專利名稱：一種質子交換膜燃料電池用氣體流場的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及燃料電池技術領域，尤其涉及質子交換膜燃料電池用氣體流場。
背景技術：
質子交換膜型燃料電池(PEMFC)以全氟磺酸型固體聚合物為電解質，鉬/碳為電 催化劑，氫或凈化重整氣為燃料，空氣或純氧為氧化劑，帶有氣體流動通道的石墨或表面改 性的金屬板為雙極板。雙極板上的流場起著氣體分配的作用，引導反應氣流動方向，確保反應氣體均勻 性地分配到電極各個地方，參與電化學反應。現有技術的流場主要有平行溝槽、網狀、蛇形 等流場。各種流場都有各自的優缺點，如網狀流場結構簡單，氣體分布均勻，但阻力降加大， 同時一般采用金屬材質，存在較大的腐蝕問題；平行溝槽流場是目前使用最多的氣體流場， 結構簡單，容易加工，且阻力降小，但氣體分配存在問題，特別是高電密下，氣體分配嚴重不 均，影響電池反應過程中的氣體傳質和生成水的排除。蛇形流場由于流場較長，存在反應氣 阻力較大問題。
發明內容本實用新型目的在于提供一種氣體分配均勻性、排水能力較好的質子交換膜燃料 電池氣體流暢。為了實現上述目的，本實用新型采取的技術方案是一種質子交換膜燃料電池用 氣體流場，包括平行溝槽流場段、分配流場段、反應氣入口和反應氣出口，中間為平行溝槽 流場段，兩端為分配流場段，兩端的分配流場段與中間平行溝槽流場段相連通，反應氣入、 出口分別與兩端的分配流場段連通，其特征在于所述分配流場段的底平面上設有均勻分布 的橢圓形分配頭，相鄰的橢圓形分配頭之間間距0. 3-0. 9mm ；所述橢圓形分配頭是在分配 流場段的底平面上凸起的橢圓形圓柱，橢圓形圓柱高度與中間流場高度一致，橢圓形圓柱 的長度為2-5mm，橢圓形圓柱的寬度為0. 5-1. 2mm。本實用新型所述一種質子交換膜燃料電池用氣體流場，其特征在于所述兩端的設 有橢圓形分配頭的分配流場段的面積總和為氣體流場總面積的5-15%，兩端的設有橢圓形 分配頭的分配流場段的面積相同。本實用新型所述一種質子交換膜燃料電池用氣體流場，其特征在于所述兩端設有 橢圓形分配頭的分配流場段的長度為15-30mm，中間平行溝槽流場段的長度為300_350mm。與現有技術相比，本實用新型的優點在于1)反應氣體經過設有橢圓形分配頭的分配流場段時，氣體在分配頭部位易于形成 湍流，氣體進行再分配，能夠使氣體均勻地分布到電極的表面，改蓄反應氣體的傳質；2)提高燃料電池輸出性能；同時改進電池出口生成水的分布，降低了電池出口被 水淹的問題，提高電池運行的穩定性。
本實用新型共有3張附圖，其中；圖1是帶橢圓形分配頭的流場結構示意圖，圖2是帶橢圓形分配頭的流場局部結構示意圖，圖3是采用本實用新型的帶橢圓形分配頭的流場組裝的電堆與普通平行溝槽流 場組裝的電堆性能曲線。附圖中，1、反應氣出口端帶橢圓形分配頭的分配流場段，2、中間平行溝槽流場段， 3、反應氣入口端帶橢圓形分配頭的分配流場段。圖3中，帶圓點的曲線是平行溝槽流場的電池性能，帶菱形點的曲線是本實用新 型的帶橢圓形分配頭流場的電池性能。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。圖1所示的流場，入口端的設有橢圓形分配頭的分配流場段3長度為25mm，出口端 的設有橢圓形分配頭的分配流場段1長度為25mm，平行溝槽流場段長度為300mm，流場溝槽 底部采用半圓形結構。流場材料可以為純石墨材料、膨脹石墨才材料或導電金屬材料，流場 加工方式可以為雕刻加工，也可為沖壓或模壓加工。橢圓形分配頭長度為5mm，寬度氫側 為0. 8mm，氧側為0. 6mm，橢圓形分配頭之間間距氧側為0. 6mm，氧側為0. 8mm，分配頭高度 與中間流場高度一致。采用本實用新型發技術加工的流場組裝一臺120節燃料電池電堆，經測試，電堆 性能良好，800mA/cm2電堆平均性能達到0. 66V，明顯高于常規流場電堆性能如圖3所示。采 用本實用新型流場電堆性能明顯好于常規平行溝槽流場電堆，尤其是在高電密條件下，電 堆性能提升尤為明顯。
權利要求1.一種質子交換膜燃料電池用氣體流場，包括平行溝槽流場段、分配流場段、反應氣 入口和反應氣出口，中間為平行溝槽流場段，兩端為分配流場段，兩端的分配流場段與中 間平行溝槽流場段相連通，反應氣入、出口分別與兩端的分配流場段連通，其特征在于所 述分配流場段的底平面上設有均勻分布的橢圓形分配頭，相鄰的橢圓形分配頭之間間距 0. 3-0. 9mm ；所述橢圓形分配頭是在分配流場段的底平面上凸起的橢圓形圓柱，橢圓形圓柱 高度與中間流場高度一致，橢圓形圓柱的長度為2-5mm，橢圓形圓柱的寬度為0. 5-1. 2mm。
2.根據權利要求1所述一種質子交換膜燃料電池用氣體流場，其特征在于所述兩端的 設有橢圓形分配頭的分配流場段的面積總和為氣體流場總面積的5-15%，兩端的設有橢圓 形分配頭的分配流場段的面積相同。
3.根據權利要求2所述一種質子交換膜燃料電池用氣體流場，其特征在于所述兩 端設有橢圓形分配頭的分配流場段的長度為15_30mm，中間平行溝槽流場段的長度為 300-350mm。
專利摘要本實用新型涉及一種質子交換膜燃料電池用氣體流場，包括平行溝槽流場段、分配流場段、反應氣入口和反應氣出口，中間為平行溝槽流場段，兩端為分配流場段，兩端的分配流場段與中間平行溝槽流場段相連通，反應氣入、出口分別與兩端的分配流場段連通，分配流場段的底平面上設有均勻分布的橢圓形分配頭，橢圓形分配頭是在底平面上凸起的橢圓形圓柱。與現有技術相比，本實用新型的優點是反應氣體經過設有橢圓形分配頭的分配流場段時，氣體在分配頭部位易于形成湍流，氣體進行再分配，能使氣體均勻地分布到電極的表面，改善氣體的傳質；提高燃料電池輸出性能；同時改進電池出口生成水的分布，降低了電池出口被水淹的問題，提高電池運行的穩定性。
文檔編號H01M8/02GK201845827SQ201020594640
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月5日 優先權日2010年11月5日
發明者侯中軍, 單金環, 孫昕, 戚朋, 明平文, 燕希強 申請人:新源動力股份有限公司