專利名稱：一種質(zhì)子交換膜燃料電池用氣體流場的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及質(zhì)子交換膜燃料電池用氣體流場。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜型燃料電池(PEMFC)以全氟磺酸型固體聚合物為電解質(zhì)，鉬/碳為電 催化劑，氫或凈化重整氣為燃料，空氣或純氧為氧化劑，帶有氣體流動通道的石墨或表面改 性的金屬板為雙極板。雙極板上的流場起著氣體分配的作用，引導(dǎo)反應(yīng)氣流動方向，確保反應(yīng)氣體均勻 性地分配到電極各個地方，參與電化學(xué)反應(yīng)?，F(xiàn)有技術(shù)的流場主要有平行溝槽、網(wǎng)狀、蛇形 等流場。各種流場都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，如網(wǎng)狀流場結(jié)構(gòu)簡單，氣體分布均勻，但阻力降加大， 同時一般采用金屬材質(zhì)，存在較大的腐蝕問題；平行溝槽流場是目前使用最多的氣體流場， 結(jié)構(gòu)簡單，容易加工，且阻力降小，但氣體分配存在問題，特別是高電密下，氣體分配嚴(yán)重不 均，影響電池反應(yīng)過程中的氣體傳質(zhì)和生成水的排除。蛇形流場由于流場較長，存在反應(yīng)氣 阻力較大問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于提供一種氣體分配均勻性、排水能力較好的質(zhì)子交換膜燃料 電池氣體流暢。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是一種質(zhì)子交換膜燃料電池用 氣體流場，包括平行溝槽流場段、分配流場段、反應(yīng)氣入口和反應(yīng)氣出口，中間為平行溝槽 流場段，兩端為分配流場段，兩端的分配流場段與中間平行溝槽流場段相連通，反應(yīng)氣入、 出口分別與兩端的分配流場段連通，其特征在于所述分配流場段的底平面上設(shè)有均勻分布 的橢圓形分配頭，相鄰的橢圓形分配頭之間間距0. 3-0. 9mm ；所述橢圓形分配頭是在分配 流場段的底平面上凸起的橢圓形圓柱，橢圓形圓柱高度與中間流場高度一致，橢圓形圓柱 的長度為2-5mm，橢圓形圓柱的寬度為0. 5-1. 2mm。本實(shí)用新型所述一種質(zhì)子交換膜燃料電池用氣體流場，其特征在于所述兩端的設(shè) 有橢圓形分配頭的分配流場段的面積總和為氣體流場總面積的5-15%，兩端的設(shè)有橢圓形 分配頭的分配流場段的面積相同。本實(shí)用新型所述一種質(zhì)子交換膜燃料電池用氣體流場，其特征在于所述兩端設(shè)有 橢圓形分配頭的分配流場段的長度為15-30mm，中間平行溝槽流場段的長度為300_350mm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1)反應(yīng)氣體經(jīng)過設(shè)有橢圓形分配頭的分配流場段時，氣體在分配頭部位易于形成 湍流，氣體進(jìn)行再分配，能夠使氣體均勻地分布到電極的表面，改蓄反應(yīng)氣體的傳質(zhì)；2)提高燃料電池輸出性能；同時改進(jìn)電池出口生成水的分布，降低了電池出口被 水淹的問題，提高電池運(yùn)行的穩(wěn)定性。
本實(shí)用新型共有3張附圖，其中；圖1是帶橢圓形分配頭的流場結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是帶橢圓形分配頭的流場局部結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是采用本實(shí)用新型的帶橢圓形分配頭的流場組裝的電堆與普通平行溝槽流 場組裝的電堆性能曲線。附圖中，1、反應(yīng)氣出口端帶橢圓形分配頭的分配流場段，2、中間平行溝槽流場段， 3、反應(yīng)氣入口端帶橢圓形分配頭的分配流場段。圖3中，帶圓點(diǎn)的曲線是平行溝槽流場的電池性能，帶菱形點(diǎn)的曲線是本實(shí)用新 型的帶橢圓形分配頭流場的電池性能。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。圖1所示的流場，入口端的設(shè)有橢圓形分配頭的分配流場段3長度為25mm，出口端 的設(shè)有橢圓形分配頭的分配流場段1長度為25mm，平行溝槽流場段長度為300mm，流場溝槽 底部采用半圓形結(jié)構(gòu)。流場材料可以為純石墨材料、膨脹石墨才材料或?qū)щ娊饘俨牧希鲌?加工方式可以為雕刻加工，也可為沖壓或模壓加工。橢圓形分配頭長度為5mm，寬度氫側(cè) 為0. 8mm，氧側(cè)為0. 6mm，橢圓形分配頭之間間距氧側(cè)為0. 6mm，氧側(cè)為0. 8mm，分配頭高度 與中間流場高度一致。采用本實(shí)用新型發(fā)技術(shù)加工的流場組裝一臺120節(jié)燃料電池電堆，經(jīng)測試，電堆 性能良好，800mA/cm2電堆平均性能達(dá)到0. 66V，明顯高于常規(guī)流場電堆性能如圖3所示。采 用本實(shí)用新型流場電堆性能明顯好于常規(guī)平行溝槽流場電堆，尤其是在高電密條件下，電 堆性能提升尤為明顯。
權(quán)利要求1.一種質(zhì)子交換膜燃料電池用氣體流場，包括平行溝槽流場段、分配流場段、反應(yīng)氣 入口和反應(yīng)氣出口，中間為平行溝槽流場段，兩端為分配流場段，兩端的分配流場段與中 間平行溝槽流場段相連通，反應(yīng)氣入、出口分別與兩端的分配流場段連通，其特征在于所 述分配流場段的底平面上設(shè)有均勻分布的橢圓形分配頭，相鄰的橢圓形分配頭之間間距 0. 3-0. 9mm ；所述橢圓形分配頭是在分配流場段的底平面上凸起的橢圓形圓柱，橢圓形圓柱 高度與中間流場高度一致，橢圓形圓柱的長度為2-5mm，橢圓形圓柱的寬度為0. 5-1. 2mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種質(zhì)子交換膜燃料電池用氣體流場，其特征在于所述兩端的 設(shè)有橢圓形分配頭的分配流場段的面積總和為氣體流場總面積的5-15%，兩端的設(shè)有橢圓 形分配頭的分配流場段的面積相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種質(zhì)子交換膜燃料電池用氣體流場，其特征在于所述兩 端設(shè)有橢圓形分配頭的分配流場段的長度為15_30mm，中間平行溝槽流場段的長度為 300-350mm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池用氣體流場，包括平行溝槽流場段、分配流場段、反應(yīng)氣入口和反應(yīng)氣出口，中間為平行溝槽流場段，兩端為分配流場段，兩端的分配流場段與中間平行溝槽流場段相連通，反應(yīng)氣入、出口分別與兩端的分配流場段連通，分配流場段的底平面上設(shè)有均勻分布的橢圓形分配頭，橢圓形分配頭是在底平面上凸起的橢圓形圓柱。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)氣體經(jīng)過設(shè)有橢圓形分配頭的分配流場段時，氣體在分配頭部位易于形成湍流，氣體進(jìn)行再分配，能使氣體均勻地分布到電極的表面，改善氣體的傳質(zhì)；提高燃料電池輸出性能；同時改進(jìn)電池出口生成水的分布，降低了電池出口被水淹的問題，提高電池運(yùn)行的穩(wěn)定性。
文檔編號H01M8/02GK201845827SQ201020594640
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者侯中軍, 單金環(huán), 孫昕, 戚朋, 明平文, 燕希強(qiáng) 申請人:新源動力股份有限公司