[发明专利]一种质子交换膜燃料电池波浪型流场结构

说明书

本发明提供了一种质子交换膜燃料电池波浪型流场结构，包括进气孔、Y型流道、圆形流道、蹄形肋板、矩形流道、极板材和出气孔，所述圆形流道和Y型流道均采用波浪型结构并交替排列，进气口位于流场结构中心，出气口均匀分布于流场最外侧。反应气体由进气孔进入流场，通过圆形流道、矩形流道和Y型流道向外层层扩散。与现有发明相比，本发明采用圆形极板材有利于促进反应气体的均匀分布，矩形流道增强了流场的排水性能，有效避免了水淹现象的发生，波浪型结构使气体强制对流，在垂直方向产生分速度，提高了燃料电池传质效率和功率密度。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池波浪型流场。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将化学能转化为电能的燃料电池，由于其具有能量转换效率高、清洁、高效的特点，与热机相比，燃料电池可以将化学能直接转化为电能，不受卡诺循环的限制，能量转化效率可以达到90％，近年来燃料电池技术发展迅速，受各国以及相关企业的高度重视，被称为21世纪最有前途的清洁能源转化装置。在环境保护日益被重视的今天广泛使用。

双极板又称集流板作为燃料电池的核心组件之一，起到了分配气体、收集电流以及支撑电池结构的作用，流场是在双极板上加工的凹凸形状的沟槽，双极板性能的优劣取决于流场的设计，要使质子交换膜燃料电池拥有较好的性能，一方面要保证充足的反应物供应，另一方面要把反应过程中产生的水及时排出。

目前，常见的燃料电池的种类有平行流场、蛇型流场和交指型流场，平行流场具有制作成本低，总压降低的优点。但当流场过宽时，容易形成水分堆积，造成“水淹”现象。

蛇型流场具有排水效果好的优点，因为单一流动路径能有效促进液态水的传输，但蛇型流场压降较大，且容易造成气体浓度分布不均匀。

交指型流场与平行流场和蛇型流场相比，水管理的效果更好，因为交指型流场会使反应气体在扩散层中发生强制对流，但也会导致形成很大的压降。

针对现有技术的不足，提出一种质子交换膜燃料电池波浪型流场。

发明内容

本发明的目的是针对常规流场的不足，提供一种质子交换膜燃料电池波浪型流场，解决燃料电池工作过程中反应气体分布不均匀以及排水效果不佳的不足，提高质子交换膜燃料电池的电流密度。

本发明所采用的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池波浪型流场，其特征在于：包括进气口、极板材、圆形流场、Y形流道、矩形流道、蹄形肋板和出气口。

进一步的进气口的形状可为圆形或正方形，出气口的形状可为椭圆形或矩形。

进一步的进气口和梯形肋板均加工在极板上。出气口若干，等间距呈环形分布于流场最外侧。

进一步的内侧Y形流道与外侧Y形流道呈品字形配置，且内侧Y形流道出口与外侧Y形流道入口在同一直线上。

进一步的在梯形肋板底部设置有矩形流道，同一梯形肋板下的矩形流道平行分布，矩形流道数量视极板面积而定。

进一步的最外侧Y形流道出气口与燃料电池出气通道不在同一径向，呈交错配置。

进一步的圆形流道和Y形流道的纵向截面的形状为波浪形曲线，圆形流道的波浪型曲线采用正弦函数y＝1-0.5*sin(pi*x)设计。Y形流道的波浪型曲线采用正弦函数y＝1-0.5*sin(3pi/4*x)设计，且Y形流道中主干流道与分支流道的数量比为1:2。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明一种质子交换膜燃料电池波浪型流场，这种结构流场采用Y型流道与圆形流道接替分布的方式，使整体结构更加牢固。Y形流道结构由于分支流道纵向截面面积减小，加快了反应物流动速度，提高了反应物的扩散传质效率。圆形流道有利于反应物的再分配，提高了反应物分布均匀性。