[发明专利]点状流场与平行流场自动切换的燃料电池自适应流场板

说明书

本发明公开了一种点状流场与平行流场自动切换的燃料电池自适应流场板，流场板的结构包括：反应物进口和出口，流场板上设有若干脊和流道，脊侧的凹槽以及布置的自适应结构。当流道中有积存的液态水时，相邻的两个自适应结构吸水膨胀，流道截面逐渐变小，甚至使局部或全部流道闭合，使流场板从点状流场变为平行流场；当流道中不再有积存的液态水时，在电池运行温度和气流吹扫的条件下，自适应结构会脱水收缩，重新形成通道，平行流场变为点状流场。本发明能够对流道中的液态水含量发生自适应变化，在液态水含量较大时，加快液态水的移出，避免局部水淹；在流道中液态水含量较小时，减少两相流动阻力，减小泵功消耗，提升电池净功率。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及燃料电池的一种液态水自适应流场板结构。

背景技术

面对世界气候逐渐发生改变，多数国家纷纷颁布了一系列政策发展减碳、零碳排放， 并支持氢能相关产业的发展，促进推广氢能的使用，加速制氢效率，改进制氢工艺，为氢 能的商业化和社会化铺平道路。

氢燃料电池是一种转换效率高，启动快，零污染，将氢气作为燃料直接将化学能转化 为电能的发电装置。近几年，燃料电池受到了多国政府和汽车企业的重视，燃料电池相关 产业迅速发展。目前，燃料电池已被应用到移动电源、发电站、电动汽车等领域。

流场板作为燃料电池的重要组成部件之一，对燃料电池的性能有重要影响。其作用是 为反应气体提供空间流动和传输，促进液态水移除，采集电流等。目前，已有的传统流场 有平行流场、蛇形流场、交指型流场、点状流场等。传统流场存在反应物分布不均，排水性能差，流动阻力大，泵功消耗多等缺点。目前对于流场板的研究主要分为两个方面：优 化传统流场和研发新型流场。

在上述传统流场中，点状流场反应物分布均匀，反应气体流动阻力较小，但排水困难， 容易发生局部水淹现象；在平行流场中，流道压力更大，但在液态水较多时，排水效果比 点状流场好。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述两种流场的不足，提供一种根据流道中的含水量变化不 同流场类型相互切换，发挥二者优势的自适应流场板结构。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种平行流场与蛇形流场互相切换的燃料电池自适应流场板结构，包括反 应物的进口和出口，流场板上设有若干脊和流道，脊侧的凹槽以及布置的自适应结构。

进一步，在脊侧添加自适应结构，当流道中有积存的液态水时，通过自适应结构吸水 膨胀，流道横截面积逐渐变小，最终流道闭合使局部或全部流场从点状流场变为平行流场； 当流道中不再有积存的液态水时，自适应结构能够在电池运行温度下加热或者反应气体吹 扫的情况下脱水收缩，流道横截面积变大，流场变回点状流场，从而实现不同液态水含量 工况下点状流场与平行流场的自动切换。

进一步，脊侧布置几何参数相同的自适应结构，自适应结构在吸水前高度为流道深度 的1/2～3/4，长度为脊长度的1/2～3/4，宽度为流道宽度的1/6～1/3。

进一步，自适应结构在流道平面上的投影为扇形、矩形或三角形。

进一步，自适应结构在电池运行温度下不会溶解。

进一步，自适应结构在吸水饱和膨胀后，高度与流道深度一致。

进一步，自适应结构所用的湿敏材料为对膜电极无害的高分子聚合物，在水淹环境中 3min～5min内达到吸水饱和，在80℃的条件下，吸水饱和的线膨胀度为40％～230％。

进一步，脊侧具有凹槽结构，自适应结构的一部分是与凹槽相吻合的凸起结构。

进一步，脊侧的凹槽结构的最佳尺寸：长度为0.2mm～0.6mm，宽度为0.2mm～0.6mm， 深度为0.1mm～0.3mm。