[发明专利]一种燃料电池阳极板及燃料电池电堆和发电系统

说明书

本发明公开一种燃料电池阳极板及燃料电池电堆和发电系统，涉及燃料电池领域。其包括：第一氢气进气口、第一氢气排气口、空气进口、空气出口、冷却水进口、冷却水出口、第二氢气进气口、第二氢气排气口、第一燃料流道、第二燃料流道、以及导流板。工作时，同一阳极板上氢气能在不同的流道中反向流动，并且随着流道合并与流道面积的减小平衡进出口压强，实现了燃料电池电堆阳极板内氢气流动压强的平衡。与现有技术相比，利用本发明提供的燃料电池阳极板组成电池电堆后，电堆燃料流道进出口压差更低、整体压力更加均匀、输出电压更高；并且，电流密度越大，电堆进出口压差缩减越明显，输出电压的提高越显著。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池阳极板及燃料电池电堆和发电系统。

背景技术

燃料电池是将氢气的化学能直接转化为电能的装置，具有效率高、低噪音、零污染的优点。燃料电池通常需要将多个单体电池通过串联的方式组装成电堆，主要构成部件有双极板、膜电极(MEA)、端板和紧固件等。工作时，燃料电池的阳极板流通氢气，阴极板流通氧气。过量的氢气在阳极板流经氢气流道，氢离子穿过膜电极与阴极端的氧气发生电化学反应从而将化学能转化为电能。

现有技术中，常见的燃料电池阳极板所设计的气体流动多为同面积单方向均匀流道。这种流道存在的缺陷是，在燃料电池电堆的使用过程中，氢气进口处压力高，随着氢气沿着氢气流道流动并不断穿过膜电极与阴极端的氧气发生反应，其压力会逐渐降低，导致阳极板的氢气流道内压力不均匀。在氢气流道的末端，因为前端的反应消耗，氢气流道内会出现流速慢以及压强低的状况从而导致电化学反应不充分，严重影响燃料电池的性能。

一篇公开号为CN113258094A的中国发明专利申请公开一种具有非对称流场的双极板及燃料电池电堆和发电系统，其阳极板的第一面上的第一流道构成不具有点对称性的非对称流场，该非对称流场中存在若干阶梯式收窄的U形流动区间，各U形流动区间为独立形式或者相邻的U形流动区间首尾相接形成阶梯式收窄的蛇形流动区间；该阶梯式收窄的U形流动区间包括第一段、第二段和第三段，该第一段包括N条相互平行的第一流道，该第三段包括M条相互平行的第一流道，并且MN；在安装有该双极板的燃料电池电堆中，该第一流道是参与电化学反应的阳极反应物的传输通道，该阳极反应物流入该阶梯式收窄的U形流动区间后按照先后次序依次流过第一段、第二段和第三段，并且该阳极反应物在第一段中的第一流道内的流动方向和在第三段中的第一流道内的流动方向相反。

上述公开号为CN113258094A发明专利申请虽然能够不断增大阳极反应物在阳极反应物流道内的气压，进而能够缓解膜电极各处受力不均的问题；但仍存在以下一些问题：1）由于采用蛇形流道，阳极反应物流经的流道更长，流道内压力不易把控，而且，多次弯曲的流道不利于气体传输；另外，阳极反应物反应生成的水不易排出，易形成堵塞。2）由于采用的是单氢气进口与单氢气出口结构，组成燃料电池电堆后，在整体压力上会出现偏差，燃料电池电堆的整体压力均匀性不够理想。本发明采用双氢气进口与出口，在双极板堆叠形成燃料电池电堆后，在整体上压力更平均。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种组成电池电堆后，电堆燃料流道进出口压差更低、整体压力更加均匀、输出电压更高的燃料电池阳极板。

本发明还提供一种具有上述燃料电池阳极板的燃料电池电堆和发电系统。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。

一种燃料电池阳极板，包括阳极板本体，设置在所述阳极板本体背面的冷却流道，以及设置在所述阳极板本体正面的燃料流道；其中，所述燃料流道包括第一燃料流道和第二燃料流道，对应所述第一燃料流道和所述第二燃料流道上分别设有相应的燃料进口和燃料出口；所述第一燃料流道和所述第二燃料流道均为一端面积大、一端面积小的直通型渐变流道，所述燃料进口与面积较大的一端连接，所述燃料出口与面积较小的一端连接，所述第一燃料流道和所述第二燃料流道内的燃料流动方向相反。