一種燃料電池氧基板的製作方法
2023-11-01 08:49:27 1
專利名稱：一種燃料電池氧基板的製作方法
技術領域：
本發明涉及燃料電池氧基板，具體涉及一種質子交換膜燃料電池氧基板。
背景技術：
燃料電池是一種不經過燃燒而以電化學反應方式將燃料的化學能直接變為電能的發電裝 置，亦即通過氧與氫結合成水的簡單電化學反應而發電。它的種類可以多種多樣，但都基於 一個基本的設計，即它們都含有二個電極， 一個負陽極和一個正陰極。這二個電極被一個位 於它們之間的、攜帶有充電電荷的固態或液態電解質分開。電極上的催化劑如白金，常用來 加速電化學反應。只要向燃料電池不斷供給燃料，就可以在電極上連續發生電化學反應，並 產生電流。單個燃料電池塊的電壓小於1V ，因而要將多個燃料電池組合在一起，製成電池 堆，並根據電壓和電流的需要將電池堆進行串聯或並聯，以產生足夠的電力。因而燃料電池 具有傳統鉛酸電池無可比擬的獨特優越性，高效率、無汙染、低噪聲、建設周期短、易維護 以及成本低是其誘人特點。
儘管燃料電池有上述諸多優點，目前燃料電池自身還存在很多技術問題，因而沒有得到 大規模應用。其中一個比較重要的問題是反應氣體在流場內的分配，而反應氣體在流場內的 分配取決於雙極板的流場結構。雙極板的流場結構決定反應氣體與生成物在流場內部的流動 狀態以及電池長期運行的穩定性。合理的流場設計應該能均勻分配電池所需燃料與氧化劑， 保證電流密度均勻；同時將電池生成的水隨尾氣及時順利地排出。
對於自吸式氫空燃料電池，如何分配氧化道與冷卻道的氣體流量長期困擾著人們。氧化 道的氣體流量要合適，如果供應的氣體量不足夠，無法滿足電池工作的需要，同時由於電池 出口部分生成水的積累，液態水較多容易導致電池水淹，影響電池性能；如果供應的氣體量 過多，流場內溼度會相對較低，導致質子交換膜較幹，內阻增大，歐姆極化增大，且容易使 膜破損，電池性能變差。冷卻道的氣體流量同樣重要，冷卻道的氣體用於電池的散熱，電池 工作過程中會產生熱量，帶走部分的熱量有助於電池更加高效的工作，散熱的比例對電池工 作的穩定性和使用壽命起很大作用。
發明內容
本發明的目的是在於提供一種質子交換膜燃料電池氧基板，所述的氧基板的流場結構能 夠限制氣體流量，使反應氣體在流場內分配均勻，同時還可以合理分配氧化道和冷卻道中的 氣體量。
為實現上述發明目的，本發明採用如下技術方案
一種燃料電池氧基板，所述氧基板的一側設置有氧化流道，另一側設置有散熱流道，所 述氧基板設有散熱流道的一側還設有廢氣流道，所述廢氣流道的一端封閉，另一端敞開；所 述廢氣流道的底部設有與氧化流道相連通的限流孔。所述廢氣流道的數目為1一8。
所述限流孔的孔徑為0.5mm—1.5mm，所述氧化流道的槽寬為岸寬的l一3倍；所述散熱流 道的槽寬為岸寬的1一3倍。
所述氧基板為石墨板/碳板或金屬板。
所述氧基板為平板、圓筒狀或中空多稜柱體狀，所述中空多稜柱狀優選為中空三稜柱狀 、中空四稜柱狀、中空五稜柱狀、中空六稜柱狀、中空七稜柱狀或中空八稜柱狀。
本發明設計的氧基板流場結構能夠限制氣體流量，使反應氣體在流場內分配均勻，同時 還可以合理分配氧化道和冷卻道中的氣體量。所述限流孔的孔徑大小設定為O. 5mm—l. 5mm之 間。研究表明，如果孔徑小於0.5mm，反應產生的水無法隨氣體有效排出，發生凝聚，降低 了氧氣通過氣體擴散層的速度，甚至會淹沒電催化劑的活性點，導致傳質過程受阻；液態水 的存在還容易導致氣體在電極內和系統內各單元之間分布不均勻，從而導致電池性能下降， 並造成系統內各個單元電池的電壓不等。如果孔徑大於1.5mm，則反應後的氣體排出速度太 快，反應產生的水氣隨氣體排出，無法有效溼潤質子膜而導致膜失水，導致電池的歐姆壓增 大，同時會降低催化層截面的活性。如果孔徑選擇在0.5mm—1.5mm，電堆工作過程中產生的 水蒸氣足以對膜進行潤溼，而無需對反應氣體進行潤溼。
圖l為本發明氧基板的氧化流道結構示意圖2為本發明氧基板的A—A剖視圖3為本發明氧基板的散熱流道結構示意圖；圖4為本發明氧基板的B—B剖視圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
參照圖1一4， 一種燃料電池氧基板，氧基板為石墨板/碳板或金屬板，氧基板的一側設 置有氧化流道2，另一側設置有散熱流道3，所述氧基板設有散熱流道3的一側還設有廢氣流 道4，所述廢氣流道4的一端封閉，另一端敞開；所述廢氣流道4的底部設有與氧化流道2相連 通的限流孔l，限流孔l的孔徑為0.5mm—1.5mm。氧基板的對角位置設有定位孔7。
所述氧化流道2的槽寬為岸5寬的1一3倍，所述散熱流道3的槽寬為岸6寬的1一3倍。
參照圖1一4，所述氧基板可以為平板狀。
所述氧基板可以為中空多稜柱狀，如中空三稜柱狀、中空四稜柱狀、中空五稜柱狀、中 空五稜柱狀、中空六稜柱狀、中空七稜柱狀或中空八稜柱狀。中空多稜柱狀可以為正多稜柱 狀，也可以為不規則多稜柱狀。當氧基板為中空多稜柱狀時，多稜柱的每一側面均可設有一 廢氣流道4，廢氣流道4的所述廢氣流道4的底部設有與氧化流道2相連通的限流孔1;也可以 只在其中的一個側面或幾個側面上設有廢氣流道4，所述廢氣流道4的底部設有與氧化流道2 相連通的限流孔l。
燃料電池工作時，空氣進入氧化流道2內，並在MEA內與氫氣接觸反應，生成氣態水。氣 態水與未參與反應的氣體通過限流孔1到達廢氣流道4，在氫空風扇的吸力下沿廢氣流道4排 出電堆。反應產生的熱量隨散熱流道3內的空氣排出。
權利要求
權利要求1一種燃料電池氧基板，所述氧基板的一側設置有氧化流道(2)，另一側設置有散熱流道(3)，其特徵在於所述氧基板設有散熱流道(3)的一側還設有廢氣流道(4)，所述廢氣流道(4)的一端封閉，另一端敞開；所述廢氣流道(4)的底部設有與氧化流道(2)相連通的限流孔(1)。
2.根據權利要求l所述燃料電池氧基板，其特徵在於所述限流孔(1)的孔徑為O. 5mm—1. 5mm。
3.根據權利要求l所述燃料電池氧基板，其特徵在於所述廢氣流道(4)的數目為1一8。
4.根據權利要求l、 2或3所述燃料電池氧基板，其特徵在於所述氧化流道(2)的槽寬為岸(5)寬的1一3倍；所述散熱流道(3)的槽寬為岸(6)寬的1一3倍。
5.根據權利要求l、 2或3所述燃料電池氧基板，其特徵在於所述氧基板為石墨板/碳板或金屬板。
6.根據權利要求l、 2或3所述燃料電池氧基板，其特徵在於所述氧基板為平板、圓筒狀或中空多稜柱體狀。
7.根據權利要求6所述燃料電池氧基板，其特徵在於所述中空多稜柱狀為中空三稜柱狀、中空四稜柱狀、中空五稜柱狀、中空六稜柱狀、中空七稜柱狀或中空八稜柱狀。
全文摘要
本發明公開了一種燃料電池氧基板，所述氧基板的一側設置有氧化流道，另一側設置有散熱流道，所述氧基板設有散熱流道的一側還設有廢氣流道，所述廢氣流道的一端封閉，另一端敞開；所述氧化流道的底部設有與廢氣流道相連通的限流孔，限流孔的孔徑為0.5mm-1.5mm。所述的氧基板的流場結構能夠限制氣體流量，使反應氣體在流場內分配均勻，同時還可以合理分配氧化道和冷卻道中的氣體量。
文檔編號H01M8/02GK101471447SQ20071020342
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月26日 優先權日2007年12月26日
發明者侯曉峰, 冀中華, 鋼 肖, 捷 馬 申請人:漢能科技有限公司