本发明专利技术公开了一种优化燃料电池排水性能的质子膜燃料电池流道；所述流道总体成蛇形排布，在气体入口处为九条平行流道，至第一个流道转弯处每三根流道合并成一根；合并后形成的三根平行流道将气体引导至出口处。本发明专利技术采用了应用较为广泛的蛇形流道设计，使电流即气体能够均匀分布于流场；同时流道数量的减少缓解了气体消耗所引起的压力变化，提高了气体在出口处的速度，在有效改善了阴极的排水效果的同时，也提高了单位时间内经过扩散层表面的氧气传输。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种优化燃料电池排水性能的质子膜燃料电池流道；所述流道总体成蛇形排布，在气体入口处为九条平行流道，至第一个流道转弯处每三根流道合并成一根；合并后形成的三根平行流道将气体引导至出口处。本专利技术采用了应用较为广泛的蛇形流道设计，使电流即气体能够均匀分布于流场；同时流道数量的减少缓解了气体消耗所引起的压力变化，提高了气体在出口处的速度，在有效改善了阴极的排水效果的同时，也提高了单位时间内经过扩散层表面的氧气传输。【专利说明】优化燃料电池排水性能的质子膜燃料电池流道
本专利技术涉及一种用于质子交换膜燃料电池的流道结构，具体涉及一种优化燃料电池排水性能的质子膜燃料电池流道。
技术介绍
燃料电池的流道是燃料电池的主要部件之一，作用是实现电池内部的水气传输。合理的流道设计能够实现水气分布的均匀性，提高电池性能。由于电池反应中的气体消耗和水的生成，常用的传统蛇形流道(图1)存在气体分布不均，产生积水等问题，极大的影响了电池性能的提升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服传统蛇形流道存在的不足，提供一种优化燃料电池排水性能的质子膜燃料电池流道；其不仅具有理想的排水作用，而且保证流道后端的氧气供应量，使电流分布更为均匀。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的:第一方面，本专利技术涉及一种优化燃料电池排水性能的质子膜燃料电池流道，所述流道总体成蛇形排布，在气体入口处为九条平行流道，至流道转弯处每三根流道合并成一根；合并后形成的三根平行流道将气体引导至出口处。优选地，所述流道的横截面是边长Imm的正方形,脊宽为0.885mm。优选地，所述合并后形成的每根流道与合并前的每根流道的横截面积相等。优选地，在第一个流道转弯处每三根平行流道合并成一根。即:由九根平行流道变为三根。优选地，所述流道具有六处转弯。优选地，所述流道在质子膜燃料电池流场板上的布局为5cm*5cm的正方形。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果:本专利技术基于传统的蛇形流道，结构简单易于加工；通过减少流道数量的设计，减少流道的总横截面，使气体在通过流道的过程中流速增加，提高流道末端的供氧速度，在一定程度上缓解氧气消耗所引起的浓差极化；另外，气体流速的增强了流道的排水效果，也提高了气体在流道下方扩散层的传输，有效防止了水淹现象。总之，本专利技术通过合并流道的方式来改善流道的供氧效率和排水功能，从而提高电流分布和气体传输的均匀性，使电池整体水平得到提高。【专利附图】【附图说明】通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显:图1为传统的蛇形流道示意图；图2为本专利技术的流道结构示意图；图3为实施例1与对比例1、2的三种流道的性能比较图；图4为实施例1与对比例1、2的三种流道的高频电阻比较图。【具体实施方式】下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1本实施例针对传统质子交换膜燃料电池用蛇形流道的特点，对流道的总体布局，数量及排列方式进行改进，从而提高气体的传输效率，提高强制排水的能力，以期实现电池性能的均匀性和稳定性。本实施例的优化燃料电池排水性能的质子膜燃料电池流道结构如图2所示，入口处为九条平行流道，至流道转弯处每三根流道合并为一根(每根流道横截面积不变)，由三根流道将气体引导至出口处。以空气的化学计量等于2为例，出口处较入口处的气量降低了 10%，本设计使流道的总横截面减少了 1/3，则流速增大至2.7倍。气流速度的提高能够有效排出流道中和脊下扩散层的积水，也提高了氧气在扩散层表面的供给速度。因此，本专利技术能够提高电流分布和气体传输的均匀性，从而实现电池性能的优化。本实施例的流 道涉及的流道参数如表1所示。对比例1、2对比例I与2采用同样的流道设计，即传统的蛇形流道，其对应的流道参数如表1所示；其中，对比例2的流道宽度增大，脊宽度减小，加强气体在脊下扩散，以比较流道的排水性能。表1 I流道数I流道宽度I脊宽度~对比例I石I0.885对比例2 9Tl0.485实施例1 9转3~ I0.885将实施例1在相同操作条件下与对比例1、2的传统蛇形流道进行了性能比较，实验条件为:湿度RH=100%，化学计量比H2 =Air = 1.5: 2，操作压力1.5bar，操作温度80°C。性能比较结果如图3、4所示。图3给出了三种流道的性能比较。由对比例I和2来看，对比例2在高电流区的电流远远高于对比例I。对比例2的窄脊设计可以有效加强气体在脊下扩散除水，由此可知，在高电流区域内脊下扩散层的积水是限制电池性能提升的主要因素。实施例1在高电流区的电流要优于对比例2，可见实施例1流道的排水性能更优。就实施例1来看，流道的总横截面减少了三分之二，使流速得到近三倍的提升。较高的流速促使了气体的排水效果。从电池功率来看，实施例1的最大功率达到650mW，比对比例2提升了近lOOmW。图4给出了三种流道的高频电阻与电流密度的关系。为有效除去脊下的积水，对比例2减小了脊的宽度，便于气体在脊下扩散层的扩散。虽然这种设计有效提高了电池性能，但是减小了集流板与扩散层的接触面，提高了电阻，使电池效率发生损失。实施例1通过提高气体流速来增强扩散效果，在提高电池的排水性能的同时，保证了集流板与扩散层的接触面积，使高频电阻比对比例2降低了约20%左右。以上对本专利技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本专利技术的实质内容。【权利要求】1.一种优化燃料电池排水性能的质子膜燃料电池流道，其特征在于，所述流道总体成蛇形排布，在气体入口处为九条平行流道，至流道转弯处每三根流道合并成一根；合并后形成的三根平行流道将气体引导至出口处。2.如权利要求1所述的优化燃料电池排水性能的质子膜燃料电池流道，其特征在于，所述流道的横截面是边长Imm的正方形,脊宽为0.885mm。3.如权利要求1所述的优化燃料电池排水性能的质子膜燃料电池流道，其特征在于，所述合并后形成的每根流道与合并前的每根流道的横截面积相等。4.如权利要求1?3中任一项所述的优化燃料电池排水性能的质子膜燃料电池流道，其特征在于，在第一个流道转弯处每三根平行流道合并成一根。5.如权利要求4所述的优化燃料电池排水性能的质子膜燃料电池流道，其特征在于，所述流道具有六处转弯。6.如权利要求4所述的优化燃料电池排水性能的质子膜燃料电池流道，其特征在于，所述流道在质子膜燃料电池流场板上的布局为5cm*5cm的正方形。【文档编号】H01M8/02GK103746129SQ201410012652【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日 【专利技术者】章俊良, 王超, 蒋峰景, 崔智 , 朱凤娟 申请人:上海交通大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：章俊良，王超，蒋峰景，崔智，朱凤娟，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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