專利名稱：一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜燃料電池，尤其涉及質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池一個(gè)單電池電壓一般在0.3-1.0V，實(shí)際應(yīng)用中，是將 幾十 幾百個(gè)單電池用雙極板串聯(lián)一起使用，雙極板供給單電池的燃料和氧化劑 并分隔燃料和氧化劑，大功率質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板還具有冷卻裝置，冷 卻劑與燃料和氧化劑也必須分隔，因此，要求雙極板具有導(dǎo)電性、耐蝕性和密 封性。大功率質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板結(jié)構(gòu)一般分為三腔，即兩個(gè)氣腔和一 個(gè)冷卻腔，每個(gè)腔室都具有特殊的流場(chǎng)，每個(gè)腔室之間還必須分隔密封。雙極 板的結(jié)構(gòu)主要由流場(chǎng)、分隔板、密封結(jié)構(gòu)組成。傳統(tǒng)雙極板是用不透性石墨材 料機(jī)加工或者石墨樹脂復(fù)合材料以及金屬薄板模壓而成，這三種材料的雙極板 結(jié)構(gòu)基本相似，流場(chǎng)直接在平板上雕刻或者模壓，其中氣流場(chǎng)分別刻在或模壓 在兩塊平板上，冷卻腔流場(chǎng)刻在或模壓在其中一塊或兩塊平板的另一平面上， 分隔板是石墨平板中部未刻透部分或者模壓溝槽底部，密封結(jié)構(gòu)分為冷卻腔和 氣腔結(jié)構(gòu)，將兩塊板的冷卻腔粘合或者用0型圈密封形成冷卻腔，氣流場(chǎng)與質(zhì) 子交換膜燃料電池電極裝置MEA組合密封，形成氣腔密封，從而得到雙極板的 三個(gè)互相密封的腔室，對(duì)于壁厚較厚的石墨板三腔進(jìn)出口通道可以通過雕刻或 者模壓得到?，F(xiàn)有雙極板的不足是雙極板的三個(gè)互相密封的腔室的流場(chǎng)都是 分別做出的，結(jié)構(gòu)煩瑣，設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用陰極腔板和陽極腔板粘接或者焊接成的一種金屬雙 極板，兩片單極板之間形成冷卻腔，不需要單獨(dú)制作冷卻腔的流場(chǎng)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為 一種質(zhì)子交換膜燃料電池 金屬雙極板，由金屬薄板制成的陰極腔單極板和陽極腔單極板組合構(gòu)成，單極 板的正面分別是陰、陽極腔，陰、陽極腔由單極板的中部凹凸溝槽構(gòu)成的流道、 兩端開設(shè)的公用氫氣通道開口、公用空氣通道開U和公用水流通道開口組成，流道由中間部分的流場(chǎng)流道、流場(chǎng)流道兩端的分配流道和與分配流道連通的進(jìn) 出口通道組成，分配流道的一端與流場(chǎng)流道連通，另一端分別與氫氣進(jìn)出口通 道、空氣進(jìn)出口通道和水流進(jìn)出口通道連通，進(jìn)出口通道在陰、陽極腔單極板 的兩端各有三個(gè)，分別是氫氣進(jìn)出U通道、空氣進(jìn)出口通道和水流進(jìn)出口通道， 氫氣進(jìn)出口通道、空氣進(jìn)出口通道和水流進(jìn)出口通道分別與各自的公用通道開 口相通，公用氫氣通道開口、公用空氣通道開口和公用水流通道開口之間設(shè)有 密封膠線槽，單極板流道外緣沿單極板四邊設(shè)有膠線槽，密封膠線槽內(nèi)裝有密 封膠圈，密封膠圈封閉的區(qū)域分別為陰、陽極腔，陰極腔單極板的背面相對(duì)， 陰極腔膠線槽的背面與陽極腔膠線槽的背面相互接靠，用密封膠膜或密封膠粘 接，密封組合成冷卻水腔，其特征在于所述的單極板的正、背兩面均設(shè)有凹凸 溝槽構(gòu)成的流道，正、背兩面的凹凸溝槽相互對(duì)應(yīng)，正面的凸起是背面的凹槽， 正面的凹槽是背面的凸起，正面的凹凸溝槽分別構(gòu)成了陰、陽極腔的流道，背 面的凹凸溝槽構(gòu)成了冷卻水腔的流道；所述的雙極板的陰、陽極腔的流場(chǎng)流道 溝槽的深度比膠線槽的深度深，二者的高差為冷卻水腔密封膠厚度的一半，所 述的單極板的分配流道是轉(zhuǎn)角型流道或者傾斜式流道，陰、陽極腔分配流道溝 槽的轉(zhuǎn)角或者傾斜走向相反，在冷卻水腔內(nèi)形成分配流道互相交叉，所述的陰 極腔的水流進(jìn)出口通道處的密封線槽和陽極腔的水流進(jìn)出口通道處的密封線槽 不在相同的位置，呈前后錯(cuò)位設(shè)置，在冷卻水腔的水流進(jìn)出口通道處形成一個(gè) 水流通道腔，陰、陽極腔水流進(jìn)出口通道處的膠線槽的背面墊有支撐墊片，墊 片厚度與膠線槽深度一致，支撐墊片間隔設(shè)置，支撐墊片之間間隔形成水流通 道，陰、陽極腔水流進(jìn)出口處的膠線槽背面所墊支撐墊片大小相同，排列方向 一致；在陰極腔的水流進(jìn)出口通道與分配流道之間設(shè)有一條橫向凹凸溝槽，凹 凸溝槽在冷卻水腔形成一條水流通道，水流通道一端通達(dá)陽極腔氫氣進(jìn)出口通 道，陽極腔氫氣進(jìn)出口通道的背面是水流進(jìn)入陽極腔側(cè)分配流道的背面流道， 陽極腔側(cè)的分配流道背面形成的水腔分配流道，實(shí)現(xiàn)水流在陰極腔側(cè)的分配， 通道另一端通達(dá)陰極腔側(cè)空氣進(jìn)口通道；陽極腔的水流進(jìn)出口通道與分配流道 之間設(shè)有一條橫向凹凸溝槽，凹凸溝槽在冷卻水腔形成一條水流通道，水流通 道一端通達(dá)陰極腔空氣進(jìn)出口通道，陰極腔空氣進(jìn)出口通道背面是水流進(jìn)入陰 極腔分配流道的背面流道，陰極腔側(cè)的分配流道的背面形成的水腔分配流道，實(shí)現(xiàn)水流在陽極側(cè)的分配，通道另 一端通達(dá)陽極側(cè)空氣進(jìn)口通道。
本發(fā)明所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于所述的金屬 薄板是耐蝕不銹鋼薄板，板表面進(jìn)行耐蝕和導(dǎo)電改性涂層處理，薄板厚度為
0. 10-0. 30腿。
本發(fā)明所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于所述的單 極板分配流道與流場(chǎng)流道之間的轉(zhuǎn)角角度或者傾斜角度在10° _80°之間。
本發(fā)明所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于所述的單極 板上凹凸溝槽構(gòu)成的流道，凹凸溝槽的凹下和凸起的高度在0. 2 0. 8mm。
本發(fā)明所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于所述的陰、 陽極腔水流進(jìn)出口處的膠線槽背面所墊支撐墊片為3 5片，支撐墊片之間的間 隔在2 10腿。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是制造的雙極板厚度薄、流體相互嚴(yán)格分隔、流體分配好、 重量輕、加工簡(jiǎn)單、加工成本低。


本發(fā)明共有附圖9幅，其中
附圖l是陽極板示意圖。
附圖2是陰極板示意圖。
附圖3是冷卻腔(水腔)進(jìn)口通道示意圖。
附圖4是水腔進(jìn)口通道支撐墊板示意圖，
附圖5是附圖2中冷卻腔進(jìn)口位置A-A截面形狀示意圖。
附圖6是附圖1中氣腔進(jìn)口位置B-B截面形狀示意圖。
附圖7是附圖1中氣腔進(jìn)口位置C-C截面形狀示意圖。
附圖8是附圖1中氣腔進(jìn)口位置D-D截面形狀示意圖。
附圖9是附圖1中氣腔進(jìn)口位置E-E截面形狀示意圖。
附圖中
1、氧腔進(jìn)口開口 2、冷卻腔進(jìn)口開口 3、氫腔進(jìn)口開口 4、膠線槽 5、流場(chǎng)流道 6、氫腔進(jìn)口通道 7、 冷卻腔進(jìn)口通道 8、 氧腔進(jìn)口通 道 9、氫腔冷卻腔進(jìn)口位置膠線槽 10、氧腔冷卻腔進(jìn)口位置膠線槽 11、 氫腔分配流道12、陽極腔單極板13、陰極腔單極板14、氧腔分配流道15、氧腔冷卻腔進(jìn)口支撐墊板16、氫腔冷卻腔進(jìn)口支撐墊板
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
材料選擇
1、 SUS316L不銹鋼薄板，薄板厚度為O. 10mm;
2、 市售環(huán)氧丁腈結(jié)構(gòu)膠膜，厚度為0.20mm 3玻璃布層壓板，厚度為0.45mm;
例一工藝步驟
按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的極板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模壓模具；
厚度為0. lOmm不銹鋼薄板上表面涂覆揮發(fā)性沖壓拉伸油，將此板放入模具， 在四柱式液壓機(jī)上模壓，得到設(shè)計(jì)的各腔流場(chǎng)溝槽和密封膠線槽板，沖壓溝槽 深度為0. 5mm，極板尺寸為410xl00腿，流場(chǎng)區(qū)尺寸為340x85mm。
不銹鋼沖壓后進(jìn)行表面耐蝕導(dǎo)電涂層處理，本方案采用電鍍貴金屬銀，涂 層總厚度0. 02mm。
分別在陰陽極板冷卻腔膠線槽部位墊上玻璃布層壓板小片，小片之間間隔 距離為5腿，前后小片之間對(duì)齊，形成冷卻腔進(jìn)出口通道；
在氣腔流場(chǎng)進(jìn)出口部位粘貼用玻璃布層壓板制造的支撐小片，小片之間間 隔距離5mm，小片之上墊上不銹鋼薄板，形成密封線的支撐面。
在一側(cè)極板膠線槽部位(除冷卻腔膠線槽外)貼上膠膜，將另一片與該片 粘合，膠膜固化。
根據(jù)本步驟得到金屬雙極板總厚度為1. 20mm。
例二
將例一不銹鋼板厚度改為1.5mm，同樣的工藝步驟可以得到同樣流場(chǎng)設(shè)計(jì)的 雙極板，雙極板厚度為1. 5rmn。
權(quán)利要求
1、一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，由金屬薄板制成的陰極腔單極板和陽極腔單極板組合構(gòu)成，單極板的正面分別是陰、陽極腔，陰、陽極腔由單極板的中部凹凸溝槽構(gòu)成的流道、兩端開設(shè)的公用氫氣通道開口、公用空氣通道開口和公用水流通道開口組成，流道由中間部分的流場(chǎng)流道、流場(chǎng)流道兩端的分配流道和與分配流道連通的進(jìn)出口通道組成，分配流道的一端與流場(chǎng)流道連通，另一端分別與氫氣進(jìn)出口通道、空氣進(jìn)出口通道和水流進(jìn)出口通道連通，進(jìn)出口通道在陰、陽極腔單極板的兩端各有三個(gè)，分別是氫氣進(jìn)出口通道、空氣進(jìn)出口通道和水流進(jìn)出口通道，氫氣進(jìn)出口通道、空氣進(jìn)出口通道和水流進(jìn)出口通道分別與各自的公用通道開口相通，公用氫氣通道開口、公用空氣通道開口和公用水流通道開口之間設(shè)有密封膠線槽，單極板流道外緣沿單極板四邊設(shè)有膠線槽，密封膠線槽內(nèi)裝有密封膠圈，密封膠圈封閉的區(qū)域分別為陰、陽極腔，陰極腔單極板的背面相對(duì)，陰極腔膠線槽的背面與陽極腔膠線槽的背面相互接靠，用密封膠膜或密封膠粘接，密封組合成冷卻水腔，其特征在于所述的單極板的正、背兩面均設(shè)有凹凸溝槽構(gòu)成的流道，正、背兩面的凹凸溝槽相互對(duì)應(yīng)，正面的凸起是背面的凹槽，正面的凹槽是背面的凸起，正面的凹凸溝槽分別構(gòu)成了陰、陽極腔的流道，背面的凹凸溝槽構(gòu)成了冷卻水腔的流道；所述的雙極板的陰、陽極腔的流場(chǎng)流道溝槽的深度比膠線槽的深度深，二者的高差為冷卻水腔密封膠厚度的一半，所述的單極板的分配流道是轉(zhuǎn)角型流道或者傾斜式流道，陰、陽極腔分配流道溝槽的轉(zhuǎn)角或者傾斜走向相反，在冷卻水腔內(nèi)形成分配流道互相交叉，所述的陰極腔的水流進(jìn)出口通道處的密封線槽和陽極腔的水流進(jìn)出口通道處的密封線槽不在相同的位置，呈前后錯(cuò)位設(shè)置，在冷卻水腔的水流進(jìn)出口通道處形成一個(gè)水流通道腔，陰、陽極腔水流進(jìn)出口通道處的膠線槽的背面墊有支撐墊片，墊片厚度與膠線槽深度一致，支撐墊片間隔設(shè)置，支撐墊片之間間隔形成水流通道，陰、陽極腔水流進(jìn)出口處的膠線槽背面所墊支撐墊片大小相同，排列方向一致；在陰極腔的水流進(jìn)出口通道與分配流道之間設(shè)有一條橫向凹凸溝槽，凹凸溝槽在冷卻水腔形成一條水流通道，水流通道一端通達(dá)陽極腔氫氣進(jìn)出口通道，陽極腔氫氣進(jìn)出口通道的背面是水流進(jìn)入陽極腔側(cè)分配流道的背面流道，陽極腔側(cè)的分配流道背面形成的水腔分配流道，實(shí)現(xiàn)水流在陰極腔側(cè)的分配，通道另一端通達(dá)陰極腔側(cè)空氣進(jìn)口通道；陽極腔的水流進(jìn)出口通道與分配流道之間設(shè)有一條橫向凹凸溝槽，凹凸溝槽在冷卻水腔形成一條水流通道，水流通道一端通達(dá)陰極腔空氣進(jìn)出口通道，陰極腔空氣進(jìn)出口通道背面是水流進(jìn)入陰極腔分配流道的背面流道，陰極腔側(cè)的分配流道的背面形成的水腔分配流道，實(shí)現(xiàn)水流在陽極側(cè)的分配，通道另一端通達(dá)陽極側(cè)空氣進(jìn)口通道。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在 于所述的金屬薄板是耐蝕不銹鋼薄板，板表面進(jìn)行耐蝕和導(dǎo)電改性涂層處理， 薄板厚度為0.10-0.30mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在 于所述的單極板分配流道與流場(chǎng)流道之間的轉(zhuǎn)角角度或者傾斜角度在10° —80 °之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在 于所述的單極板上凹凸溝槽構(gòu)成的流道，凹凸溝槽的凹下和凸起的高度在0. 2 0. 8mm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在 于所述的陰、陽極腔水流進(jìn)出口處的膠線槽背面所墊支撐墊片為3 5片，支撐 墊片之間的間隔在2 10mm。
全文摘要
一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，由金屬薄板制成的陰極腔單極板和陽極腔單極板組合構(gòu)成，單極板的正面分別是陰、陽極腔，陰、陽極腔單極板的背面是冷卻水腔，單極板的正、背兩面均設(shè)有凹凸溝槽構(gòu)成的流道，正、背兩面的凹凸溝槽相互對(duì)應(yīng)，正面的凸起是背面的凹槽，正面的凹槽是背面的凸起，正面的凹凸溝槽分別構(gòu)成了陰、陽極腔的流道，背面的凹凸溝槽構(gòu)成了冷卻水腔的流道。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是制造的雙極板厚度薄、流體相互嚴(yán)格分隔、流體分配好、重量輕、加工簡(jiǎn)單、加工成本低。
文檔編號(hào)H01M8/02GK101420037SQ20081022969
公開日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2008年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月10日
發(fā)明者侯中軍, 傅云峰, 徐洪峰, 朋 戚, 明平文 申請(qǐng)人:新源動(dòng)力股份有限公司