专利名称：一种燃料电池极板的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于一种燃料电池极板。
背景技术：
燃料电池是一种将燃料及氧化剂中的化学能直接转化成电能的反应装置。直接甲醇燃料电池(DMFC)是燃料电池的一种，具有能源密度高、功率高、零污染等特性，更具备免充电、无噪音、环保等优点，可用于小型便携式充电电源、笔记本电脑、手机以及小型电子器件的电源。
燃料电池主要包括膜电极、极板以及密封部件。其中膜电极是燃料电池的核心部件，为电化学反应提供活性物质。密封部件可以使得燃料电池不产生泄露，电池可以稳定运行。燃料电池中的极板，可以为膜电极提供支撑，也为燃料电池导通电子。最主要的是极板具有流场，流场一般由刻在极板上使反应流体流动的导流槽组成，为燃料电池提供反应流体所需要的场所。其中，导流槽的结构关系到流体流动状态，对燃料电池的性能有着十分重要的影响。
例如，对于直接甲醇燃料电池的阳极导流槽结构，由于阳极中反应物为液态的甲醇，在电化学反应过程中，阳极区域会有气态的CO2生成，如果不能及时排出CO2气体，容易使得流道中产生气泡，从而阻碍流体的正常流动和降低燃料电池的反应时的实际反应面积，导致燃料电池的性能下降。另外一个明显的例子是，对于质子交换膜燃料电池阴极极板的导流槽结构，由于阴极区域是氧化性气体发生反应的场所，而且还有电化学反应产物水的产生。在电化学反应过程中，如果不能及时排出产物水，则在阴极区域发生严重的催化剂水淹，同时阻碍氧化性气体的流动，可以导致燃料电池的性能急剧下降。
目前普遍采用的燃料电池流场结构中，虽然针对流场的结构发明设计专利存在很多形式，如单流道蛇行结构、双流道蛇行结构以及多流道蛇行结构，但是，导流槽的横截面结构主要为方形结构。如CN1591942A公开的双极板的流场走向虽然呈蜿蜒形状，但是导流槽的横截面结构为单一的方形结构，对改变流体的流动状态作用不大。CN1650458A对燃料电池的流场的导流槽横截面结构进行了改进，采用了一种梯形结构，这种结构减少了流动阻力，更有利于流动，该梯形的导流槽横截面结构虽然相对于方形的导流槽横截面结构有了改进，但是，燃料电池的反应产物容易在这种单一的凹槽横截面结构中滞留，例如当应用于直接甲醇燃料电池中时，尤其是应用于直接甲醇燃料电池的阳极流场中，由于阳极区域有产物气体CO2产生，CO2在这种单一的凹槽横截面结构中容易滞留，从而使得甲醇流体的流动受阻，甲醇的浓度分布不均匀且浓度下降，结果导致燃料电池的性能下降；当应用于质子交换膜燃料电池中时，尤其是应用于质子交换膜燃料电池的阴极流场中，由于阴极区域有产物水产生，同时还有大量的反应气体的流动，需要及时把水排出到电池外。但是在这样一种单一的凹槽横截面结构的流道中，水和气体混在一起，很容易发生堵塞，造成气体不流畅，而且阴极催化剂容易被水淹没，从而降低燃料电池的性能。
实用新型内容本实用新型的目的克服使用现有极板的燃料电池性能较差的缺点，提供一种能够使燃料电池性能保持稳定的极板。
本实用新型提供了一种燃料电池极板，该极板包括流场，所述流场包括导流槽，其中，所述流场还包括小凹槽，所述小凹槽位于导流槽的底部。
由于本实用新型提供的极板的导流槽底面还包括小凹槽，因此流场横截面结构为复合凹槽结构，在燃料电池反应过程中，生成的产物容易集聚在复合凹槽结构中的小凹槽中，方便排出到电池外，不容易堵塞流体通道即导流槽，使电池性能保持稳定。
例如，当本实用新型提供的极板用于直接甲醇燃料电池的阳极时，在直接甲醇燃料电池反应过程中，阳极区域有产物CO2气体产生，且都是很小的气泡，这些气泡容易集聚在复合凹槽结构中的小凹槽中，方便排出到电池外，不容易堵塞流体通道即导流槽；而且即使流体通道被堵塞，靠近膜电极区域的甲醇反应后浓度下降，在流场内可以与小凹槽区域的高浓度甲醇容易形成对流，使得反应区域的甲醇浓度回升，电池性能保持稳定。
当本实用新型提供的极板用于质子交换膜燃料电池的阴极时，在质子交换膜燃料电池反应过程中，在质子交换膜燃料电池反应过程中，阴极区域有产物水的不断生成，这些水容易汇聚在复合凹槽结构中的小凹槽中，方便地排出到电池外，不容易堵塞流体通道；而且由于在复合凹槽结构中，反应气体和生成的产物水分别在导流槽和小凹槽中，气体可以在靠近膜电极的区域通畅地流动，在膜电极和极板的接触区域没有水的积聚，也不会发生水对催化剂的淹没，从而使质子交换膜燃料电池的性能保持稳定。
图1为本实用新型提供的极板的流场结构示意图；图2、图3、图4、图5和图6分别是本实用新型提供的极板的导流槽的横截面结构示意图。
具体实施方式
根据本实用新型提供的极板，除了在导流槽的底部具有小凹槽之外，其它的结构可以采用现有的各种结构。
流场结构可以为现有的各种形状，例如蛇形、直条形。因此，组成流场的导流槽也可以为各种形状，例如蛇形、直条形。图1所示的流场结构为直条形。反应物流体从流体进口1进入流场，在导流槽2中流动，反应生成的气体通过流体出口2排出。
图2、图3、图4、图5和图6分别从图1的B位置(分别用B1、B2、B3、B4和B5表示)截取的导流槽的横截面结构示意图。导流槽的横截面结构可以为任意形状，为了便于在导流槽的底部加工小凹槽，导流槽的横截面结构优选为方形和/或梯形。如图2、图3、图4和图5所示，导流槽的横截面结构为方形。如图6所示，导流槽的横截面结构为梯形。
在每个导流槽的底部可以具有一条或多条小凹槽。如图2所示，导流槽的底部具有一条小凹槽。如图3、图4和图6所示，导流槽的底部具有两条小凹槽。如图5所示，导流槽的底部具有四条小凹槽。当导流槽的底部具有一条小凹槽时，小凹槽的横截面结构的最大宽度小于导流槽的横截面结构的最小宽度。当导流槽的底部具有多条小凹槽时，多条小凹槽的横截面结构的最大宽度之和小于导流槽的横截面结构的最小宽度。每个导流槽的底部上具有的一条或多条小凹槽在纵向上与导流槽平行。
所述小凹槽的横截面积是导流槽横截面积的10-85％。当导流槽的底部具有一条小凹槽时，小凹槽的横截面积是导流槽横截面积的10-50％；当导流槽的底部具有多条小凹槽时，所述小凹槽的横截面积之和是导流槽横截面积的20-85％。
根据导流槽的底部具有的小凹槽的条数，可以将本发明提供的极板用于不同类型的燃料电池。例如，当本实用新型提供的极板用于直接甲醇燃料电池的阳极时，导流槽的底部优选具有一条小凹槽。当本实用新型提供的极板用于质子交换膜燃料电池的阴极时，导流槽的底部优选具有两条或两条以上小凹槽。
小凹槽的横截面结构可以为任意的形状，如方形、梯形、圆弧形或尖角形。如图2和图3所示，小凹槽的横截面结构为方形；如图4所示，小凹槽的横截面结构为梯形；如图6所示，小凹槽的横截面结构为圆弧形；如图5所示，小凹槽的横截面结构为尖角形。
在极板上制作流场的方法已为本领域技术人员所公知，可以使用刻凹槽的设备在极板上刻出一条或多条导流槽。除此之外，本实用新型提供的极板流场的制作方法还包括，以刻出的导流槽的底面为基础，用刻凹槽的设备刻出一条或多条小凹槽，这样就可以得到本实用新型提供的燃料电池极板。
权利要求1.一种燃料电池极板，该极板包括流场，所述流场包括导流槽，其特征在于，所述流场还包括小凹槽，所述小凹槽位于导流槽的底部。
2.根据权利要求1所述的极板，其中，所述小凹槽的横截面积是导流槽横截面积的10-85％。
3.根据权利要求1所述的极板，其中，所述导流槽的横截面结构为方形和/或梯形。
4.根据权利要求1所述的极板，其中，所述小凹槽的横截面结构为方形、梯形、圆弧形或尖角形。
5.根据权利要求1所述的极板，其中，在每个导流槽的底部，小凹槽的个数为一条。
6.根据权利要求5所述的极板，其中，所述小凹槽的横截面结构的最大宽度小于导流槽的横截面结构的最小宽度。
7.根据权利要求5所述的极板，其中，所述小凹槽的横截面积是导流槽横截面积的10-50％。
8.根据权利要求1所述的极板，其中，在每个导流槽的底部，小凹槽的个数为两条或两条以上。
9.根据权利要求8所述的极板，其中，两条或两条以上小凹槽的横截面结构的最大宽度之和小于导流槽的横截面结构的最小宽度。
10.根据权利要求8所述的极板，其中，所述小凹槽的横截面积之和是导流槽横截面积的20-85％。
专利摘要本实用新型提供了一种燃料电池极板，该极板包括流场，所述流场包括导流槽，其中，所述流场还包括小凹槽，所述小凹槽位于导流槽的底部。由于本实用新型提供的极板的导流槽底面还包括小凹槽，因此流场横截面结构为复合凹槽结构，在燃料电池反应过程中，生成的产物容易集聚在复合凹槽结构中的小凹槽中，方便排出到电池外，不容易堵塞流体通道即导流槽，使电池性能保持稳定。
文档编号H01M4/86GK2859821SQ20052014286
公开日2007年1月17日 申请日期2005年12月9日 优先权日2005年12月9日
发明者张日清, 刘瑞, 董俊卿 申请人:比亚迪股份有限公司