[实用新型]一种具有变截面流场通道的质子交换膜燃料电池双极板

说明书

本实用新型提供了一种具有变截面流场通道的质子交换膜燃料电池双极板，包括双极板本体，双极板本体上沿反应气体流动方向设置有多条平行分布的流场通道，各流场通道均由多段连续间隔分布且相互连通的A段和B段组成，A段截面面积沿反应气体流动方向连续变小，B段截面面积沿反应气体流动方向连续变大，A段和B段长度相同，相邻两个流场通道之间A段和B段的位置相互对应，A段和B段在连接部位截面形状相同。A段和B段的截面变化可以是槽宽的变化，也可以是槽深的变化。当反应气体流经时，相邻通道的A段和B段之间形成压差，反应气体可以跨通道流通，可有效增加膜电极反应效率，同时可以带走流场脊下区域较难排走的生成水，降低电池水淹风险。

技术领域

本实用新型属于质子交换膜燃料电池技术领域，具体涉及一种具有变截面流场通道的质子交换膜燃料电池双极板。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种通过氢气和氧气电化学反应而发电的装置，反应产物为水，是应用前景广阔、潜力巨大的清洁能源。质子交换膜燃料电池的核心是MEA组件及双极板，MEA组件是将两张喷涂有Nafion溶液及Pt催化剂碳纤维纸电极置于经预处理的质子交换膜两侧，使催化剂靠近质子交换膜，在一定温度和压力下模压制成，双极板用于为氢气和氧气提供气体分配槽道，隔绝燃料与氧化剂，导电及传导电化学反应热，并为MEA组件提供支撑结构。在燃料电池工作工程中，阳极反应物通过流场流道进气口进入流场活化反应区，再经扩散层到达催化剂层，经催化后变为离子通过质子交换膜，在阴极流场活化反应区与阴极反应物反应，从而形成电流。双极板是质子交换膜燃料电池中起到支撑固定膜电极组件、分隔燃料气体(氢气)和氧化气体(氧气或空气)、让反应气在质子交换膜两侧均匀分布并高效反应、收集传导电流等作用的重要部件，燃料电池双极板及流场的设计将直接影响燃料电池阳极、阴极反应物的流体分布及水管理，从而影响燃料电池效率。现有的双极板设计最常见的流场通道形式包括平行通道流场、多通道蛇形流场和交指型流场，其中平行流场和蛇形流场，因其结构形式原因，反应气体介质难以渗透至流场通道间的脊部所对应区域，导致该区域扩散层内气体浓度较小，膜上电化学反应效率较低，从而导致膜上的反应不均匀，同时在流场通道脊下的积水不易排出，容易造成水淹和通道阻塞，影响反应效率，降低设备寿命；交指型流场是一种流道间断的流场，间断的流道会迫使流体强制对流进入扩散层，带动了扩散层空隙内液态水的流动与排出，在一定程度上解决了前述存在的问题，但是交指型流场会增大进出口的压降，这是因为断续的流道结构本身存在的阻力较大，较高流速的反应流体易对扩散层造成较大的冲击，导致局部过热，损坏扩散层，同时过大的压降会增加能耗，降低电池的工作效率。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种流场通道截面连续变化的质子交换膜燃料电池双极板。为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种具有截面变流场通道的质子交换膜燃料电池双极板，包括双极板本体，双极板本体上沿反应气体流动方向设置有多条平行分布的流场通道，各流场通道均由多段连续间隔分布且相互连通的A段和B 段组成，A段的截面面积沿反应气体流动方向连续变小，B段的截面面积沿反应气体流动方向连续变大，A段和B段的长度相同，相邻的两个流场通道之间A段和B段的位置相对应，A段和B段的连接部位截面形状相同。

优选的，A段的槽宽沿反应气体流动方向连续变小，B段的槽宽沿反应气体流动方向连续变大。

进一步的，流场通道的槽宽呈折线型变化。

进一步的，流场通道的槽宽呈蜿蜒曲线型变化。

优选的，A段的槽深沿反应气体流动方向连续变小，B段的槽深沿反应气体流动方向连续变大。

优选的，A段的槽宽和槽深均沿反应气体流动方向连续变小，B 段的槽宽和槽深均沿反应气体流动方向连续变大。