[发明专利]一种变截面树形燃料电池流道结构

说明书

本发明公开了一种变截面树形燃料电池流道结构，包括分别设置在阴极/阳极板上的配液通道和树形流道，配液通道设置在阴极/阳极板的四周，一端与阴极/阳极板上的入口连接，另一端分别与树形流道连接，树形流道为变截面流道。本发明一种变截面树形燃料电池流道结构，可进一步降低液体流动阻力，有利于气泡的排出，提高液体传质效率。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种变截面树形燃料电池流道结构。

背景技术

在野外作战、电子消费品等领域，对便携式燃料电池有较大的需求。在氢能基础设施不完善的当前阶段，氢源的供应限制了氢燃料电池的应用推广。由于甲醇的便于携带和更换，使得直接甲醇燃料电池相比氢燃料电池，具有较大的优势。

在直接甲醇燃料电池的阳极，流道内的甲醇水溶液通过扩散层的小孔到达催化层，生成氢离子、电子和二氧化碳气体。二氧化碳气体将会在扩散层的小孔处生成气泡，其动态生长行为可用图1表示。由图可见，伴随着气泡的生长，其尺寸随之增大，增大到一定程度后，相邻扩散孔处生成的气泡将发生聚集和合并，变为较大的气泡柱，气泡柱进一步合并变为更大的气泡柱，最终，气泡将占据阳极流道的大部分空间，阻碍甲醇的流动和扩散传质，降低燃料电池的效率。因此，阳极气体管理是制约直接甲醇燃料电池效率的一个瓶颈。通过改变流道结构，降低流道截面的含气率，以便于二氧化碳气体排出，是解决这一问题的方法之一。

如上所述，伴随着气泡的聚集和合并，气泡将转变为气泡柱，气泡柱合并为更大的气泡柱，因此越靠近流道出口，气泡柱的尺寸越大。现有技术多为等截面流道结构，如蛇形、螺旋形和平行流道等，越靠近流道出口，截面的含气率越高，液体流动阻力越大，扩散传质效率越低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种变截面树形燃料电池流道结构，可进一步降低流动阻力，利于气泡的排出。

本发明采用以下技术方案：

一种变截面树形燃料电池流道结构，包括分别设置在阴极/阳极板上的配液通道和树形流道，配液通道设置在阴极/阳极板的四周，一端与阴极/阳极板上的入口连接，另一端与树形流道连接，树形流道为变截面流道。

具体的，树形流道包括干路和多个支路，干路的顶部与入口连接，底部与出口连接，每个支路的一端与配液通道连接，另一端与干路连接，液体经配液通道配送至树形流道的若干支路，未参与反应的液体汇入干路后排出。

进一步的，支路和干路均为变截面流道，靠近出口处的流道截面积大于进口处的流道截面积。

优选的，支路至少包括四条，交错对称设置在干路的两侧。

进一步的，干路与阴极/阳极板底部成α₁角设置，配液通道设置在阴极/阳极板的顶部和一侧。

优选的，α₁角为0～90°。

进一步的，干路与阴极/阳极板底部垂直设置，配液通道设置在阴极/阳极板的顶部和左右两侧。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种变截面树形燃料电池流道结构，配液通道设置在阴极/阳极板的四周，一端与阴极/阳极板上的入口连接，另一端分别与树形流道连接，树形流道为变截面流道，一端与阴极/阳极板上的入口连接，另一端与阴极/阳极板上的出口连接，越靠近出口，流道截面积越大，越有利于气泡的排出。

进一步的，树形流道包括干路和多个支路，液体经配液通道配送至树形流道的若干支路，未参与反应的液体汇入干路后排出，相比蛇形流道等传统流道结构，该结构的流道沿程阻力损失较小。

进一步的，支路和干路靠近出口处的流道截面积大于进口处的流道截面积，更有利于聚并后的气泡或气泡柱排出，降低截面含气率。