一种具有增强气体传质的流场与流道的燃料电池的制作方法

1.本申请涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种具有增强气体传质的流场与流道的燃料电池。


背景技术：

2.燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。染料电池的传质性能直接反应在流场设计上，在传统的流场设计中，所有流道截面尺寸一致，流阻一致，制约了质子交换膜燃料电池在高电流密度下的性能，即在高电流密度下，流道凸部和碳纸之间的气体传输速度受限，限制了燃料电池的性能。因此，为了解决此类问题，我们提出一种具有增强气体传质的流场与流道的燃料电池。


技术实现要素：

3.本申请提出的一种具有增强气体传质的流场与流道的燃料电池，解决了传统的燃料电池在流场设计中，所有流道截面尺寸一致，导致流阻一致，在高电流密度下，流道凸部和碳纸之间的气体传输速度受限，进而限制燃料电池性能的问题。
4.为了实现上述目的，本申请采用了如下技术方案：
5.一种具有增强气体传质的流场与流道的燃料电池，包括双极板和膜电极，所述双极板的两侧表面均设置有膜电极，所述双极板的两端分别设置有多个呈阵列分布的进气口、出气口，且所述双极板的中部设置有活化区，所述活化区的两端与进气口、出气口之间均设置有流体分配区；
6.所述活化区包括凸部、流道一和流道二，所述凸部与膜电极的内表面接触，且所述凸部将活化区分隔为若干个流道一、流道二，所述流道一与流道二呈间隔错位分布。
7.优选的，所述凸部的宽度在0.3-0.5mm之间，所述流道一为宽流道，且所述流道二为窄流道，所述流道一与流道二的高度在0.2-1.0mm 之间，且所述流道一与流道二的高度在0.3-0.5mm之间，相邻的所述流道一与流道二的高度差在0.05-0.2mm之间。
8.优选的，所述凸部的宽度在0.3-0.5mm之间，所述流道一为高流道，且所述流道二为矮流道，所述流道一与流道二的宽度在0.3-1.5mm 之间，且所述流道一与流道二的宽度在0.5-1.0mm之间，相邻的所述流道一与流道二的高度差在0.1-0.5mm之间。
9.优选的，在所述流道一或流道二的出口与流体分配区之间设置有阻流柱。
10.本申请的有益效果为：
11.通过流道一和流道二的设置，利用改变流道一与流道二的流阻来增加相邻流道之间的压力差，即利用相邻相邻流道之间的压力差增强相邻流道间凸部下方的气体流动，从而起到增强传质的目的；相邻流道间的气体流动也可以加强凸部下方水分的排出，从而提高在高电流密度下的质子交换膜燃料电池性能，且本申请的设计可以适用于直行流道、折行流道、s型流道、蛇形流道等不同形式的流道，提高了实用性。
12.综上所述，本申请通过设计不同流阻的流道实现了相邻流道的压差，有利于增强
内部的传质，进而有利于燃料电池的性能，解决了传统的燃料电池在流场设计中，所有流道截面尺寸一致，导致流阻一致，在高电流密度下，流道凸部和碳纸之间的气体传输速度受限，进而限制燃料电池性能的问题，适宜推广。
附图说明
13.图1为本申请的结构示意图；
14.图2为本申请的实施例一中的双极板的a-a的截面图；
15.图3为本申请的实施例二中的双极板的a-a的截面图；
16.图4为本申请的实施例三种的双极板的结构示意图。
17.图中标号：1、双极板；2、膜电极；3、进气口；4、出气口；5、活化区；51、凸部；52、流道一；53、流道二；6、流体分配区；7、阻流柱。
具体实施方式
18.下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
19.参照图1，一种具有增强气体传质的流场与流道的燃料电池，包括双极板1和膜电极2，在双极板1的两侧表面均设置有膜电极2，在双极板1的两端分别设置有多个呈阵列分布的进气口3、出气口4，在双极板1的中部设置有活化区5，活化区5包括凸部51、流道一 52和流道二53，凸部51与膜电极2的内表面接触，通过凸部51将活化区5分隔为若干个流道一52、流道二53，且流道一52与流道二 53呈间隔错位分布，在活化区5的两端与进气口3、出气口4之间均设置有流体分配区6。
20.实施例一
21.参照图1-2，将凸部51的宽度设置在0.3-0.5mm之间，流道一 52为宽流道，流道二53为窄流道，将流道一52与流道二53的高度均设置在0.2-1.0mm之间，且流道一52与流道二53的高度在 0.3-0.5mm之间，使相邻的流道一52与流道二53的高度差在0.05-0.2mm之间，通过将相邻流道采用不同宽度的设计，改变相邻流道截面积，从而改变相邻流道的流阻，实现相邻流道的压差。
22.实施例二
23.参照图1和图3，将凸部51的宽度设置在0.3-0.5mm之间，流道一52为高流道，流道二53为矮流道，将流道一52与流道二53的宽度均设置在0.3-1.5mm之间，且流道一52与流道二53的宽度在 0.5-1.0mm之间，使相邻的流道一52与流道二53的高度差在 0.1-0.5mm之间，通过将相邻流道采用不同高度的设计，改变相邻流道截面积，从而改变相邻流道的流阻，实现相邻流道的压差。
24.实施例三
25.参照图1和图4，在流道一52或流道二53的出口与流体分配区 6之间设置有阻流柱7，通过在流道出口设置阻流结构，从而改变相邻流道的流阻，实现相邻流道的压差，且阻流结构并不只限于阻流柱 7。
26.实施例四
27.参照图1-3，在流道的主体部分采用常规设置，仅在流道的尾端部分采用实施例一
或实施例二的特征，亦可改变相邻流道的流阻，实现相邻流道的压差。
28.以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，根据本申请的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本申请的保护范围之内。


技术特征：
1.一种具有增强气体传质的流场与流道的燃料电池，包括双极板(1)和膜电极(2)，其特征在于，所述双极板(1)的两侧表面均设置有膜电极(2)，所述双极板(1)的两端分别设置有多个呈阵列分布的进气口(3)、出气口(4)，且所述双极板(1)的中部设置有活化区(5)，所述活化区(5)的两端与进气口(3)、出气口(4)之间均设置有流体分配区(6)；所述活化区(5)包括凸部(51)、流道一(52)和流道二(53)，所述凸部(51)与膜电极(2)的内表面接触，且所述凸部(51)将活化区(5)分隔为若干个流道一(52)、流道二(53)，所述流道一(52)与流道二(53)呈间隔错位分布。2.根据权利要求1所述的一种具有增强气体传质的流场与流道的燃料电池，其特征在于，所述凸部(51)的宽度在0.3-0.5mm之间，所述流道一(52)为宽流道，且所述流道二(53)为窄流道，所述流道一(52)与流道二(53)的高度在0.2-1.0mm之间，且所述流道一(52)与流道二(53)的高度在0.3-0.5mm之间，相邻的所述流道一(52)与流道二(53)的高度差在0.05-0.2mm之间。3.根据权利要求1所述的一种具有增强气体传质的流场与流道的燃料电池，其特征在于，所述凸部(51)的宽度在0.3-0.5mm之间，所述流道一(52)为高流道，且所述流道二(53)为矮流道，所述流道一(52)与流道二(53)的宽度在0.3-1.5mm之间，且所述流道一(52)与流道二(53)的宽度在0.5-1.0mm之间，相邻的所述流道一(52)与流道二(53)的高度差在0.1-0.5mm之间。4.根据权利要求1所述的一种具有增强气体传质的流场与流道的燃料电池，其特征在于，在所述流道一(52)或流道二(53)的出口与流体分配区(6)之间设置有阻流柱(7)。

技术总结
本申请公开了一种具有增强气体传质的流场与流道的燃料电池，涉及燃料电池技术领域，针对传统的燃料电池在流场设计中，所有流道截面尺寸一致，导致流阻一致，在高电流密度下，流道凸部和碳纸之间的气体传输速度受限，进而限制燃料电池性能的问题，现提出如下方案，其包括双极板和膜电极，所述双极板的两侧表面均设置有膜电极，所述双极板的两端分别设置有多个呈阵列分布的进气口、出气口，且所述双极板的中部设置有活化区，所述活化区的两端与进气口、出气口之间均设置有流体分配区。本申请结构新颖，通过设计不同流阻的流道实现了相邻流道的压差，有利于增强内部的传质，进而有利于燃料电池的性能，适宜推广。适宜推广。适宜推广。


技术研发人员：叶浩志 王领 肖磊
受保护的技术使用者：广州仑擎能源科技有限公司
技术研发日：2021.11.24
技术公布日：2022/5/25