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一种降低直接甲醇 燃料 电池 阴极传质极化的流场

阅读：839发布：2020-05-14

专利汇可以提供一种降低直接甲醇燃料电池阴极传质极化的流场专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种降低直接甲醇燃料电池阴极传质极化的流场。本发明提供一种双极板流场，具有进口、出口、流道，所述流道为多单元对称齿梳型；每个单元由镜像对称的一对齿梳，相互交叉梳齿构成；在由进口流向出口的方向上，所述多个单元依次排列，该流场能促进电极轴向传质，降低阴极传质极化，提高燃料电池性能，并且易于加工，便于大规模生产。本发明比传统的交指型流场阻力小，大幅度降低了燃料电池系统的能耗。本发明是在分支流道下再设置分支流道，也就是二级分支流道交错排布，其脊下通道长度更短，因此流场的空气阻力更小。，下面是一种降低直接甲醇燃料电池阴极传质极化的流场专利的具体信息内容。

权利要求

1.双极板流场，具有进口、出口、流道，其特征在于，
所述流道为多单元对称齿梳型；
每个单元由镜像对称的一对齿梳，相互交叉梳齿构成；
在由进口流向出口的方向上，所述多个单元依次排列。
2.根据权利要求1所述的双极板流场，其特征在于，所述单元的数量为4～8。
3.根据权利要求1所述的双极板流场，其特征在于，所述每个齿梳由一个梳炳和若干梳齿构成，所述梳齿的数量为2～20。
4.根据权利要求1所述的双极板流场，其特征在于，所述梳齿的深度为0.2～2mm，梳柄的宽度为0.4～4mm，梳齿的宽度为0.1～0.4mm。
5.根据权利要求1所述的双极板流场，其特征在于，所述流道由脊相间。
6.根据权利要求5所述的双极板流场，其特征在于，所述流道的宽度与脊的宽度相等。
7.根据权利要求5所述的双极板流场，其特征在于，所述脊的宽度为0.1～0.4mm。
8.权利要求1-7任意一项所述的双极板流场的制备方法，其特征在于，以石墨为原料制板，利用雕刻机雕刻沟槽于石墨板，沟槽构成所述齿梳。
9.甲醇燃料电池，包括权利要求1-7任意一项所述的双极板流场。

说明书全文

一种降低直接甲醇燃料 电池 阴极传质极化的流场

技术领域

[0001] 本发明属于燃料电池装置的改进技术。确切的说，属于直接甲醇燃料电池的阴极流场改进技术。

背景技术

[0002] 目前，直接甲醇燃料电池的双极板结构，有蛇型、交指型、树叶等，其中蛇形沟槽结构简单，沟槽行程较长，较大的沿程损失导致压力降偏高，这样会给阴极供气的气泵带来较大负担，而且较长的脊对水滴有较大粘附力，使水滴容易聚集在脊下的扩散层难以排出，导致阴极轴向传质效果较差。传统的交指型流场较蛇形流场阻力大，因为蛇形流场进出口有沟槽连通，而交指型流场无沟槽连通，气体的传输只能通过脊下的扩散层。因此，阴极必须设置的结构简单、流动阻力小、排水性好的新型流场。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种降低直接甲醇燃料电池阴极传质极化的交指型流场，该流场能促进电极轴向传质，降低阴极传质极化，提高燃料电池性能，并且易于加工，便于大规模生产。

[0004] 本发明是通过下述方案加以实现的，双极板流场，具有进口、出口、流道，所述流道为多单元对称齿梳型；每个单元由镜像对称的一对齿梳，相互交叉梳齿构成；在由进口流向出口的方向上，所述多个单元依次排列。

[0005] 所述单元的数量为4～8。

[0006] 所述每个齿梳由一个梳炳和若干梳齿构成，所述梳齿的数量为2～20。

[0007] 所述梳齿的深度为0.2～2mm，梳柄的宽度为0.4～4mm，梳齿的宽度为0.1～0.4mm。

[0008] 所述流道由脊相间。

[0009] 所述流道的宽度与脊的宽度相等。

[0010] 所述脊的宽度为0.1～0.4mm

[0011] 本发明还可提供上述双极板流场的制备方法，其特征在于，以石墨为原料制板，利用雕刻机雕刻沟槽于石墨板，沟槽构成所述齿梳。

[0012] 本发明还可提供甲醇燃料电池，包括上述任一种双极板流场。

[0013] 有益效果

[0014] (1)脊和作为流场的沟槽的宽度为0.1～0.4mm的毛细结构，其起到毛细管的作用，液体表面张力、内聚力和附着力共同作用使水滴可以在沟槽内爬行，表征毛细力的液柱高度 γ为表面张力系数，θ为液体表面与固体表面接触角，r为毛细管半径，理论上r越小毛细力越大。经理论计算，毛细结构宽度至少小于0.4mm时毛细作用力对于扩散层吸附作用明显，排水效果好，但毛细结构宽度应不小于0.1mm，不然空气阻力将显著增大。

[0015] (2)本发明比传统的交指型流场阻力小，大幅度降低了燃料电池系统的能耗。传统的交指型流道，主要以两条主流道和两组分支流道组成，分支流道交错排布；本发明是在分支流道下再设置分支流道，也就是二级分支流道交错排布，其脊下通道长度更短，因此流场的空气阻力更小。

[0016] (3)在高电流密度工况条件下，蛇形流场易出现传质极化，如图2，而本发明双极板流场由于脊下排水效果较好，在350～400mA/cm2电流密度区间仍没有出现传质极化，可见本发明双极板流场传质极化极限电流密度较高。附图说明

[0017] 本发明附图2幅；

[0018] 图1.本发明双极板流场石墨板；

[0019] 图2.现有技术蛇形流场与本发明双极板流场性能对比；

[0020] 图中，1.梳齿；2.梳柄。

具体实施方式

[0021] 极板以石墨为原料，可利用雕刻机雕刻沟槽于石墨板，如图1。流场结构是多对齿梳型结构的流场，每对齿梳的梳齿相互交叉组成一个单元，每个齿梳型结构由梳齿和梳柄组成；在上游，气体首先进入梳柄，然后分散到各梳齿，但必须通过扩散层进入下游梳齿结构，在此过程中吹扫脊下聚集的水滴，达到强化传质的目的；在下游，气液混合介质由梳齿向梳柄汇聚，流出出口；需设置多组单元，可设置4～8，梳齿结构数为2～20，流场的宽度[0022] d＝4×n×m×d，

[0023] 其中n为梳柄数量，m为梳齿数量，d为梳齿宽度，梳齿宽度与脊宽度相等。

[0024] n大于4，m大于2，梳齿深度设置0.2～2mm，梳柄宽度0.4～4mm，梳齿宽度0.1～0.4mm，脊宽度0.1～0.4mm。

[0025] 实施例

[0026] 1.双极板以石墨为原料，可利用雕刻机雕刻沟槽于石墨板。

[0027] 2.流场结构是4对齿梳型结构的流场组成，如图1。每对齿梳型结构流场梳齿(1)相互交叉组成一个单元；在上游，气体首先经过进口主通道，然后经过弯道进入梳柄(2)，然后分散到3条梳齿(1)，通过扩散层进入下游3条梳齿(1)结构；在下游，气液混合介质由梳齿向梳柄(2)汇聚，流出出口；梳齿的深度可以设置0.3mm，梳柄(2)宽度1.2mm，梳齿宽度0.35mm，脊宽度0.35mm。

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