[发明专利]一种具有渐缩坡面结构的燃料电池阴极流道

说明书

本发明采用以下技术方案一种带渐缩坡面结构的燃料电池阴极流道，包括燃料电池阴极流道直线沿程段，渐缩结构沿程段，坡面结构U型转弯段。在U型转弯入口设置渐缩结构，以减少气流过流断面面积，加速了气流的过流速度，水淹现象得到改善，U型转弯处外壁由于上下表面积的不同形成一定角度的坡面，引导液态水在流道内的流动路径，减少了流道内的水滴飞溅现象。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种具有渐缩坡面结构的燃料电池阴极流道。

背景技术

在世界石油资源日益紧缺，全球变暖日益加剧的前提下，清洁能源的发掘显得愈发重要，氢能的应用成为目前世界的研究重点，燃料电池跨越热机过程，不存在卡诺循环，直接将燃料和氧化剂的化学能转化成电能，能量转化效率极高，由此燃料电池成为目前最具前景的动力源之一。

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中，水在阴极催化剂层(CL)中生成，然后通过气体扩散层(GDL)输送到膜电极(MEA) 表面，最后流出流道。为保证质子交换膜(PEM)具有较高的质子电导率，必须保持其较高的含水量。然而，燃料电池流道中过量的水可能会阻碍氧扩散的有效途径，限制催化剂层(CLs)的反应速率，而大大降低电池性能，这种现象被称为水淹，水淹现象会使燃料电池电池中的反应物分布不均匀，从而引起电流密度不均匀、膜内局部热点、性能退化和材料老化等问题。流道水淹是制约燃料电池性能的主要因素，直接导致燃料电池性能下降，所以燃料电池阴极侧的水管理对电池性能的提高至关重要，需要通过改进流道结构等行为来促进水的管理，增强反应物向多孔气体扩散层和催化层的输运能力。

发明内容

本发明提出一种质子交换膜燃料电池新型阴极流道，减轻了流道内水淹堵塞与液滴飞溅的问题。

本发明采用以下技术方案

一种带渐缩坡面结构的燃料电池阴极流道，包括燃料电池阴极流道直线沿程段，渐缩结构沿程段，坡面结构U型转弯段。

在 U 型转弯入口设置渐缩结构，以减少气流过流断面面积，U 型转弯处外壁由于上下表面积的不同形成一定角度的坡面，引导液态水在流道内的流动路径。

所述燃料电池入口为常规蛇形流道直线沿程段，沿程长度为 30mm，流道过流断面截面面积为1mm×1mm的正方形。

经过直线沿程后接着进入渐缩结构沿程段，其沿程长度为0.4～1.2mm。

渐缩段终端进入U型转弯坡面结构，U型转弯段流道截面面积为0.8～0.9mm²。

与进口段对称，U 型坡面结构后进入一段渐扩沿程段，气流过流断面截面积扩大到1mm×1mm后以直线段结束。

所述新型带渐缩坡面结构的流道为多组，至少包含两组，在双极板上流道分布为多通道蛇形流场。

所述新型带渐缩坡面结构的流道所组成的多通道蛇形流道每到一处 U 型转弯处均设置渐缩坡面结构。

所述新型流道所组成的多通道蛇形流场右上角通入空气，流场左下角排出反应产物液态水。

所述带渐缩坡面结构的燃料电池新型阴极流道，其特征在于，流道内部液态水易集聚在拐角，渐缩结构减少气流过流断面面积，增加气流过流速度，U 型转弯外壁形成的斜坡结构将气流导向 GDL 表面以增强传质，并用于限制水滴在风向和速度急剧变化的情况下飞溅到其他壁面，增强燃料电池的水管理能力，提高燃料电池性能。

附图说明

图一为多组新型流道形成的蛇形流场示意图；图二为新型流道的渐缩坡面结构示意图。

其中：1、双极板 2、蛇形流道 U 型转弯处 3、流道入口 4、流道入口 5、流道出口6、流道出口 7、新型流道直线沿程段 8、新型流道渐缩沿程段 9、新型流道U型外壁坡面10、新型流道U型内壁坡面。

实施方式