一種有利于排水的燃料電池雙極板制造技術

本發明專利技術涉及一種有利于排水的燃料電池雙極板，通過在雙極板上設置排水槽使雙極板流場內的電化學反應生成水順利排出。上述雙極板排水槽主要由三部分組成，包括導流槽、緩沖槽及排水口。所述的燃料電池雙極板排水槽主要應用于當燃料電池工作時，雙極板流場所在的平面垂直于水平面且燃料氣體、氧化劑氣體的流場進出口位于雙極板流場兩側的燃料電池雙極板的排水結構。所述的燃料電池排水槽位于燃料電池流場下部相鄰區域，可以有效排出雙極板流場所在的平面垂直于水平面且燃料氣體、氧化劑氣體的流場進出口位于雙極板流場兩側的燃料電池生成水，避免燃料電池生成水在流場的下部過度集聚，甚至造成局部水淹的狀況。所述的雙極板排水槽機構簡單。

A fuel cell bipolar plate for drainage

The invention relates to a fuel cell bipolar plate which is beneficial to drainage, and the electrochemical reaction of the flow field of the bipolar plate is generated by discharging a slot in the bipolar plate to produce water, and the water is discharged smoothly. The double polar plate drainage trough is mainly composed of three parts, comprising a diversion groove, a buffer groove and a water outlet. Fuel cell bipolar plate is the main drainage channel applied when the fuel cell works, drainage structure of fuel cell bipolar plate flow field bipolar plate flow field where the plane perpendicular to the horizontal plane and the fuel gas and the oxidant gas import and export are located on both sides of the bipolar plate flow field. The fuel battery drain tank is located in the lower part of the fuel cell flow field of adjacent areas, fuel cell generating water flow can effectively discharge bipolar plate flow field where the plane perpendicular to the horizontal plane and the fuel gas and the oxidant gas import and export are located on both sides of the bipolar plate flow, avoid the fuel cell to generate water flow in the lower part of the excessive centralization, even the situation caused local flooding. The double plate drainage groove mechanism is simple.

【技術實現步驟摘要】
一種有利于排水的燃料電池雙極板
本專利技術涉及應用于燃料電池
，具體涉及一種有利于排水的燃料電池雙極板。
技術介紹
質子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種室溫啟動快、高能量轉換效率的零排放發電裝置。質子交換膜燃料電池可以作為多種形式的電源加以應用，如移動電源、便攜電源、車載電源甚至多種規模的固定式電站等。尤其是2015年，多家汽車制造巨頭紛紛推出了以質子交換膜燃料電池提供動力源的汽車，標志著質子交換膜燃料電池大規模應用的時代拉開了帷幕。作為處于提供能量核心地位的質子交換膜燃料電池在運行時，會在電池進行電化學反應過程中產生水，而對于質子交換膜燃料電池而言，順利排出電化學反應的生成水對于保證燃料電池穩定、高效運行的重要保證。如果在質子交換膜燃料電池運行過程中，電化學反應產生的生成水沒有順利排出，勢必會在電池內部產生電化學反應生成水的累積、匯聚，嚴重時，在局部區域會發生燃料電池膜電極被水淹的狀況。而這種狀況一旦發生，輕則降低燃料電池發電功率，重則造成燃料電池無法穩定運行甚至停車。因此，質子交換膜燃料電池電化學生成水的順利排出，對于燃料電池的穩定高效運行是十分重要的。為了使電化學反應生成水排出，可以采用提高氣體流速辦法，如增加循環泵或提高氣體工作壓力的辦法；也可以采用親水材料安置于燃料電池流場內，將電化學反應生成水導出流場的辦法；或者采用表面處理的辦法，提高電池內部零部件疏水性，使電化學反應生成水更容易排出等等。這些方法在一定的條件下，可以提高燃料電池排出電化學反應生成水的能力，但這些方法不可避免的需要增加部件、提高運行能耗、增加燃料電池零件或者提高燃料電池的制造成本。由于質子交換膜燃料電池生成水順利排出十分重要，越來越多的排水方法應用到燃料電池中。如本田公司提出的一種燃料電池中的簡單排水結構(中國專利申請號：201110419965.0)，其結構簡單，具有一定的排水效果，但是其不足也是顯而易見的：無法防止出現串氣現象，即雙極板流場中的氣體會從排水結構中直接短路排出，不參加電化學反應，造成燃料利用率的降低，尤其是在電池開始運行初期，串氣現象尤為嚴重；另外，其排水槽對流場下部尤其是靠近排水槽處的生成水的排出有效果，但對于遠離排水槽的流場中上部的生成水的排出效果，隨距離的增減，排水能力越來越弱，甚至沒有排水的能力。再如本田的另一個燃料電池的沖壓板中的排水結構(中國專利申請號：201310093477.4)，其結構進行了一定的改進，但上述第一個專利的問題依然沒有根本改變。
技術實現思路
本專利技術提供的一種有利于排水的燃料電池雙極板針對于質子交換膜燃料電池工作時，雙極板流場所在的平面垂直于水平面且燃料氣體、氧化劑氣體的流場進出口位于雙極板流場兩側的燃料電池，提供了一種結構簡單的電化學反應生成水的排出結構，即在雙極板流場下部相鄰區域設置雙極板排水槽。該結構與流場的溝槽、凸臺可以采用完全相同的的加工方法，完全可以一并加工出來；該結構緊鄰燃料電池工作狀態下雙極板流場的下部，比雙極板流場長度略長而寬度非常小的長方形區域，該區域面積與雙極板流場面積相比低于百分之二。該結構對于高速流動氣體的流體阻力比較高，而對于流速較低的燃料電池電化學反應生成水的流體阻力非常低，可以忽略不計，即使調整雙極板板排水槽的寬度，排水槽依然能夠保持對高速氣體的阻力。因此，本專利技術的一種有利于排水的燃料電池雙極，在基本不降低能量轉換率的前提下，可以順利排出燃料電池電化學反應生成水。本專利技術的技術方案：針對于質子交換膜燃料電池工作時，雙極板流場所在的平面垂直于水平面且燃料氣體、氧化劑氣體的流場進出口位于雙極板流場兩側的燃料電池，在流場底部相鄰的區域設置燃料電池雙極板排水槽。雙極板排水槽是長度比雙極板流場的長度略長，而寬度非常小的長方形區域。雙極板排水槽的上半部主要是導流槽，導流槽內流體的方向與雙極板流場流體的方向垂直或呈一定的角度，同時導流槽凸臺的長度自雙極板流場上游向雙極板流場的下游方向逐漸縮短，導流槽的長度與雙極板流場的長度相同；雙極板排水槽下半部主要是緩沖槽，緩沖槽的寬度自雙極板流場上游向雙極板流場的下游方向逐漸增加，與上述導流槽凸臺長度逐漸縮短對應，緩沖槽的長度與雙極板流場的長度相同；雙極板排水槽的導流槽與緩沖槽的下游設置排水口，同時將原有的氣體排出總管下沿向下延伸至與緩沖槽的底部齊平或略低，排水口作為緩沖槽與氣體排出總管的連接通道；雙極板排水槽的溢流臺設置于緩沖槽底部，位于緩沖槽的下游靠近排水口的位置；在雙極板流場流道凸臺的適當位置上設置適當數量的橫向開口。本專利技術的一種有利于排水的燃料電池雙極板的排水槽通過導流槽將燃料電池雙極板流場中的電化學反應生成水收集并輸送到緩沖槽，之后通過排水口將電化學反應生成水排出到氣體排出總管中。以下對本專利技術的一種有利于排水的燃料電池雙極板的排水過程詳細說明。a.通過在雙極板流場流道凸臺的適當位置上設置適當數量的橫向開口，使雙極板流場中的電化學反應生成水在重力的作用下，向本專利技術的雙極板導流槽方向匯集；b.由雙極板流場匯集而來的生成水進入導流槽，在重力的驅動下沿導流槽導流，向緩沖槽方向流動。由于導流槽采用比雙極板流場更細密的溝槽和凸臺結構，因此，導流槽對于流場內高速流動的氣體而言，流體阻力顯著提高，而對于流速非常低的電化學反應生成水，其流體阻力非常低，可以忽略不計。從而使電化學反應生成水順利通過導流槽，而氣體難于通過導流槽；c.導流槽內的電化學反應生成水在重力的驅動下流入緩沖槽，緩沖槽的上下游與雙極板流場的上下游是一致的，緩沖槽在接受電化學反應生成水后，水位不斷升高，從而在重力的推動下，生成水向水位更低的排水口方向移動，越向下游匯集的生成水越多，因此越向下游，緩沖槽的寬度也越大，而相應的導流槽凸臺的長度越向下游越短，從結構上保證有利于排水；d.緩沖槽中電化學反應生成水不斷匯集，水位不斷升高，在重力的推動下，生成水向水位更低的排水口流動，通過排水口流入氣體排出總管。另外，在緩沖槽底部位于靠近排水口的下游，設置了一個溢流臺。該溢流臺的主要功能是在燃料電池剛剛開始工作并開始產生電化學反應生成水的時候，與導流槽配合，在緩沖槽內盡快形成一個較低的水位，該水位與導流槽共同在導流槽的上游形成一個水封，防止氣體從導流槽的上游進入緩沖槽內，避免在該時段在雙極板排水槽處發生串氣現象。本專利技術的一種有利于排水的燃料電池雙極的排水槽的導流槽在溝槽、凸臺的設置上，除保證適當的細密配置的前提下，通過調整導流槽內流體流動方向與雙極板流場流體流動方向的角度，進一步提高高速氣體進入導流槽的流體阻力，使高速氣體難于通過本專利技術的雙極板排水槽。更進一步，甚至可以將導流槽凸臺設置成為人字形凸臺，使高速氣體的流體阻力更高。最后，在雙極板流場流道凸臺上設置適當數量的橫向開口，橫向開口設置的位置和數量可以采用如下的方式：i.所有的流場凸臺在相同的位置，以相同的間距開設同樣數量的橫向開口；ii.流場凸臺自上而下，以起始位置漸次后移(或者前移)的方式，設置間距相同的橫向開口；iii.流場凸臺自上而下，布置數量漸次增多的均布的橫向開口。本專利技術的一種有利于排水的燃料電池雙極的排水槽可用于多種材質和結構形式的質子膜燃料電池雙極板的排水結構，如復合雙極板(多種本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種有利于排水的燃料電池雙極板，包括燃料氣體、氧化劑氣體的流場進口及出口分別位于流場左右兩側的雙極板，氧化劑氣體的流場和燃料氣體的流場分別位于雙極板的兩側，其特征在于：于雙極板氧化劑氣體的流場側下方從左至右設有排水槽(11)，排水槽(11)包括導流槽(12)、緩沖槽(16)及排水口(18)，緩沖槽(16)為一從左至右的橫向凹槽，于緩沖槽(16)上方，從上向下設有導流槽(12)，導流槽(12)上端設開口、下端與緩沖槽(16)相連，排水口(18)一端與緩沖槽(16)相連、另一端與氧化劑氣體排出總管(7)相連。

【技術特征摘要】
1.一種有利于排水的燃料電池雙極板，包括燃料氣體、氧化劑氣體的流場進口及出口分別位于流場左右兩側的雙極板，氧化劑氣體的流場和燃料氣體的流場分別位于雙極板的兩側，其特征在于：于雙極板氧化劑氣體的流場側下方從左至右設有排水槽(11)，排水槽(11)包括導流槽(12)、緩沖槽(16)及排水口(18)，緩沖槽(16)為一從左至右的橫向凹槽，于緩沖槽(16)上方，從上向下設有導流槽(12)，導流槽(12)上端設開口、下端與緩沖槽(16)相連，排水口(18)一端與緩沖槽(16)相連、另一端與氧化劑氣體排出總管(7)相連。2.按照權利要求1所述雙極板，其特征在于：于雙極板燃料氣體的流場側下方從左至右設有排水槽(11)，排水槽(11)包括導流槽(12)、緩沖槽(16)及排水口(18)；緩沖槽(16)為一從左至右的橫向凹槽，于緩沖槽(16)上方，從上向下設有導流槽(12)，導流槽(12)上端設開口、下端與緩沖槽(16)相連，排水口(18)一端與緩沖槽(16)相連、另一端與燃料氣體排出總管(1)相連。3.按照權利要求1或2所述雙極板，其特征在于：燃料電池工作時，雙極板流場所在的平面垂直于水平面；且燃料氣體、氧化劑氣體的流場進口及出口位于雙極板流場左右兩側；通過布置于流場下部相鄰區域的排水槽(11)，將燃料電池工作時電化學反應產生的生成水(9)排出，同時保證燃料氣體、氧化劑氣體難于通過排水槽(11)直接排出。4.按照權利要求1或2所述雙極板，其特征在于：導流槽(12)其由2個以上的溝槽(14)、凸臺(15)依次交替組成，其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：艾軍，侯明，鄭利民，邵志剛，
申請(專利權)人：中國科學院大連化學物理研究所，
類型：發明
國別省市：遼寧,21