一种质子交换膜燃料电池阴极板的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池极板领域，特别涉及一种质子交换膜燃料电池阴极板。


背景技术：

2.燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，相较于传统发电装置，燃料电池不含运动部件、工作可靠、维修少且工作时噪音低，工作过程不产生有害物质，因此是一种十分具有发展前途的能源动力装置。
3.燃料电池的制作过程中需要将多个单电池堆叠形成燃料电池堆，双极板是电堆的重要部件之一，起到支撑固定质子交换膜电极、分割燃料和氧化气体、收集、传导电流等重要作用，因此双极板的结构的优劣对燃料电极的性能的高低具有决定性的影响；而双极板包括阳极板和阴极板。
4.现有的质子交换膜燃料电池阴极板的结构如公开号为cn207233866u的中国专利公开的一种质子交换膜燃料电池双极板结构以及燃料电池电堆，是由阳极板和阴极板层叠粘接而成；阳极板的正面设有氢气流场；阴极板的正面设有空气流道，空气流道是由多条空气流道沟槽所构成；阴极板的背面设有冷却液流道，冷却液流道是由多条冷却液流道沟槽所构成；空气流道沟槽与冷却液流道沟槽之间不平行；空气流道沟槽与冷却液流道沟槽在双极板所在平面的投影之间为相互垂直；冷却液流道沟槽嵌入空气流道沟槽中；使得空气流道沟槽的横截面呈周期性的变化
5.上述质子交换膜燃料电池阴极板的空气流道由多条沟槽构成，此种空气流道会导致空气流场内气体浓度不均匀的问题。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种质子交换膜燃料电池阴极板，采用特殊的扩散型流道，能有效降低阴极流场内阴极气体浓度不均的问题。
7.一种质子交换膜燃料电池阴极板，其中一侧表面具有阴极流场，所述阴极流场包括阴极气体入口、阴极气体出口以及阴极反应区，
8.所述阴极反应区具有从阴极气体入口一侧延伸到阴极气体出口一侧的多条阴极流道，所述阴极反应区具有凸块，各凸块沿阴极板上阴极气体入口和阴极气体出口所在的轴向排列成行，各行凸块再阴极板垂直阴极板上阴极气体入口和阴极气体出口所在的轴向排列；
9.每一行凸块中各凸块间隔排列，且相邻凸块之间的间隔小于凸块沿阴极板长轴方向的长度；
10.相邻两行凸块之间错位设置，使其中一行凸块对准另一行凸块的间隙；
11.同一行凸块中的间隙以及相邻两行凸块之间形成阴极流道。
12.具体的，利用倾斜、排列成行且错位设置的凸块构成倾斜的扩散型的阴极流场，能有效改善阴极流场内阴极气体浓度不均匀的问题，还有利于增加碳纸侧流向分压，且同一
行凸块中的间隙以及相邻两行凸块之间形成有阴极流道，能有保持阴极流场内阴极气体的压力，进而保证阴极气体能充分的反应，阴极流场内的若干凸块形成细密化支撑可有效防止膜电极塌陷。
13.优选的，所述凸块在沿阴极板短轴方向上中间高、前后低形成前后两面斜面，
14.相邻两行凸块之间间隙排列或者斜面的一部分重叠排列。
15.具体的，此种结构下，利用凸块与凸块之间形成的阴极流道，阴极气体既能顺着阴极流场倾斜的方向顺畅的流动又能保持一定的压力使得阴极气体能充分的反应。
16.优选的，所述凸块的长度为1～2mm，宽度为0.5～1mm；凸块上斜面的倾斜角度为10
°
～30
°
。
17.具体的，凸块在此种尺寸及倾斜状态下，能够在不影响阴极气体流动的畅通性的前提下使阴极气体保持一定的压力。
18.优选的，所述阴极流场包括从阴极气体入口一侧到阴极气体出口一侧依次设置的阴极气体入口通道、阴极气体入口分配区、阴极反应区、阴极气体出口分配区、阴极气体出口通道。
19.具体的，阴极气体从阴极气体入口进入后经阴极气体入口通道进入到阴极气体入口分配区，经阴极气体入口分配区均匀分配后，阴极气体进入阴极反应区进行反应，反应后的阴极气体经阴极气体出口分配区、阴极气体出口通道后从阴极气体出口流出。
20.优选的，所述阴极气体入口分配区、阴极气体出口分配区均采用点状凸起与椭圆凸起相结合的方式构成。
21.具体的，此种结构使气体分配更加均匀，同时有利于阴极板对于膜电极的支撑作用，防止质子交换膜燃料电池在多节双极板与膜电极装配时发生的膜电极塌陷现象。
22.优选的，所述阴极气体入口、阴极气体出口分别设于阴极板短轴两侧。
23.具体的，结合凸块在沿阴极板短轴方向上中间高、前后低形成前后两面斜面的结构，即阴极流场沿着短轴方向倾斜，阴极气体入口、阴极气体出口分设于阴极板短轴两侧，更加有利于阴极气体的流动。
24.优选的，所述阴极气体入口和阴极气体出口均包括沿阴极板长轴方向排列的至少两个，各阴极气体入口之间具有连通各相邻阴极气体入口的阴极气体入口互通通道，各阴极气体出口之间具有连通各相邻阴极气体出口的阴极气体出口互通通道。
25.具体的，阴极气体入口互通通道、阴极气体出口互通通道的结构有利于多节双极板装配下阴极气体的均匀分配。
26.与现有技术相比，本实用新型的有利之处在于：
27.(1)由倾斜、排列成行且错位设置的凸块构成的阴极流场，有利于增加碳纸侧流向分压，同时凸起形成细密化支撑可防止膜电极塌陷。
28.(2)阴极气体入口分配区的结构，使阴极气体在进入阴反应区之后分配的更加均匀；阴极气体出口分配区的结构，是的阴极反应区反应之后的产物能够迅速的排出。
29.(3)阴极气体入口互通通道的结构利于多节质子交换膜燃料电池双极板装配下阴极气体的均匀分配。
附图说明
30.图1为本实实用新型提供的质子交换膜燃料电池阴极板的示意图；
31.图2为图1中a处的局部放大图。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型做进一步说明。
33.如图1-2所示，所述阴极板100短轴两侧分设有阴极气体入口110、阴极气体出口120，阴极气体入口110和阴极气体出口120均包括阴极板100长轴方向排列的至少两个，且阴极板100上设有与阴极气体入口110、阴极气体出口120连通的阴极反应区；阴极气体从阴极气体入口110进入到阴极板100后从阴极气体入口互通通道180进入到阴极气体入口通道140，然后从阴极气体入口通道140流入阴极气体入口分配区160，在阴极气体入口分配区160将阴极气体均匀分配后进入阴极反应区，在阴极反应区反应后流入阴极气体出口分配区170，在阴极气体出口分配区170均匀分配之后进入到阴极气体出口通道150，随后从阴极气体出口通道150流至阴极气体出口互通通道190，最后阴极气体从阴极气体出口120流出。
34.阴极反应区具有朝向背离阳极板一侧的凸块131，各凸块131沿阴极板100长轴方向排列成行，凸块131沿阴极板100长轴方向的长度为1～2mm，各行凸块131再沿阴极板100短轴方向排列，凸块131沿阴极板100长轴方向的宽度为0.5～1mm，凸块上斜面的倾斜角度为10
°
～30
°
；每一行凸块131中各凸块131间隔排列，且相邻凸块131之间的间隔小于凸块131沿阴极板100长轴方向的长度；相邻两行凸块131之间错位设置，使其中一行凸块131对准另一行凸块131的间隙；同一行凸块131中的间隙以及相邻两行凸块131之间形成阴极流道130；且凸块131在沿阴极板100短轴方向上中间高、前后低形成前后两面斜面，相邻两行凸块131之间间隙排列或者斜面的一部分重叠排列。
35.具体使用时，质子交换膜燃料电池双极板沿短轴方向竖向设置，即阴极板100的短轴与放置面垂直，且阴极气体入口110位于质子交换膜燃料电池双极板上侧，阴极气体出口120位于质子交换膜燃料电池双极板下侧，阴极气体由上往下流动。