蚊香型流場分布結構的雙極板的製作方法
2023-05-01 10:20:31 2
專利名稱：蚊香型流場分布結構的雙極板的製作方法
技術領域：
本發明涉及質子交換膜燃料電池技術領域，尤其是一種雙極板。
背景技術：
料電池是將化學能直接轉化成電能的裝置，不受卡諾循環的限制，能量轉換率高， 對環境無汙染，被認為是未來的清潔能源。一個質子交換膜燃料電池(PEMFC)本體由若干 個電池單體組成，一個電池單體主要由膜電極(陰極、質子交換膜和陽極)和雙極板組成。 雙極板是將PEMFC單電池串聯起來組成電池堆的關鍵部件之一，因此雙極板的流道結構是 否合理直接影響電池壽命與性能，是燃料電池中不可忽視的問題。合理的流場板設計應滿 足如下要求(1)能均勻分配電池發電所需的燃料與氧化劑，以保證電流密度分布均勻，從 而避免局部過熱；(2)能使反應生成的水在反應尾氣吹掃和夾帶下順利排出。目前，基本流道類型主要包括蛇形流道、直通型流道、平行蛇形流道、交指流道、螺 旋流道和網格流道等。以上各種流道類型都存在著各自的缺點，但對燃料電池性能影響較 大的缺點主要有流道過長會造成較大的反應氣體濃度差，不利於水分的排出，尤其是單流 道結構，反應氣體的進口壓降過大，嚴重影響電池的性能；流道結構的不合理容易造成反應 氣體在各個流道中的不均勻分配；反應氣體進口與出口的布置不合理，較難實現水平衡管 理。
發明內容
為了克服已有雙極板流場結構的分配不均勻、制約電池性能的不足，本發明提供 一種分配均勻、有效提升電池性能的蚊香型流場分布結構的雙極板。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種蚊香型流場分布結構的雙極板，包括雙極板本體，所述雙極板本體設有燃料 及氧化劑氣體進口和尾氣出口，所述雙極板本體呈圓柱體，所述圓柱體的表面設有環形流 道，所述環形流道包括從圓心到外圈設置的多層相互隔離的環形流道單元，所述燃料及氧 化劑氣體進口與各個環形流道單元的進口連通，各個環形流道單元的出口與所述尾氣出口 連通，所述燃料及氧化劑氣體進口和尾氣出口呈徑向設置。進一步，所述燃料及氧化劑氣體進口和尾氣出口之間設有隔板。再進一步，所述燃料及氧化劑氣體進口和尾氣出口位於所述圓柱體的同一根直徑 上；該結構能夠實現均勻的分配。所述氧化劑氣體進口和尾氣出口有至少兩個以上，氧化劑氣體進口和尾氣出口交 替設置且等間隔設置在圓周上，適用於大型燃料電池。優選的，在所述圓柱體的同一根直徑上設置所述燃料及氧化劑氣體進口和尾氣出 口，該節能能夠實現更加均勻的分配。本發明的技術構思為在外型上，突破傳統的模式，採用圓柱體代替長方體，使得 燃料電池中反應區的面積增大，提高反應氣體的利用率。
採用同心圓所構成的環形流道結構，各個流道的尺寸由外而內逐漸縮小，正符合 反應氣體的濃度從入口往圓心逐漸遞減的規律，反應更加均勻，提高電池輸出性能的穩定 性。環形流道與其他流道相比，不存在拐角，因此反應氣體與流道的接觸電阻小，從而 反應氣體的進口壓降也小。為了使質子交換膜燃料電池處於高性能的工作狀態，必須始終保持其中質子交換 膜處於溼化不失水的狀態。本專利採用反應氣體進口與出口相鄰的方式，兩流道中的氣流 相對逆向行走，可以利用反應生成的水對反應氣體進口處的氣體進行自增溼，從而避免了 額外的外部增溼裝置。本發明的有益效果為具有氣流通暢，分布均勻，利用率高，性能穩定，反應氣體進 口壓降小，接觸電阻低以及具有自增溼的效果。除此之外，本專利的結構可以根據雙極板的 大小進行調整，適用範圍更廣。
圖1為一種蚊香型流場分布結構的雙極板的結構圖。圖2為另一種蚊香型流場分布結構的雙極板的結構圖。圖3是再一種蚊香型流場分布結構的雙極板的結構圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步描述。參照圖1 圖3，一種蚊香型流場分布結構的雙極板，包括雙極板本體1，所述雙極 板本體1設有燃料及氧化劑氣體進口 3和尾氣出口 4，所述雙極板本體1呈圓柱體，所述圓 柱體的表面設有環形流道，所述環形流道包括從圓心到外圈設置的多層相互隔離的環形流 道單元2，所述燃料及氧化劑氣體進口 3與各個環形流道單元2的進口連通，各個環形流道 單元2的出口與所述尾氣出口 4連通，所述燃料及氧化劑氣體進口 3和尾氣出口 4呈徑向 設置。所述燃料及氧化劑氣體進口和尾氣出口之間設有隔板。或者是所述燃料及氧化劑氣體進口和尾氣出口位於所述圓柱體的同一根直徑 上；該結構能夠實現均勻的分配。所述氧化劑氣體進口和尾氣出口有至少兩個以上，氧化劑氣體進口和尾氣出口交 替設置且等間隔設置在圓周上，適用於大型燃料電池。優選的，在所述圓柱體的同一根直徑上設置所述燃料及氧化劑氣體進口和尾氣出 口，該節能能夠實現更加均勻的分配。如圖1所示，蚊香型流場分布結構的雙極板包括雙極板本體1、燃料及氧化劑氣 體的進口 3、環形流道2、冷卻流體(通常是水)及尾氣出口 4。所述的燃料及氧化劑氣體的 進口 3與冷卻流體及尾氣的出口 4相鄰而設，反應氣體從燃料及氧化劑氣體的進口 3進入 環形流道單元2，按順時針方向，經過反應和消耗後的尾氣從冷卻流體及尾氣的出口 4排出 雙極板外或是直接接到燃料及氧化劑氣體的進口 3，與新的燃料及氧化劑氣體一起進入流 道參加反應，實現循環利用，並且由於反應氣體進出口相鄰，各自流道中的氣體相對逆向行走，使得反應所生成的水對剛進入流道的反應氣體進行增溼，如果參數設置得當，有望真正 實現零排放。若是針對微型燃料電池，雙極板尺寸較小，可採用單進單出的方式，如圖1。所示。若是針對大型燃料電池堆，雙極板尺寸較大，此時環形流道較長，可在環形流道圓 周方向均勻增添反應氣體的進出口，以保證燃料電池能穩定工作。如圖2、3所示。
權利要求
1.一種蚊香型流場分布結構的雙極板，包括雙極板本體，所述雙極板本體設有燃料及 氧化劑氣體進口和尾氣出口，其特徵在於所述雙極板本體呈圓柱體，所述圓柱體的表面設 有環形流道，所述環形流道包括從圓心到外圈設置的多層相互隔離的環形流道單元，所述 燃料及氧化劑氣體進口與各個環形流道單元的進口連通，各個環形流道單元的出口與所述 尾氣出口連通，所述燃料及氧化劑氣體進口和尾氣出口呈徑向設置。
2.如權利要求1所述的蚊香型流場分布結構的雙極板，其特徵在於所述燃料及氧化 劑氣體進口和尾氣出口之間設有隔板。
3.如權利要求1所述的蚊香型流場分布結構的雙極板，其特徵在於所述燃料及氧化 劑氣體進口和尾氣出口位於所述圓柱體的同一根直徑上。
4.如權利要求1所述的蚊香型流場分布結構的雙極板，其特徵在於所述氧化劑氣體 進口和尾氣出口有至少兩個以上，氧化劑氣體進口和尾氣出口交替設置且等間隔設置在圓 周上。
5.如權利要求4所述的蚊香型流場分布結構的雙極板，其特徵在於在所述圓柱體的 同一根直徑上設置所述燃料及氧化劑氣體進口和尾氣出口。
全文摘要
一種蚊香型流場分布結構的雙極板，包括雙極板本體，所述雙極板本體設有燃料及氧化劑氣體進口和尾氣出口，所述雙極板本體呈圓柱體，所述圓柱體的表面設有環形流道，所述環形流道包括從圓心到外圈設置的多層相互隔離的環形流道單元，所述燃料及氧化劑氣體進口與各個環形流道單元的進口連通，各個環形流道單元的出口與所述尾氣出口連通，所述燃料及氧化劑氣體進口和尾氣出口呈徑向設置。本發明提供一種分配均勻、有效提升電池性能的蚊香型流場分布結構的雙極板。
文檔編號H01M4/86GK102104150SQ20111002166
公開日2011年6月22日 申請日期2011年1月18日 優先權日2011年1月18日
發明者姜少飛, 文東輝, 柴國鍾, 王晶晶, 魯聰達 申請人:浙江工業大學