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5 双极板的流场结构设计
流场结构是否设计合理直接关系到电池性能的好坏。流场结构设计的目的就是提高甲醇的利用率,使得甲醇经过流场在扩散层表面尽可能的均匀分布。DMFC流场区内部由支撑梁和沟道两部分组成,它们分别起到支撑扩散层和引导流体的作用。DMFC流场结构主要有以下类型:点状流场、网状流场、栅型流场、螺旋蛇型和叉指型流场等如图3所示。
点状流场由许多排列规则的方形或者圆形等形状的脊构成流场网络。这种流场设计结构比较简单,但是燃料易发生短路现象,导致流场板利用率下降,进而影响电池性能。
网状流场中,燃料流经的路程相同,因而分配比较均匀。
栅型流场结构简单,易加工,从人口到出口的通道相对较短,而且没有方向变化,不易造成因反应剂流动而引起的短路现象。但反应剂在流场里产生的压降很小,会引起反应剂的分布不均,从而导致电池性能不稳定。螺旋蛇型流场利于反应剂的均匀分布,但是流动阻力较大,这也导致了人口与出口的压力差很大。
专利CNl332891A提出的叉指型流场,如图4所示,即在每个板上的入口和出口通道是不连续的,形成叉指形。这样的优点是使反应物强制对流通过燃料和氧化剂扩散层,使反应剂更接近催化剂层,加快了电化学反应速率。阴极上产生水的速率加快,并通过膜向阳极反向扩散,使阳极上水的利用率提高。
6 结语
传统材料石墨制备双极板工艺复杂、生产周期长,尤其是生产成本高很难实现产业化;金属材料易于机械加工.能够大幅度的减小双极板体积,一旦其表面处理技术得到突破性发展,将很快实现商业化;随着具有良好力学性能的导电新材料和新的制备工艺的产生,采用复合材料制备双极板将克服传统制备工艺复杂,成本高等缺点,是双极板一个崭新的发展方向。