子交换膜燃料电池的阴极板、双极板及燃料电池。

背景技术

质子交换膜燃料电池阴极流场的主要作用是输送氧化剂(空气或氧气)到达阴极表面发生电化学反应，同时将反映产物(水)排出。质子交换膜燃料电池在工作时，阴极会产生大量的水；这些水如果不及时排出，会导致氧化剂无法到达反应界面，从而造成传质极化，降低电池性能，甚至造成电极反极现象，烧毁电极，造成不可逆的损伤。因此，适宜的流场结构会优化阴极的排水，保证电池持续稳定的工作。

目前阴极流场结构有点状流场、网状流场、平行流场、多通道蛇形流场、以及仿生流场等，其中最广泛使用的是平行流场与多通道蛇形流场。这两种流场都具有无死区的优点，通过流场结构参数的优化，可以实现氧化剂(空气或氧气)有效输送到阴极发生电化学反应。

但是，平行流场与多通道蛇形流场相比，具有阻力降小的优点，对于阴极氧化剂供给设备的要求较低，但由于流场中线速度相对较小，导致排水的效果不如多通道蛇形流场；多通道蛇形流场中线速度相对较大，流场的阻力降大，使得流场排水的驱动力大，因此多通道蛇形流场的排水效果要好于平行流场，但对于阴极氧化剂供给设备的要求较高，需要提供足够的势能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何在不提高阴极氧化剂供给设备压力的同时提高阴极流场的排水效果，并保证氧化剂充分反应，从而提高阴极的电化学反应性能。

为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种质子交换膜燃料电池的阴极板，其包括阴极板本体，所述阴极板本体的一端设有氧化剂入口，所述阴极板本体的另一端设有氧化剂出口；所述阴极板本体的一侧表面设有由沟槽形成的阴极流场，所述阴极流场的始端与所述氧化剂入口连接，所述阴极流场的末端与所述氧化剂出口连接；

所述阴极流场包括依次连接的第一过渡部、平行流场部、第二过渡部和蛇形流场部；所述第一过渡部与所述氧化剂入口连接，所述蛇形流场部与所述氧化剂出口连接；

所述平行流场部包括若干个平行分布的直线沟槽，各所述直线沟槽的始端均与所述第一过渡部连接，各所述直线沟槽的末端均与所述第二过渡部连接；

所述蛇形流场部包括若干个蛇形沟槽，各所述蛇形沟槽的始端均与所述第二过渡部连接，各所述蛇形沟槽的末端均与所述氧化剂出口连接。

进一步的，所述第一过渡部位于所述平行流场部的始端，所述第二过渡部位于所述平行流场部的末端；所述氧化剂入口与所述第一过渡部的右端连接，所述蛇形流场部的始端与所述第二过渡部的左端连接。

进一步的，各所述蛇形沟槽的末端均位于所述阴极板本体的左侧，各所述蛇形沟槽的结构相同。

进一步的，所述蛇形沟槽的数量至少为2个。

进一步的，各所述蛇形沟槽分别具有至少2个迂回部。

进一步的，所述阴极流场还包括入口槽，所述氧化剂入口与所述第一过渡部通过所述入口槽连接。

进一步的，所述第一过渡部内和所述第二过渡部内分别设有若干个导流支柱，所述导流支柱为棱柱形或圆柱形。

本发明第二方面提供了一种质子交换膜燃料电池的双极板，其包括阳极板和如上述任一方案所述的阴极板。