專利名稱：一種燃料電池空氣極板的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種燃料電池。
技術背景在國民經濟保持持續(xù)高速增長的同時，燃料電池作為一種清潔 環(huán)保、高效節(jié)能、可靠性高的能源，勢必逐漸取代傳統(tǒng)能源成為新能 源的主力軍，因此大力推廣使用燃料電池等可再生能源、新能源的任 務非常緊迫，也使其具備了廣闊的市場前景。不同種類的燃料電池，基本的反應原理都是一樣的，其最主要的 差異在于其所使用之反應燃料及電解質的不同。目前所使用的燃料電 池約有五種即固態(tài)氧化物電池、熔融碳酸鹽電池、堿性燃料電池、 磷酸燃料電池、質子交換膜燃料電池。在各種燃料電池中，以質子交換膜燃料電池(PEMFC)的操作溫度最低，大約在8(TC左右，而且使 用了質子交換膜(高分子固態(tài)薄膜)來取代一般燃料電池中的液態(tài)腐 蝕性電解質，所以不會有腐蝕性液體溢出的危險性。PEMFC燃料電池是一種不斷添加燃料的化學電池，只要外界源 源不斷地提供燃料(氫氣)，就可以連續(xù)向外界供電。燃料電池具有 效率高、體積功率能量密度高、啟動快速、工作溫度低(大約在80 。C左右)、無污染等優(yōu)點。同時由于其使用壽命長、設計簡單、單位 面積電流密度大及體積小等特點，使其制作更容易實現(xiàn)微小化及模組 化。這樣，燃料電池的應用也更加廣泛，不僅適用于太空能源、生命維持系、潛水艇動力、汽車、通信用備用電源，也適用于便攜式動力
及3G家電產品等的動力來源裝置。
PEMFC燃料電池的工作原理是氫氣由電池的陽級進入，氧氣 (或空氣)由電池的陰極進入。在質子交換膜上陽極催化劑的作用下， 使得陽極的氫氣分解為兩個氫離子和兩個電子，其中氫離子被氧吸引 到薄膜的另一邊，電子則由外電路形成電流后到達陰極。在陰極催化 劑作用下，氫離子、氧及電子發(fā)生反應生成水。 陽極反應 2H2—41^+4^
陰極反應 4H^+4e402—2H20
PEMFC燃料電池空氣極板和氫氣極板是燃料電池的核心部件之 一，極板的功能在于收集電流并將其從一個電池的陽極傳導到下一個 電池的陰極，同時在陽極表面均勻地分配燃料氣體，在陰極的表面均 勻分配氧氣(或空氣)。此處，極板還需具有冷卻流體通過電堆的通 道。因此，在設計極板時，除了選擇性能優(yōu)良的極板材料外，極板流 場的結構設計對整個電池性能起著關鍵性的作用。設計時應保證各處 充分獲得反應氣體，增強氣體對流與擴散能力，避免電化學反應遲緩; 控制極板溝槽面積與總面積之比，即極板溝槽面積過大會造成電極與 極板之間的接觸電阻過大，溝槽面積過小又會降低觸媒利用率；保證 反應氣體通過流場的壓力降適中，壓力降太大會造成過高的壓力損 失，壓力降太小則不利于反應氣體在電池間的分配；各路氣體及冷卻 水之間利用密封槽完全隔離開來，密封槽設計應與密封墊壓緊體積吻 合，既保證氣體密封性又不損壞極板?，F(xiàn)有燃料電池極板在反應中很容易產生反應過程中氣體流通不順暢、氣體分配不均勻、積水、產生
反應死區(qū)而導性電池性能下降等問題。

實用新型內容
針對現(xiàn)有技術存在的問題，本實用新型的目的提供一種燃料電池 空氣極板，通過對該電池空氣極板結構的改進，能夠使氣體保持均衡， 提高燃料電池電流密度，克服了由于燃料電池中氣體分配不均勻而導 致電性能下降的問題。
本實用新型所采取的技術方案是 一種燃料電池空氣極板，在所 述空氣極板的一面刻有空氣流道，在所述空氣流道的進氣端刻有空氣 主進氣孔、氫氣主進氣孔、冷卻水主進水孔，在空氣流道的出氣端刻 有空氣主出氣孔、氫氣主出氣孔和冷卻水主出水孔，所述空氣主進氣 孔位于空氣極板進氣端的中間部位，空氣主出氣孔位于空氣極板出氣 端的中間部位，氫氣主進氣孔和冷卻水主進水孔分別位于空氣主進氣 孔的兩側，氫氣主出氣孔和冷卻水主出水孔分別位于空氣主出氣孔的 兩側，其中氫氣主進氣孔和氫氣主出氣？L，冷卻主水進水孔和冷卻水 主出水孔兩兩呈對角分布。
所述的燃料電池空氣極板，在所述空氣流道的進氣端和出氣端之 間為島嶼型流道區(qū)域，所述島嶼型流道區(qū)域內分布有多排月牙型島 嶼，所述每個月牙型島嶼的凹面與空氣流入向相對。
所述的燃料電池空氣極板，在所述島嶼型流道區(qū)域內的上下兩端 分設有空氣次流道進口和空氣次流道出口，所述空氣次流道進口和空 氣次流到出口分別為狹長通孔，穿透所述空氣極板兩面。所述的燃料電池空氣極板，所述島嶼型流道區(qū)域被分成2-4條 獨立的通道，所述空氣次流道進口進入的空氣分流進入各個通道后， 再從各個通道匯集進入到空氣次流道出口 。
所述的燃料電池空氣極板，所述島嶼型流道被分成3條獨立的通 道，在各個獨立的流道和空氣次流道進口和空氣次流道出口之間分別 設有加強導流凸條。
所述的燃料電池空氣極板，所述島嶼型流道區(qū)域內分布的每排 島嶼是相互交錯排列的。
所述的燃料電池空氣極板，所述島嶼型流道區(qū)域內分布的每個島 嶼輪廓周邊為圓弧形，島嶼與流道底部也是圓弧連接。
所述的燃料電池空氣極板，所述空氣極板的另一面刻有直線型冷 卻水流道。
所述的燃料電池空氣極板，其特征在于在所述空氣極板的兩面 分別刻有密封槽，密封槽與密封墊密封配合保證空氣、氫氣和冷卻水 流道完全隔離開來。
本實用新型的燃料電池空氣極板，在設計上具有三大主流道，三 大主流道的進口設在空氣極板的進氣端，出口設計在三個主流道的出 氣端，中間經過流通區(qū)域，其中空氣主進入氣孔分別設置在每端的中 間，而氫氣主進出氣孔、冷卻水主進出水孔兩兩呈對角分布。這種結 構形式，保證氣體流通順暢。此外，在流通區(qū)域的多島嶼流道的互相 串通方式，增強氣體對流和擴散能力，能夠保證進入流道的氣體重新 分配而達到平衡，多島嶼流道在氣體的重新分配過程中產生的壓力差，增大了島嶼上擴散層中氧氣質量分數(shù)，提高了燃料電池電流密度，
克服了由于燃料電池中氣體分配不均勻而導致電性能下降的問題。


圖1為本實用新型的空氣面結構示意圖； 圖2為本實用新型的冷卻水面結構示意圖; 圖3為月牙型島嶼放大圖； 圖4為圖3的A-A剖視圖。
具體實施方式

下面通過具體實施例對本實用新型作進一步詳細描述。 如圖1、2所示，本實用新型的燃料電池空氣極板，空氣極板的 正反兩面都刻有流道，其中一面刻有多島嶼結構的空氣流道(如圖l)， 另一面刻有直線型冷卻水流道(如圖2)。在空氣極板的兩面分別刻 有密封槽13，密封槽13與密封墊密封配合保證空氣、氫氣和冷卻水 流道完全隔離開來。
如圖1所示，在空氣流道的進氣端刻有空氣主進氣孔1、氫氣主 進氣孔2、冷卻水主進水孔3，空氣主進氣孔1位于空氣極板進氣端 的中間部位，氫氣主進氣孔2和冷卻水主進水孔3分別位于空氣主進 氣孔1的兩側，在空氣流道的出氣端刻有空氣主出氣孔5、氫氣主出 氣孔6和冷卻水主出水孔7，空氣主出氣孔5位于空氣極板出氣端的 中間部位，氫氣主出氣孔6和冷卻水主出水孔7分別位于空氣主出氣 孔5的兩側，其中氫氣主進氣孔2和氫氣主出氣孔6，冷卻水主進水 孔3和冷卻水主出水孔7兩兩呈對角分布。在空氣流道的進氣端和出氣端之間為島嶼型流道區(qū)域，所述島嶼型流道區(qū)域內分布有多排月牙
型島嶼8,島嶼形狀如圖3、 4所示，每排島嶼是相互交錯排列的， 每個島嶼輪廓周邊為圓弧形，島嶼與流道底部也是圓弧連接，每個月 牙型島嶼8的凹面與空氣流入向相對。
在島嶼型流道區(qū)域內的上下兩端分設有空氣次流道進口 9和空 氣次流道出口 10，空氣次流道進口 9和空氣次流道出口 IO分別為狹 長通孔，穿透空氣極板兩面，島嶼型流道被分成3條獨立的通道，空 氣次流道進口 9的空氣通過加強導流凸條11分流進入各個通道后， 再從各個通道出來，通過加強導流凸條12的分流進入到空氣次流道 出口 10。
空氣的流通方向是，由主流道進口進入的空氣，從空氣極板的水 面穿過次流道進口進入空氣面，沿三條互相獨立的多島嶼流道進入反 應區(qū)，島嶼的幾何結構類似于月牙型，其輪廓周邊及底部均采用圓弧 連接。進入流場的空氣，是迎著月牙型的凹面進入，每排流場的島嶼 是互相交錯排列的，從前一排島嶼間流道流入的空氣是迎著下一排島 嶼的凹面流入的，這樣，空氣在流場中會重新分配而達到平衡，并在 出口處匯集進入空氣次流道出口，通過空氣極板的水面，由空氣主流 道出口流出。
本實用新型采用多島嶼流道的互相串通方式，保證氣體流動通 暢，增強氣體對流與擴散能力。多島嶼自由分配流道設計能夠保證進 入流道的氣體重新分配而達到平衡，即使進入的氣體的流速不是均勻 分布的，但氣體可以繞過各個島嶼在流道中進行重新分配。多島嶼流道在氣體的重新分配過程中產生的壓力差，增大了島嶼上擴散層中的 氧氣質量分數(shù)，提高了燃料電池電流密度?？刂七M氣方向，保證反應 氣體流速及壓力均衡，避免反應氣供應不充分而影響燃料電池性能。
權利要求1、一種燃料電池空氣極板，在所述空氣極板的一面刻有空氣流道，其特征在于在所述空氣流道的進氣端刻有空氣主進氣孔、氫氣主進氣孔、冷卻水主進水孔，在空氣流道的出氣端刻有空氣主出氣孔、氫氣主出氣孔和冷卻水主出水孔，所述空氣主進氣孔位于空氣極板進氣端的中間部位，空氣主出氣孔位于空氣極板出氣端的中間部位，氫氣主進氣孔和冷卻水主進水孔分別位于空氣主進氣孔的兩側，氫氣主出氣孔和冷卻水主出水孔分別位于空氣主出氣孔的兩側，其中氫氣主進氣孔和氫氣主出氣孔，冷卻主水進水孔和冷卻水主出水孔兩兩呈對角分布。
2、 根據(jù)權利要求1所述的燃料電池空氣極板，其特征在于在 所述空氣流道的進氣端和出氣端之間為島嶼型流道區(qū)域，所述島嶼型 流道區(qū)域內分布有多排月牙型島嶼，所述每個月牙型島嶼的凹面與空 氣流入向相對。
3、 根據(jù)權利要求2所述的燃料電池空氣極板，其特征在于在 所述島嶼型流道區(qū)域內的上下兩端分設有空氣次流道進口和空氣次 流道出口 ，所述空氣次流道進口和空氣次流到出口分別為狹長通孔， 穿透所述空氣極板兩面。
4、 根據(jù)權利要求3所述的燃料電池空氣極板，其特征在于所 述島嶼型流道區(qū)域被分成2-4條獨立的通道，所述空氣次流道進口進 入的空氣分流進入各個通道后，再從各個通道匯集進入到空氣次流道 出口。
5、 根據(jù)權利要求4所述的燃料電池空氣極板，其特征在于所 述島嶼型流道被分成3條獨立的通道，在各個獨立的流道和空氣次流 道進口和空氣次流道出口之間分別設有加強導流凸條。
6、 根據(jù)權利要求2或3或4或5所述的燃料電池空氣極板，其特征在于所述島嶼型流道區(qū)域內分布的每排島嶼是相互交錯排列的。
7、 根據(jù)權利要求6所述的燃料電池空氣極板，其特征在于所述島嶼型流道區(qū)域內分布的每個島嶼輪廓周邊為圓弧形，島嶼與流道 底部也是圓弧連接。
8、 根據(jù)權利要求1所述的燃料電池空氣極板，其特征在于所述空氣極板的另一面刻有直線型冷卻水流道。
9、 根據(jù)權利要求8所述的燃料電池空氣極板，其特征在于在所述空氣極板的兩面分別刻有密封槽，密封槽與密封墊密封配合保證 空氣、氫氣和冷卻水流道完全隔離開來。
專利摘要本實用新型公開了一種燃料電池空氣極板，在所述空氣極板的一面刻有空氣流道，所述空氣主進氣孔位于空氣極板進氣端的中間部位，空氣主出氣孔位于空氣極板出氣端的中間部位，氫氣主進氣孔和冷卻水主進水孔分別位于空氣主進氣孔的兩側，氫氣主出氣孔和冷卻水主出水孔分別位于空氣主出氣孔的兩側，其中氫氣主進氣孔和氫氣主出氣孔，冷卻主水進水孔和冷卻水主出水孔兩兩呈對角分布。本實用新型的這種結構形式，保證氣體流通順暢，增強氣體對流和擴散能力，能夠保證進入流道的氣體重新分配而達到平衡，提高了燃料電池電流密度，克服了由于燃料電池中氣體分配不均勻而導致電性能下降的問題。
文檔編號H01M8/02GK201430181SQ20092015989
公開日2010年3月24日 申請日期2009年6月19日 優(yōu)先權日2009年6月19日
發(fā)明者阮惠琴 申請人:武漢銀泰科技燃料電池有限公司