[发明专利]流道对液态水自适应渐变的燃料电池流场板

说明书

本发明公开了一种流道对液态水自适应渐变的燃料电池流场板，流场板的结构包括：反应物的进口和出口，流场板上分布着若干条脊和流道，流场板凹槽内的自适应结构。当流道内有积存的液态水时，自适应结构吸水膨胀，体积变大，使得流道截面积减小，流道变得渐浅或渐窄。当流道内不再有积存的液态水时，自适应结构在电池自身运行温度及反应气体气流吹扫的情况下，内部水分蒸发，脱水收缩，流道截面积变大并恢复常态。本发明通过添加自适应结构使流道对液态水含量变化具有一定自适应能力，既能加快液态水的排出，加快电化学反应速率，又能减小泵功消耗，提升电池净功率。

技术领域：

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池自适应流场板结构。

背景技术：

大力推动清洁可再生能源的广泛应用，将有效减少化石能源在一次能源消费中的占比，减缓化石能源的枯竭。化石能源的开采所带来的生态修复难度与代价极大，在使用过程中会使大气中的温室气体含量明显上升，危及全球生态，因此开发既能使经济效益提升，又能到达污染防治效果的清洁高效的可再生能源是能源安全的必然要求。

其中燃料电池发电是继核能发电、水力发电、火力发电之后的新一代高效连续发电技术，是通过电化学反应将反应物的化学能直接转化为电能。燃料电池具有广泛的温度工作范围、高比能量、高比功率、清洁高效等特点，具有很高的经济性和环保性。

燃料电池的流场板是电池系统组件的主要组成部分之一，电池的性能、运行效率和制作成本都和流场板上的流道设计密切相关。流场板起着提供反应气体流动场所、机械支撑、水热管理等重要作用。流道结构决定反应气体和生成液体水在流道内的流动状态，优化流道设计能够促进液态水排出，减少浓差极化的影响，保障电池运行性能的稳定性。

在流场板中通过优化流道横截面积的方法主要有两种：渐变截面和突变截面。其中，渐变截面流道能够促进反应物运输到催化层，进行电化学反应；另外，减小流道出口横截面积能够增加反应物浓度，提高反应物利用率。但是通过这些方法设计的流道无法适应变工况运行，当流道中液态水含量较少时，流道内较大的两相流动阻力会增加泵功的消耗。

发明内容：

本发明的目的在于，针对上述不足，提供一种通过在流道平面添加自适应结构能够使流道根据流道内液态水含量发生自适应渐变的流场板结构。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种流道对液态水自适应渐变的燃料电池流场板结构，其特征在于：反应物进口和出口，流场板上设有若干脊和流道，流道凹槽内通胶固定的自适应结构。

进一步，在流场板中布置沿反应物流动方向厚度或宽度是逐渐变大的自适应结构，当流道中有积存的液态水时，自适应结构吸水膨胀，使流道的横截面积沿反应物流动方向逐渐减小；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，流道的横截面积恢复常态，从而实现流道横截面积对液态水的自适应渐变。

进一步，自适应结构在吸水饱和后，体积变大，出口处流道的横截面积为入口处的1/5～3/5。

进一步，流道平面或脊侧具有凹槽结构，自适应结构的一部分或者全部是与凹槽相吻合的结构。

进一步，自适应结构吸水膨胀前，流道为直流道或渐变流道。

进一步，流道平面或脊侧上凹槽结构最佳尺寸：长度和流道的长度一致，宽度为0.2mm～0.9mm，深度沿反应物流动方向渐深或等深，入口端为0mm，出口端为0.1mm～0.5mm。

进一步，自适应结构在电池运行温度下不会溶解。

进一步，自适应结构所用的湿敏材料对膜电极无害，在水淹环境中8min～10min内达到吸水饱和，在80℃的条件下，吸水饱和的线膨胀度为60％～240％。