一种燃料电池阴极板流场的制作方法

本发明涉及燃料电池，尤其是涉及一种燃料电池阴极板流场。

背景技术：

1、伴随着社会生产力的进步，大量化石燃料被使用，由此引起的一系列环境以及能源问题愈演愈烈，燃料电池是一种可以直接将燃料气体的化学能转变为电能的能量转换装置，是一种清洁的二次能源，对可再生能源利用，解决能源和环境问题具有重要意义。

2、燃料电池的核心零部件是双极板及其膜电极组件，而膜电极又由质子交换膜、催化剂层和气体扩散层组成。双极板的主要功能包括提供机械支撑、收集电流、分隔阴阳极反应场所、排出反应产物、散热等，燃料电池的流场设计对其性能的影响至关重要。燃料电池的阴极反应速度较阳极而言要慢几个数量级，因此良好的阴极流场设计是保证燃料电池堆整体性能的基础；现有技术多存在传质性能差，流场流阻大的技术问题。

3、如中国专利cn210006824u公开的一种燃料电池中的双极板流场结构及双极板；在流道内设置间隔分布的光滑段和粗糙段，流道脊上设有脊部分配槽，粗糙段可以加快气体湍动并破碎水滴，提高流场排水能力。但是，由于粗糙段的增加，流道内由于流体与粗糙段间摩擦作用，以及由此产生的湍流内耗散，使得流场的整场压降显著提升；增加了系统正常运行时的寄生损耗，降低了系统效率。

4、又如中国专利cn116247235a公开的一种燃料电池双极板流场；通过在侧壁设置若干形成在相邻两脊背之间且平行间隔设置的流道，流道分为等径流道和变径流道。进入变径流道的气体在经过收缩段时由于流道变窄，导致压力变大，与等径流道形成压力差，此时气体经由径向凹槽进入相邻的等径流道，促进了气体径向上的流动，强化传质。沿径向凹槽流动的气体可以带走反应水，加快反应水的排出。但是这种等径流道和变径流道组合的形式，易造成流场板各流道间的气体分配均匀性，从而导致燃料电池在有效区域间的发电性能的不一致性，最终会形成电流在内部流动现象，无法转换为有效对外做功，造成能量的浪费。

技术实现思路

1、针对现有技术不足，本发明是提供一种燃料电池阴极板流场，以达到降低流阻，提升传质性能的目的。

2、为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

3、该燃料电池阴极板流场，包括流场流道槽和流场流道脊，所述流场流道槽的底部设有用于提升阴极气体在阴极流场中流动时湍动性能的凸起结构；所述凸起结构包括沿气流方向从前至后依次设置的用于将流经的气体沿流动的垂直方向产生动量矢量的凸起迎风结构、用于减少阻力的凸起顺接曲面以及用于引流的翼根。

4、进一步的：

5、所述凸起结构为凸起的驼峰结构。

6、所述凸起迎风结构、凸起顺接曲面以及翼根为一凸起整体结构。

7、所述流场流道脊上设有用于降低节流面积的压印节流结构。

8、每个所述流场流道槽的侧面均设有流场流道脊，两侧的流场流道脊对称设置，凸起结构设在流场流道槽中间位置处。

9、所述压印节流结构包括设在流场流道槽侧槽壁上的水气分流口和设在流场流道脊上的压印出水槽，所述水气分流口和压印出水槽相连通。

10、所述流场流道槽侧槽壁上设有内凸部，内凸部对应翼根设置，水气分流口设在内凸部的前端。

11、所述压印出水槽的后端设有压印结构出水口。

12、所述内凸部为中空斜楔结构。

13、所述水气分流口与压印出水槽的前端对应相连通。

14、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

15、该燃料电池阴极板流场结构设计合理，一方面可以增强流道内阴极气体的传质性能，通过对流作用提高气体在扩散层内的流动；另一方面通过在脊的两侧设置的分流结构，实现槽内反应气及生成水的气液分流，在脊的上部设置有节流结构，以增加脊下分流的水可以快速排出流场，并且节流结构的尺寸较为紧凑，对其与膜电极之间的接触电阻可以控制在允许范围内。

技术特征：

1.一种燃料电池阴极板流场，包括流场流道槽和流场流道脊，其特征在于：所述流场流道槽的底部设有用于提升阴极气体在阴极流场中流动时湍动性能的凸起结构；所述凸起结构包括沿气流方向从前至后依次设置的用于将流经的气体沿流动的垂直方向产生动量矢量的凸起迎风结构、用于减少阻力的凸起顺接曲面以及用于引流的翼根。

2.如权利要求1所述燃料电池阴极板流场，其特征在于：所述凸起结构为凸起的驼峰结构。

3.如权利要求1所述燃料电池阴极板流场，其特征在于：所述凸起迎风结构、凸起顺接曲面以及翼根为一凸起整体结构。

4.如权利要求1所述燃料电池阴极板流场，其特征在于：所述流场流道脊上设有用于降低节流面积的压印节流结构。

5.如权利要求4所述燃料电池阴极板流场，其特征在于：每个所述流场流道槽的侧面均设有流场流道脊，两侧的流场流道脊对称设置，凸起结构设在流场流道槽中间位置处。

6.如权利要求5所述燃料电池阴极板流场，其特征在于：所述压印节流结构包括设在流场流道槽侧槽壁上的水气分流口和设在流场流道脊上的压印出水槽，所述水气分流口和压印出水槽相连通。

7.如权利要求6所述燃料电池阴极板流场，其特征在于：所述流场流道槽侧槽壁上设有内凸部，内凸部对应翼根设置，水气分流口设在内凸部的前端。

8.如权利要求6所述燃料电池阴极板流场，其特征在于：所述压印出水槽的后端设有压印结构出水口。

9.如权利要求7所述燃料电池阴极板流场，其特征在于：所述内凸部为中空斜楔结构。

10.如权利要求8所述燃料电池阴极板流场，其特征在于：所述水气分流口与压印出水槽的前端对应相连通。

技术总结
本发明公开了一种燃料电池阴极板流场，包括流场流道槽和流场流道脊，所述流场流道槽的底部设有用于提升阴极气体在阴极流场中流动时湍动性能的凸起结构；所述凸起结构包括沿气流方向从前至后依次设置的用于将流经的气体沿流动的垂直方向产生动量矢量的凸起迎风结构、用于减少阻力的凸起顺接曲面以及用于引流的翼根。一方面可以增强流道内阴极气体的传质性能，通过对流作用提高气体在扩散层内的流动；另一方面通过在脊的两侧设置的分流结构，实现槽内反应气及生成水的气液分流，在脊的上部设置有节流结构，以增加脊下分流的水可以快速排出流场，并且节流结构的尺寸较为紧凑，对其与膜电极之间的接触电阻可以控制在允许范围内。

技术研发人员：潘陈兵,高冀,陈大华,潘立升,魏浩,徐进
受保护的技术使用者：安徽瑞氢动力科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15