本發(fā)明涉及燃料電池，具體涉及一種用于pemfc的石墨陽(yáng)極板。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，由于全球工業(yè)化進(jìn)程的加速，化石燃料的消費(fèi)量一直保持在較高水平。然而，在化石燃料的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，使得全球環(huán)境日益惡化，如溫室效應(yīng)和酸雨，已經(jīng)顯著威脅著人類的生存。在碳中和的目標(biāo)背景下，大力發(fā)展清潔能源是當(dāng)前重中之重。其中，氫能是清潔能源中最重要的一環(huán)，而燃料電池是氫能源產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我國(guó)在《中國(guó)制造2025》中,對(duì)燃料電池汽車及其相關(guān)技術(shù)提出了明確的發(fā)展規(guī)劃。目前已在多地開(kāi)展示范運(yùn)營(yíng)，這標(biāo)志著燃料電池產(chǎn)業(yè)在我國(guó)已形成一定規(guī)模。

2、由于質(zhì)子交換膜燃料電池(pemfc)具有低污染、高功率密度、高能量轉(zhuǎn)換效率、對(duì)負(fù)載變化的快速響應(yīng)、低噪音、啟動(dòng)時(shí)間短和低工作溫度等的優(yōu)勢(shì)，使其成為解決交通行業(yè)帶來(lái)的環(huán)境污染、資源和能源短缺問(wèn)題的有效方案之一。質(zhì)子交換膜燃料電池(protonexchange?membrane?fue?l?ce?l?l，pemfc)作為一種通過(guò)氫氣和氧氣電化學(xué)反應(yīng)直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的高效能量轉(zhuǎn)換裝置，因其發(fā)電過(guò)程中不用燃燒，不受卡諾循環(huán)限制，因而具有能量轉(zhuǎn)化率高，環(huán)境友好等特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊、潛力巨大，被廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)備、交通及固定發(fā)電等領(lǐng)域。

3、雙極板的功能是在電池之間有效地傳輸電流，提供氣體反應(yīng)物，并為電池提供結(jié)構(gòu)支撐。對(duì)于雙極板的材質(zhì)，必須不透水、耐用、耐腐蝕，并且是電和熱的良好導(dǎo)體。目前，雙極板的制造材料主要是復(fù)合材料、石墨或金屬。bps中的反應(yīng)物流道設(shè)計(jì)是燃料電池系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中最活躍的研究領(lǐng)域之一，因?yàn)椴煌姆磻?yīng)物流道設(shè)計(jì)會(huì)影響氣體分布的均勻性、肋下對(duì)流強(qiáng)度和排水性能，從而影響燃料電池的輸出性能、壽命和能耗，因此許多研究針對(duì)基板上的流道進(jìn)行改進(jìn)，但是，流道結(jié)構(gòu)的改進(jìn)只能對(duì)進(jìn)入流道之后的氣體分布起到作用，而在進(jìn)入流道之前，氣體經(jīng)過(guò)分配區(qū)時(shí)，由于分配區(qū)進(jìn)入流道處的出口位置與進(jìn)氣口之間的位置往往存在距離差，因此氣體在進(jìn)入流道時(shí)，其流速和流量即存在差異，導(dǎo)致在流場(chǎng)內(nèi)反應(yīng)時(shí)整體反應(yīng)過(guò)程不夠均勻平穩(wěn)。

4、因此，有必要提供一種用于pemfc的石墨陽(yáng)極板，使氣體進(jìn)入流場(chǎng)結(jié)構(gòu)時(shí)的流速與流量處于均勻平穩(wěn)狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于pemfc的石墨陽(yáng)極板，解決以下技術(shù)問(wèn)題：

2、如何使陽(yáng)極板中進(jìn)入流道結(jié)構(gòu)時(shí)的氫氣流速更加均勻平穩(wěn)？

3、本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

4、一種用于pemfc的石墨陽(yáng)極板，包括極板本體，極板本體上開(kāi)設(shè)有分別位于極板本體兩端的氫氣進(jìn)口和氫氣出口，氫氣進(jìn)口與氫氣出口之間設(shè)置有位于極板本體一側(cè)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)；在氫氣進(jìn)口與流場(chǎng)結(jié)構(gòu)之間均設(shè)置有氣體分配區(qū)，氣體分配區(qū)呈三角形，氫氣進(jìn)口與流場(chǎng)結(jié)構(gòu)分別位于三角形相鄰的兩邊；

5、所述氣體分配區(qū)包括若干交錯(cuò)分布的凸條和凸臺(tái)，其中，同時(shí)靠近氫氣進(jìn)口和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)處的凸條的長(zhǎng)度延伸方向與氫氣進(jìn)口的出氣方向垂直，靠近氫氣進(jìn)口但遠(yuǎn)離流場(chǎng)結(jié)構(gòu)處的凸條的長(zhǎng)度延伸方向與流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣方向垂直，遠(yuǎn)離氫氣進(jìn)口但靠近流場(chǎng)結(jié)構(gòu)處的凸條的長(zhǎng)度延伸方向與氫氣進(jìn)口的出氣方向平行。

6、在本發(fā)明更進(jìn)一步的方案中：遠(yuǎn)離氫氣進(jìn)口但靠近流場(chǎng)結(jié)構(gòu)處的凸條的長(zhǎng)度小于同時(shí)靠近氫氣進(jìn)口和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)處的凸條的長(zhǎng)度、靠近氫氣進(jìn)口但遠(yuǎn)離流場(chǎng)結(jié)構(gòu)處的凸條的長(zhǎng)度。

7、在本發(fā)明更進(jìn)一步的方案中：在氫氣出口與脊道之間也設(shè)置有氣體分配區(qū)，所述氣體分配區(qū)在氫氣出口與脊道之間的位置分布相較于氣體分配區(qū)在氫氣進(jìn)口與脊道之間的位置分布相同。

8、在本發(fā)明更進(jìn)一步的方案中：所述氫氣進(jìn)口與對(duì)應(yīng)的氣體分配區(qū)之間設(shè)有若干氫氣進(jìn)口進(jìn)氣分配口，所述氫氣出口與對(duì)應(yīng)的氣體分配區(qū)之間設(shè)有若干對(duì)應(yīng)的氫氣出口出氣分配口。

9、在本發(fā)明更進(jìn)一步的方案中：所述流場(chǎng)結(jié)構(gòu)包括多組平行等距設(shè)置的脊道，相鄰的兩個(gè)脊道之間形成流道。

10、在本發(fā)明更進(jìn)一步的方案中：所述脊道為曲線型。

11、在本發(fā)明更進(jìn)一步的方案中：脊道的寬度呈規(guī)律變化。

12、在本發(fā)明更進(jìn)一步的方案中：在極板本體上開(kāi)設(shè)有多組進(jìn)水口以及與多組進(jìn)水口一一對(duì)應(yīng)的出水口，其中，多組進(jìn)水口和出水口分別并列設(shè)置于流場(chǎng)結(jié)構(gòu)與氫氣進(jìn)口、氫氣出口相鄰的兩側(cè)。

13、本發(fā)明的有益效果：

14、在本發(fā)明的用于pemfc的石墨陽(yáng)極板中，在進(jìn)行氣體分配時(shí)，氫氣從氫氣進(jìn)口中進(jìn)入氣體分配區(qū)，首先進(jìn)入?yún)^(qū)域一和區(qū)域二，在區(qū)域一中，氫氣流動(dòng)方向與凸條的長(zhǎng)度延伸方向相互垂直，因此，區(qū)域一中的凸條可以最大限度上減緩氫氣的流動(dòng)速度，延遲氫氣進(jìn)入流道中的時(shí)間；在區(qū)域二中，凸條的長(zhǎng)度延伸方向朝向區(qū)域三，因此可以將氫氣向區(qū)域三的方向引導(dǎo)，氫氣從區(qū)域二進(jìn)入?yún)^(qū)域三后，氫氣流動(dòng)方向與區(qū)域三中的凸條的長(zhǎng)度方向相互平行，因此區(qū)域三對(duì)氫氣的流動(dòng)阻力很小，可以加快氫氣進(jìn)入流道的速度，基于此，可以最大程度上同步氫氣進(jìn)口中的氫氣進(jìn)入流道進(jìn)氣口處時(shí)的速度和流量，保證氫氣在流道中的運(yùn)動(dòng)速度整體趨于均勻平穩(wěn)，進(jìn)而提升氫氣在脊道中與膜電極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的效果。

技術(shù)特征：

1.一種用于pemfc的石墨陽(yáng)極板，包括極板本體(100)，極板本體(100)上開(kāi)設(shè)有分別位于極板本體(100)兩端的氫氣進(jìn)口(101)和氫氣出口(102)，氫氣進(jìn)口(101)與氫氣出口(102)之間設(shè)置有位于極板本體(100)一側(cè)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)；其特征在于，在氫氣進(jìn)口(101)與流場(chǎng)結(jié)構(gòu)之間均設(shè)置有氣體分配區(qū)(200)，氣體分配區(qū)(200)呈三角形，氫氣進(jìn)口(101)與流場(chǎng)結(jié)構(gòu)分別位于三角形相鄰的兩邊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于pemfc的石墨陽(yáng)極板，其特征在于，遠(yuǎn)離氫氣進(jìn)口(101)但靠近流場(chǎng)結(jié)構(gòu)處的凸條(201)的長(zhǎng)度小于同時(shí)靠近氫氣進(jìn)口(101)和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)處的凸條(201)的長(zhǎng)度、靠近氫氣進(jìn)口(101)但遠(yuǎn)離流場(chǎng)結(jié)構(gòu)處的凸條(201)的長(zhǎng)度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于pemfc的石墨陽(yáng)極板，其特征在于，在氫氣出口(102)與脊道(300)之間也設(shè)置有氣體分配區(qū)(200)，所述氣體分配區(qū)(200)在氫氣出口(102)與脊道(300)之間的位置分布相較于氣體分配區(qū)(200)在氫氣進(jìn)口(101)與脊道(300)之間的位置分布相同。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于pemfc的石墨陽(yáng)極板，其特征在于，所述氫氣進(jìn)口(101)與對(duì)應(yīng)的氣體分配區(qū)(200)之間設(shè)有若干氫氣進(jìn)口進(jìn)氣分配口(1011)，所述氫氣出口(102)與對(duì)應(yīng)的氣體分配區(qū)(200)之間設(shè)有若干對(duì)應(yīng)的氫氣出口出氣分配口(1021)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于pemfc的石墨陽(yáng)極板，其特征在于，所述流場(chǎng)結(jié)構(gòu)包括多組平行等距設(shè)置的脊道(300)，相鄰的兩個(gè)脊道(300)之間形成流道。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于pemfc的石墨陽(yáng)極板，其特征在于，所述脊道(300)為曲線型。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于pemfc的石墨陽(yáng)極板，其特征在于，脊道(300)的寬度呈規(guī)律變化。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于pemfc的石墨陽(yáng)極板，其特征在于，在極板本體(100)上開(kāi)設(shè)有多組進(jìn)水口(103)以及與多組進(jìn)水口(103)一一對(duì)應(yīng)的出水口(104)，其中，多組進(jìn)水口(103)和出水口(104)分別并列設(shè)置于流場(chǎng)結(jié)構(gòu)與氫氣進(jìn)口(101)、氫氣出口(102)相鄰的兩側(cè)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于PEMFC的石墨陽(yáng)極板，涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，包括極板本體，極板本體上開(kāi)設(shè)有分別位于極板本體兩端的氫氣進(jìn)口和氫氣出口，氫氣進(jìn)口與氫氣出口之間設(shè)置有位于極板本體一側(cè)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)；在氫氣進(jìn)口與流場(chǎng)結(jié)構(gòu)之間均設(shè)置有氣體分配區(qū)，氣體分配區(qū)包括若干交錯(cuò)分布的凸條和凸臺(tái)，其中，同時(shí)靠近氫氣進(jìn)口和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)處的凸條的長(zhǎng)度延伸方向與氫氣進(jìn)口的出氣方向垂直，靠近氫氣進(jìn)口但遠(yuǎn)離流場(chǎng)結(jié)構(gòu)處的凸條的長(zhǎng)度延伸方向與流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣方向垂直，遠(yuǎn)離氫氣進(jìn)口但靠近流場(chǎng)結(jié)構(gòu)處的凸條的長(zhǎng)度延伸方向與氫氣進(jìn)口的出氣方向平行；該結(jié)構(gòu)可以最大程度上同步氫氣進(jìn)口中的氫氣進(jìn)入流道進(jìn)氣口處時(shí)的速度和流量。

技術(shù)研發(fā)人員：張凱,王朝云,潘永志,張林松
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽明天氫能科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26