一种便于排水的氢燃料电池的制作方法

1.本实用新型涉及氢燃料电池技术领域，尤其涉及一种便于排水的氢燃料电池。


背景技术：

2.在低温燃料电池操作中，由于电池温度始终控制在100℃以下，电池的副产物水会在流道内凝结呈液态，若电池流道内排水设计不良，流道内容易发生液态水的累积，电池的发电效率下降。
3.燃料电池中的构造通常为电极板之间夹束一膜电极组，膜电极组上设置有具有透离子性的高分子膜，高分子膜上涂布有催化剂用于催化氢气生成氢离子和自由电子，自由电子在电池内定向移动并对外供电；氢气和氧气注入电极板中并在电极板中的流道内流动以接触膜电极组。
4.根据实验结果显示高分子质子交换薄膜的导离子能力与该薄膜所含之水量有关，如高分子质子交换薄膜含水量过低，离子的传输能力会减弱，降低电池的性能；反之，若高分子质子交换薄膜含水量过高，则会造成溢流，液体水堵塞流道，气体与质子交换膜的接触面积减小，同样会降低电池的性能。
5.请参考图1，现有技术中，一般传统流道为了完全利用双极板上的有限面积，将流道设计呈直线往复回绕状，因而在流道设计上会出现许多蜿蜒转角的路径，这样设计的流道内往往存在如下问题：
6.一、在流道转角处液态水能够附着的面积会比在直线时所能附着的面积大，水滴对于流道壁面之黏滞力增加，燃料电池在反应后所产生之液态水容易累积在流道的转角处，最终堵塞流道 ，致使电池性能降低。
7.二、气体从流道的宽度没有变化，气体在流道内的流速几乎没有变化，气体在流道内流动时，会带动液体沿流道移动，流道内的水则会越积越多，往往流道靠近出气口的一侧被液体堵塞。
8.如何解决流道内积水防止流道堵塞，成为燃料电池领域亟待解决的一个问题。


技术实现要素：

9.为了解决现有技术中燃料电池流道内容易产生积水影响燃料电池发电效率的问题，本实用新型提出一种便于排水的氢燃料电池。
10.本实用新型通过以下技术方案实现的：
11.一种便于排水的氢燃料电池，包括：呈相对设置的电极板、安装在所述电极板之间的用于催化氧化还原反应的膜电极组，所述膜电极组包括：用于透过氢离子的高分子膜、涂布于所述高分子膜的两侧用于催化氢气产生氢离子的催化剂涂层、安装在所述高分子膜和所述电极板之间的气体扩散层；
12.所述电极板朝向所述膜电极组的一侧设置有流道，气体流通在所述流道内并经由所述气体扩散层接触所述催化剂涂层；
13.所述流道呈螺旋形，所述流道的两端设置有穿透所述电极板的进气口和出气口，气体经由所述进气口进入所述流道，并经由所述出气口流出所述流道；所述进气口位于所述流道的螺旋形边缘，所述出气口位于所述流道的螺旋形中心。
14.进一步的，所述流道包括多个流槽，多个所述流槽相互平行，相邻所述流槽相互间隔。
15.进一步的，所述流道由所述进气口至所述出气口沿顺时针方向设置在所述电极板上。
16.进一步的，所述流道由所述进气口至所述出气口沿逆时针方向设置在所述电极板上。
17.进一步的，所述膜电极组两侧的所述流道内的气体流动方向相反。
18.进一步的，所述电极板和所述膜电极组之间还设置有密封圈，所述密封圈密封所述气体扩散层和所述流道。
19.进一步的，所述便于排水的氢燃料电池还包括：安装在所述电极板远离所述膜电极一端的集电板，所述集电板设置有电触柱，外接电路通过所述电触柱与所述便于排水的氢燃料电池电连接。
20.进一步的，所述便于排水的氢燃料电池还包括：外压板，所述外压板安装在所述集电板远离所述电极板的一侧。
21.本实用新型的有益效果在于：
22.本实用新型所述的便于排水的燃料电池将流道设置成螺旋形，且流道的进气口设置在螺旋形的边缘，出气口设置在螺旋形的中心，当气体在所述流道中流动时，随着流道半径的减小，气体的流速增加，对液体的推力越强，便于液体随气体沿出气口排出燃料电池；
23.所述流道呈螺旋形的优点是流道不存在直线区域和弯折区域，流道的各处均呈弧形，保证流道前后的一致性，便于液体在所述流道内流动，避免因流道的局部弯折角度过大致使液体在流道部分位置堆积。
附图说明
24.图1是现有技术中燃料电池电极板的流道结构示意图；
25.图2是本实用新型所述的便于排水的氢燃料电池立体结构示意图；
26.图3是图2的分解结构示意图；
27.图4是本实用新型中电极板的流道结构示意图。
具体实施方式
28.为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
29.请参考图2至图4，本实用新型公开一种便于排水的氢燃料电池，包括：呈相对设置的电极板1、安装在所述电极板1之间的用于催化氧化还原反应的膜电极组，所述膜电极组包括：用于透过氢离子的高分子膜21、涂布于所述高分子膜21的两侧用于催化氢气产生氢离子的催化剂涂层22、安装在所述高分子膜21和所述电极板1之间的气体扩散层23。
30.所述电极板1朝向所述膜电极组的一侧设置有流道11，气体流通在所述流道11内并经由所述气体扩散层23接触所述催化剂涂层22。
31.在本实施例中，氢气和氧气分别通入所述膜电极两侧的所述电极板1的流道11内，氢气和氧气从流道11进入所述气体扩散层23内进行扩散，气体扩散层23用于使气体均匀地接触所述高分子膜21，避免氢气和氧气在所述高分子膜21的某个部分过于集中，致使氢燃料电池的发电效率下降。所述高分子膜21上的催化剂涂层22用于将氢气生成氢离子和自由电子，自由电子在氢燃料电池和外接电路中定向移动实现对外供电的目的。
32.请参考图4，在本实用新型的电极板1上，所述流道11呈螺旋形，所述流道11的两端设置有穿透所述电极板1的进气口12和出气口13，气体经由所述进气口12进入所述流道11，并经由所述出气口13流出所述流道11；所述进气口12位于所述流道11的螺旋形边缘，所述出气口13位于所述流道11的螺旋形中心。
33.本实用新型所述的便于排水的燃料电池将流道11设置成螺旋形，且流道11的进气口12设置在螺旋形的边缘，出气口13设置在螺旋形的中心，当气体在所述流道11中流动时，随着流道11半径的减小，气体的流速增加，对液体的推力越强，便于液体随气体沿出气口13排出燃料电池。
34.所述流道11呈螺旋形的优点是流道11不存在直线区域和弯折区域，流道11的各处均呈弧形，保证流道11前后的一致性，便于液体在所述流道11内流动，避免因流道11的局部弯折角度过大致使液体在流道11部分位置堆积。
35.气体推动液体流动的一个重要的条件是，液体的体积不能太大，否则气体即使流速增加，随着液体的堆积也容易出现液体集中而堵塞流道11的问题，因而，在本实用新型的一个优选的实施例中，所述流道11包括多个流槽110，多个流槽110可以减小所述流道11的截面积，进而减小流道11内液体堆积的体积，便于气体推动或带动液体流出流道11，多个所述流槽110相互平行设置，相邻所述流槽110相互间隔。
36.在上述的实施例中，所述流道11由所述进气口12至所述出气口13沿顺时针方向设置在所述电极板1上。在本实用新型的另一个可实现的实施例中，所述流道11由所述进气口12至所述出气口13沿逆时针方向设置在所述电极板1上。
37.在本实用新型的一个优选的实施例中，所述膜电极组两侧的所述流道11内的气体流动方向相反。该结构避免膜电极组两侧的气体同步流动，致使气体集中在膜电极组的固定位置影响氢燃料电池的发电效率。
38.在本实用新型一个可实现的实施例中，所述电极板1和所述膜电极组之间还设置有密封圈，所述密封圈密封所述气体扩散层23和所述流道11。所述密封圈避免气体从电极板1和膜电极组之间的缝隙泄漏处氢燃料电池，避免氢气和氧气资源的浪费。
39.请参考图3，所述便于排水的氢燃料电池还包括：安装在所述电极板1远离所述膜电极一端的集电板3，所述集电板3设置有电触柱，外接电路通过所述电触柱与所述便于排水的氢燃料电池电连接。集电板3用于为外接电路中的电子和氢燃料电池中的电子提供连接通道。
40.所述便于排水的氢燃料电池还包括：外压板4，所述外压板4安装在所述集电板3远离所述电极板1的一侧。所述外压板4用于固定所述集电板3、所述电极板1和所述膜电极组。
41.应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来
说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。