專利名稱：一種燃料電池氧基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池氧基板，具體涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池氧基板。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種不經(jīng)過(guò)燃燒而以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料的化學(xué)能直接變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝 置，亦即通過(guò)氧與氫結(jié)合成水的簡(jiǎn)單電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電。它的種類(lèi)可以多種多樣，但都基于 一個(gè)基本的設(shè)計(jì)，即它們都含有二個(gè)電極， 一個(gè)負(fù)陽(yáng)極和一個(gè)正陰極。這二個(gè)電極被一個(gè)位 于它們之間的、攜帶有充電電荷的固態(tài)或液態(tài)電解質(zhì)分開(kāi)。電極上的催化劑如白金，常用來(lái) 加速電化學(xué)反應(yīng)。只要向燃料電池不斷供給燃料，就可以在電極上連續(xù)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，并 產(chǎn)生電流。單個(gè)燃料電池塊的電壓小于1V ，因而要將多個(gè)燃料電池組合在一起，制成電池 堆，并根據(jù)電壓和電流的需要將電池堆進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)，以產(chǎn)生足夠的電力。因而燃料電池 具有傳統(tǒng)鉛酸電池?zé)o可比擬的獨(dú)特優(yōu)越性，高效率、無(wú)污染、低噪聲、建設(shè)周期短、易維護(hù) 以及成本低是其誘人特點(diǎn)。
盡管燃料電池有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，目前燃料電池自身還存在很多技術(shù)問(wèn)題，因而沒(méi)有得到 大規(guī)模應(yīng)用。其中一個(gè)比較重要的問(wèn)題是反應(yīng)氣體在流場(chǎng)內(nèi)的分配，而反應(yīng)氣體在流場(chǎng)內(nèi)的 分配取決于雙極板的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。雙極板的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)決定反應(yīng)氣體與生成物在流場(chǎng)內(nèi)部的流動(dòng) 狀態(tài)以及電池長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性。合理的流場(chǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)該能均勻分配電池所需燃料與氧化劑， 保證電流密度均勻；同時(shí)將電池生成的水隨尾氣及時(shí)順利地排出。
對(duì)于自吸式氫空燃料電池，如何分配氧化道與冷卻道的氣體流量長(zhǎng)期困擾著人們。氧化 道的氣體流量要合適，如果供應(yīng)的氣體量不足夠，無(wú)法滿足電池工作的需要，同時(shí)由于電池 出口部分生成水的積累，液態(tài)水較多容易導(dǎo)致電池水淹，影響電池性能；如果供應(yīng)的氣體量 過(guò)多，流場(chǎng)內(nèi)濕度會(huì)相對(duì)較低，導(dǎo)致質(zhì)子交換膜較干，內(nèi)阻增大，歐姆極化增大，且容易使 膜破損，電池性能變差。冷卻道的氣體流量同樣重要，冷卻道的氣體用于電池的散熱，電池 工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，帶走部分的熱量有助于電池更加高效的工作，散熱的比例對(duì)電池工 作的穩(wěn)定性和使用壽命起很大作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供一種質(zhì)子交換膜燃料電池氧基板，所述的氧基板的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)能 夠限制氣體流量，使反應(yīng)氣體在流場(chǎng)內(nèi)分配均勻，同時(shí)還可以合理分配氧化道和冷卻道中的 氣體量。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種燃料電池氧基板，所述氧基板的一側(cè)設(shè)置有氧化流道，另一側(cè)設(shè)置有散熱流道，所 述氧基板設(shè)有散熱流道的一側(cè)還設(shè)有廢氣流道，所述廢氣流道的一端封閉，另一端敞開(kāi)；所 述廢氣流道的底部設(shè)有與氧化流道相連通的限流孔。所述廢氣流道的數(shù)目為1一8。
所述限流孔的孔徑為0.5mm—1.5mm，所述氧化流道的槽寬為岸寬的l一3倍；所述散熱流 道的槽寬為岸寬的1一3倍。
所述氧基板為石墨板/碳板或金屬板。
所述氧基板為平板、圓筒狀或中空多棱柱體狀，所述中空多棱柱狀優(yōu)選為中空三棱柱狀 、中空四棱柱狀、中空五棱柱狀、中空六棱柱狀、中空七棱柱狀或中空八棱柱狀。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的氧基板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)能夠限制氣體流量，使反應(yīng)氣體在流場(chǎng)內(nèi)分配均勻，同時(shí) 還可以合理分配氧化道和冷卻道中的氣體量。所述限流孔的孔徑大小設(shè)定為O. 5mm—l. 5mm之 間。研究表明，如果孔徑小于0.5mm，反應(yīng)產(chǎn)生的水無(wú)法隨氣體有效排出，發(fā)生凝聚，降低 了氧氣通過(guò)氣體擴(kuò)散層的速度，甚至?xí)蜎](méi)電催化劑的活性點(diǎn)，導(dǎo)致傳質(zhì)過(guò)程受阻；液態(tài)水 的存在還容易導(dǎo)致氣體在電極內(nèi)和系統(tǒng)內(nèi)各單元之間分布不均勻，從而導(dǎo)致電池性能下降， 并造成系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)單元電池的電壓不等。如果孔徑大于1.5mm，則反應(yīng)后的氣體排出速度太 快，反應(yīng)產(chǎn)生的水氣隨氣體排出，無(wú)法有效濕潤(rùn)質(zhì)子膜而導(dǎo)致膜失水，導(dǎo)致電池的歐姆壓增 大，同時(shí)會(huì)降低催化層截面的活性。如果孔徑選擇在0.5mm—1.5mm，電堆工作過(guò)程中產(chǎn)生的 水蒸氣足以對(duì)膜進(jìn)行潤(rùn)濕，而無(wú)需對(duì)反應(yīng)氣體進(jìn)行潤(rùn)濕。


圖l為本發(fā)明氧基板的氧化流道結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明氧基板的A—A剖視圖3為本發(fā)明氧基板的散熱流道結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明氧基板的B—B剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
參照?qǐng)D1一4， 一種燃料電池氧基板，氧基板為石墨板/碳板或金屬板，氧基板的一側(cè)設(shè) 置有氧化流道2，另一側(cè)設(shè)置有散熱流道3，所述氧基板設(shè)有散熱流道3的一側(cè)還設(shè)有廢氣流 道4，所述廢氣流道4的一端封閉，另一端敞開(kāi)；所述廢氣流道4的底部設(shè)有與氧化流道2相連 通的限流孔l，限流孔l的孔徑為0.5mm—1.5mm。氧基板的對(duì)角位置設(shè)有定位孔7。
所述氧化流道2的槽寬為岸5寬的1一3倍，所述散熱流道3的槽寬為岸6寬的1一3倍。
參照?qǐng)D1一4，所述氧基板可以為平板狀。
所述氧基板可以為中空多棱柱狀，如中空三棱柱狀、中空四棱柱狀、中空五棱柱狀、中 空五棱柱狀、中空六棱柱狀、中空七棱柱狀或中空八棱柱狀。中空多棱柱狀可以為正多棱柱 狀，也可以為不規(guī)則多棱柱狀。當(dāng)氧基板為中空多棱柱狀時(shí)，多棱柱的每一側(cè)面均可設(shè)有一 廢氣流道4，廢氣流道4的所述廢氣流道4的底部設(shè)有與氧化流道2相連通的限流孔1;也可以 只在其中的一個(gè)側(cè)面或幾個(gè)側(cè)面上設(shè)有廢氣流道4，所述廢氣流道4的底部設(shè)有與氧化流道2 相連通的限流孔l。
燃料電池工作時(shí)，空氣進(jìn)入氧化流道2內(nèi)，并在MEA內(nèi)與氫氣接觸反應(yīng)，生成氣態(tài)水。氣 態(tài)水與未參與反應(yīng)的氣體通過(guò)限流孔1到達(dá)廢氣流道4，在氫空風(fēng)扇的吸力下沿廢氣流道4排 出電堆。反應(yīng)產(chǎn)生的熱量隨散熱流道3內(nèi)的空氣排出。
權(quán)利要求
權(quán)利要求1一種燃料電池氧基板，所述氧基板的一側(cè)設(shè)置有氧化流道(2)，另一側(cè)設(shè)置有散熱流道(3)，其特征在于所述氧基板設(shè)有散熱流道(3)的一側(cè)還設(shè)有廢氣流道(4)，所述廢氣流道(4)的一端封閉，另一端敞開(kāi)；所述廢氣流道(4)的底部設(shè)有與氧化流道(2)相連通的限流孔(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述燃料電池氧基板，其特征在于所述限流孔(1)的孔徑為O. 5mm—1. 5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述燃料電池氧基板，其特征在于所述廢氣流道(4)的數(shù)目為1一8。
4.根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述燃料電池氧基板，其特征在于所述氧化流道(2)的槽寬為岸(5)寬的1一3倍；所述散熱流道(3)的槽寬為岸(6)寬的1一3倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述燃料電池氧基板，其特征在于所述氧基板為石墨板/碳板或金屬板。
6.根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述燃料電池氧基板，其特征在于所述氧基板為平板、圓筒狀或中空多棱柱體狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述燃料電池氧基板，其特征在于所述中空多棱柱狀為中空三棱柱狀、中空四棱柱狀、中空五棱柱狀、中空六棱柱狀、中空七棱柱狀或中空八棱柱狀。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種燃料電池氧基板，所述氧基板的一側(cè)設(shè)置有氧化流道，另一側(cè)設(shè)置有散熱流道，所述氧基板設(shè)有散熱流道的一側(cè)還設(shè)有廢氣流道，所述廢氣流道的一端封閉，另一端敞開(kāi)；所述氧化流道的底部設(shè)有與廢氣流道相連通的限流孔，限流孔的孔徑為0.5mm-1.5mm。所述的氧基板的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)能夠限制氣體流量，使反應(yīng)氣體在流場(chǎng)內(nèi)分配均勻，同時(shí)還可以合理分配氧化道和冷卻道中的氣體量。
文檔編號(hào)H01M8/02GK101471447SQ20071020342
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者侯曉峰, 冀中華, 鋼 肖, 捷 馬 申請(qǐng)人:漢能科技有限公司