1.本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种具有自增湿功能的燃料电池。
背景技术：
2.质子交换膜燃料电池具有洁净、噪音小、操作温度低、电流密度大、能量转化效率高等优点。小功率的这种燃料电池可以用作电动自行车、电动滑板车、电动割草机、电动摩托车、电动轮椅车、电动工具等的动力电源。这种燃料电池系统除了燃料电池堆之外，还需要燃料和氧化剂的供给系统、电子智能控制等辅助系统。其燃料氢的供给一般都有一个可通过调节水温来调节氢气湿度的对氢增湿系统，电池堆则有一个用水或其他液体对电池堆进行温度控制的液体冷却系统。膜电极是电堆的核心部件。它由一张质子交换膜和阴阳两个电极热压而成。在膜电极的阳极侧，燃料氢气在催化剂的表面发生
电化学反应产生电子和质子，质子通过质子交换膜迁移到阴极侧，并与从外电路传导过来的电子结合而生成水。阳极侧的质子在膜内与水结合成水合质子并在电渗力的作用下向阴极迁移，结果会导致阳极侧的膜脱水。虽然存在水在浓度差作用下的反渗透现象，但在风机抽风或鼓(吹)风过程中，这种反渗透作用往往会被大大地削弱，从而使质子交换膜的质子传导性能严重下降而危及电堆的电性能。
3.因此，相关技术存在的以下缺陷：
4.(1)采用外增湿系统和采用压缩机来提供高压空气源的质子交换膜燃料电池系统的体积大、重量重、结构不紧凑，不适于用作可移动电源，特别不适于用作可移动的动力电源。
5.(2)对采用常压空气作为空气源的质子交换膜燃料电池，若采用风机抽风或鼓(吹)风作为其动力，在空气经过电堆双极板的贯通式流道时，会使水从阴极向阳极的反渗透现象削弱，若不对阳极的氢气进行增湿，则在阳极侧的膜就会脱水，从而使本来功率较低的电堆的电性会发生进一步下降。
技术实现要素：
6.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
7.为此，本发明的目的在于提出一种具有自增湿功能的燃料电池，该燃料电池可以有效解决燃料电池外用增湿系统过于复杂结构不紧凑、且易产生阴极向阳极反渗透现象削弱现象等问题。
8.为达到上述目的，本发明实施例提出了一种具有自增湿功能的燃料电池，包括：阴极流道和阳极流道，其中，阳极气体出口位置的另一侧对应阴极气体入口，阳极气体入口的另一侧对应阴极气体出口，以使得所述燃料电池具有逆流流场结构；多个双极板，所述双极板为流场结构，两侧分别设置所述阴极流道和所述阳极流道，其中，所述阴极流道和阳极流道包括：多条流道，所述流道包括流道入口和流道出口；多个扰流板，所述扰流板与所述流道截面呈预设角度设置，所述扰流板的前端朝向所述流道入口，使得流道中的水聚集于所
述扰流板的前端，以在所述阴极流道和所述阳极流道两侧产生水浓度差和气体湿度差，使得阴极流道出口处的水反向渗透到阳极流道入口处的同时，使得阳极流道出口处的水反向渗透到阴极流道入口处。
9.本发明实施例的具有自增湿功能的燃料电池，通过具有扰流结构的自增湿双极板流场结构实现自增湿，加湿效果显著，可以有效的减少外部加湿设备的使用，实现降低成本、简化结构的目的，有效解决燃料电池外用增湿系统过于复杂、结构不紧凑、且易产生阴极向阳极反渗透现象削弱等问题。
10.另外，根据本发明上述实施例的具有自增湿功能的燃料电池还可以具有以下附加的技术特征：
11.可选地，在本发明的一个实施例中，所述预设角度的范围可以为30
°?
150
°
。
12.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述扰流板设置于所述流道出口的预设距离处。
13.可选地，在本发明的一个实施例中，所述预设距离可以为所述双极板长度的5％-15％。
14.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述扰流板的高度为预设高度。
15.可选地，在本发明的一个实施例中，所述预设高度可以为所述流道高度的30％-60％。
16.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述流道的出入口分别与所述阴极流道和阳极流道的出入口对应设置。
17.可选地，在本发明的一个实施例中，所述扰流板的形状可以包括但不限于长方形、斜坡、梯形和圆形。
18.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
19.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
20.图1为根据本发明一个实施例的具有自增湿功能的燃料电池的结构示意图；
21.图2为根据本发明一个实施例的具有扰流结构的自增湿双极板流场结构示意图。
具体实施方式
22.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
23.下面参照附图描述根据本发明实施例提出的具有自增湿功能的燃料电池。
24.图1是本发明一个实施例的具有自增湿功能的燃料电池的结构示意图。
25.如图1所示，该具有自增湿功能的燃料电池包括多个双极板。
26.其中，双极板为流场结构，两侧分别设置阴极流道和阳极流道，阳极流道中阳极气体出口位置的另一侧对应阴极流道中阴极气体入口，阳极流道中阳极气体入口的另一侧对
应阴极流道中阴极气体出口，以使得燃料电池具有逆流流场结构；阴极流道和阳极流道包括：多条流道和多个扰流板，流道包括流道入口和流道出口，扰流板与流道截面呈预设角度设置，扰流板的前端朝向流道入口，使得流道中的水聚集于扰流板的前端，以在阴极流道和阳极流道两侧产生水浓度差和气体湿度差，使得阴极流道出口处的水反向渗透到阳极流道入口处的同时，使得阳极流道出口处的水反向渗透到阴极流道入口处。
27.其中，水可以为液态水或气态水。可以理解的是，本发明实施例可以通过具有扰流结构的自增湿双极板流场结构实现自增湿，其中，具有扰流结构的自增湿双极板流场结构如图2所示，适用于逆流流场形式的燃料电池双极板设计，通过在阴阳极流道出口处设计扰流板，使扰流板前端积聚较多水分，进而阴阳极两侧出现水的浓度差和气体湿度差，可以将出口处的水反向渗透到进口处，对另一侧的气体加湿。需要说明的是，图2中凸起为扰流板安装位置。
28.进一步地，在本发明的一个实施例中，预设角度范围可以为30
°?
150
°
。其中，预设角度可以根据具体设计需求进行设定，不做具体限定。
29.进一步地，在本发明的一个实施例中，扰流板设置于流道出口的预设距离处。其中，距离出口的距离根据具体设计需求可以定为整个双极板长度的5％～15％，不做具体限定。
30.进一步地，在本发明的一个实施例中，扰流板的高度为预设高度，其中，高度可以根据具体设计需求占流道高度的30％～60％不等。
31.进一步地，在本发明的一个实施例中，扰流板的朝向进气口一面的形状包括但不限于长方形、斜坡、梯形、圆形等。
32.根据本发明实施例提出的具有自增湿功能的燃料电池，通过具有扰流结构的自增湿双极板流场结构实现自增湿，加湿效果显著，可以有效的减少外部加湿设备的使用，实现降低成本、简化结构的目的，有效解决燃料电池外用增湿系统过于复杂、结构不紧凑、且易产生阴极向阳极反渗透现象削弱等问题。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以
是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
37.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
38.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。技术特征：
1.一种具有自增湿功能的燃料电池，其特征在于，包括：阴极流道和阳极流道，其中，阳极气体出口位置的另一侧对应阴极气体入口，阳极气体入口的另一侧对应阴极气体出口，以使得所述燃料电池具有逆流流场结构；多个双极板，所述双极板为流场结构，两侧分别设置所述阴极流道和所述阳极流道，其中，所述阴极流道和阳极流道包括：多条流道，所述流道包括流道入口和流道出口；多个扰流板，所述扰流板与所述流道截面呈预设角度设置，所述扰流板的前端朝向所述流道入口，使得流道中的水聚集于所述扰流板的前端，以在所述阴极流道和所述阳极流道两侧产生水浓度差和气体湿度差，使得阴极流道出口处的水反向渗透到阳极流道入口处的同时，使得阳极流道出口处的水反向渗透到阴极流道入口处。2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述预设角度范围为30
°?
150
°
。3.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述扰流板设置于所述流道出口的预设距离处。4.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，所述预设距离为所述双极板长度的5％-15％。5.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述扰流板的高度为预设高度。6.根据权利要求5所述的燃料电池，其特征在于，所述预设高度为所述流道高度的30％-60％。7.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述流道的出入口分别与所述阴极流道和阳极流道的出入口对应设置。8.根据权利要求1-7任意一项所述的燃料电池，其特征在于，所述扰流板的形状包括长方形、斜坡、梯形和圆形。
技术总结
本发明公开了一种具有自增湿功能的燃料电池，燃料电池具有逆流流场结构，包括多个双极板，双极板为流场结构，双极板两侧分别设置阴极流道和阳极流道，阴极流道和阳极流道包括：多条流道和多个扰流板，流道包括流道入口和流道出口，扰流板与流道截面呈预设角度设置，扰流板的前端朝向流道入口，使得流道中的水聚集于扰流板的前端，以在阴极流道和阳极流道两侧产生水浓度差和气体湿度差，使得阴极流道出口处的水反向渗透到阳极流道入口处的同时，使得阳极流道出口处的水反向渗透到阴极流道入口处。该燃料电池可以有效解决燃料电池外用增湿系统过于复杂、结构不紧凑、且易产生阴极向阳极反渗透现象削弱等问题。极向阳极反渗透现象削弱等问题。极向阳极反渗透现象削弱等问题。
技术研发人员：徐晓明 洪吉超 赤骋 陈东方 胡松 王越 李跃华 李仁政 赵磊 唐伟 孙旭东 袁秋奇
受保护的技术使用者：北京格睿能源科技有限公司
技术研发日：2021.11.15
技术公布日：2022/4/12
声明：
“具有自增湿功能的燃料电池的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：北京格睿能源科技有限公司
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2024年07月26日 ~ 28日 
