一種燃料電池雙極板流場流體分布的可視化裝置及方法與流程

2023-07-24 20:02:37 1

本發明涉及一種燃料電池雙極板流場流體流動及分布狀況的可視化裝置及方法。

背景技術：

質子交換膜燃料電池以全氟磺酸型固體聚合物為電解質，鉑/碳或鉑-釕/碳為電催化劑，氫或其他物質為燃料，空氣或純氧為氧化劑，帶有氣體流通通道的石墨或表面改性的金屬板為雙極板，雙極板是燃料電池關鍵部件之一，其流場結構直接影響到電極各部分能否獲得均勻和充足的燃料，氧化劑以及反應產物能否及時排出電池體外，流場結構的設計可通過可視化方法研究。現有技術的燃料電池雙極板可視化研究主要是通過透明玻璃板與雙極板組成可視化裝置，透過透明雙極板觀察流體在雙極板上的流動及分布狀態，如ZL200710012312.4，通過在透明端板的進出口給定一定流量、溫度的汽液混合流體，攝像機記錄流體在流場的流動情況，該技術存在的問題是透明端板和雙極板直接組合在一起，未考慮雙極板與MEA接觸後流體流動與分布狀態。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種質子交換膜燃料電池雙極板流體流動及分布的可視化裝置與方法。本發明的目的通過下述技術方案予以實現：

1).設計具有特殊鏤空結構的陽極板或陰極板，該陽極板或陰極板的材料為金屬板或石墨板，根據雙極板流場結構設計，且將流場結構的溝槽部分鏤空，鏤空的陽極板或陰極板與透明端板表面貼合在一起形成流場，透明端板上具有流體進出口，可將流體通入到流場內。透明端板與陽極板或陰極板，MEA，雙極板，底板組裝成電池。

2)透明端板上的流體進口與流體管路通道相連接，流體通道的進口端接上可調節流量的三通閥，三通閥的一個通道接在氣體供應裝置上，另一個通道接在液體供應裝置上。流體輸送管道上裝設流體控制儀器包括氣體流量控制器、液體流量計、氣體穩壓閥和壓力測量儀表，；流體出口處設有可控制具有開閉功能的電磁閥。

3)先關閉液體通道閥，打開氣體通道閥，氣體通過減壓閥、質量流量控制器，壓力計進入三通閥，然後通過端板處流體進口進入雙極板流場，打開液體通道，打開泵，調節液體的流量，氣體與液體在流場內形成汽液兩相流，打開出口閥，使流體在流場內流動，流體排放為常排或脈衝排氣。

4)打開高速分辨攝像機，拍攝汽液兩相流在流場中的分布及運動情況。

與現有技術相比，本發明方法主要是模擬燃料電池的真實狀態，可視化過程觀察的是流體在流場與MEA接觸後的流體流動與分布情況，所採用的方法簡單， 可以更準確，更迅速的觀察到流體的流動與分布情況，為雙極板的流場設計提供依據。

附圖說明

本發明共有3張附圖：

圖1為鏤空陽極板截面圖；

圖2為電池結構圖；

1.透明端板2.鏤空陽極板3.MEA 4.雙極板5.底板6.緊固件7.端板進口8.端板出口9.流場10緊固螺栓；

圖3為流體供應裝置結構圖；

11.風機12.穩壓閥13.氣體流量控制器14.壓力計15.截止閥16兩向三通閥17水箱18泵19壓力調節閥20液體流量計21壓力計22截止閥。

具體實施方式

結合附圖進一步說明本發明的一種燃料電池雙極板流場流體流動及分布狀況的可視化裝置及方法。

如圖1，2，3所示：鏤空的陽極板2的設計方案與正常陽極板的相同，將流場溝槽部分鏤空，該鏤空的陽極板2與透明端板1表面貼合在一起用形成流場9，陽極板2與透明端板1用緊固件6緊固在一起，透明端板1上具有流體進口7，流體出口8，流體可通過流體進口7入到流場9內，從流體出口8流出。透明端板1、陽極板2、MEA3、雙極板4、底板5組裝成電池，用緊固螺栓10緊固。

端板進口7處與流體管路通道相連接，流體通道的進口端接上可調節流量的三通閥16，三通閥16的一個通道接在氣體供應裝置上，另一個通道接在液體水供應裝置上。先關閉液體水通道閥22，打開氣體通道閥15，打開風機11，調節氣體壓力調節閥12，調節氣體流量控制器13，控制氣體流量，氣體通過壓力計14進入三通閥16，然後經透明流體進口處進入陽極板流場，打開液體水通道閥22，打開泵18，調節液體水壓力調節閥19，調節液體水流量計20，控制液體水的流量，液體水通過壓力計21進入三通閥16，然後經端板流體進口進入陽極板流場，氣體與液體水在陽極板流場內形成汽液兩相流，打開出口閥，使流體在陽極板流場內流動，流體排放方式為常排或脈衝排氣。測量時陽極板的面積為350cm2，流場結構：流場溝槽、流場脊、流場槽深尺寸為1.5*1.5*0.5mm,控制空氣的壓力為0.01Mpa，流量為0.1m3/h,水流量為0.05m3/h，空氣和水同時通入流場後，打開高速攝像機，高速攝像機記錄該狀態下流體的流動及分布狀態，分別微調氣體、液體水流量，用攝像機連續記錄該狀態下的流體的流動及分布狀態。