專利名稱：柔性石墨水流場制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實(shí)用新型涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池用柔性石墨水流場制備裝置，尤其是一種
生產(chǎn)效率高、制備的水流場流阻小，重復(fù)性好的柔性石墨水流場制備裝置。
背景技術(shù)：
雙極板是質(zhì)子交換膜燃料電池的重要組成部分，起著支撐燃料電池，提供反應(yīng)氣、 氧化劑和冷卻劑通道的作用。就雙極板本身使用條件而言，要求它不僅具有高的導(dǎo)電率、耐 腐蝕性、低密度、高的機(jī)械強(qiáng)度和耐氣體滲透性，以及材料成本低、易加工、良好的尺寸穩(wěn)定 性等特點(diǎn)。目前，質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板材料有，石墨雙極板、金屬雙極板、金屬化合物 雙極板和兩種不同材料復(fù)合雙極板。通過分別制備氫、氧單極板和水流場，然后通過焊接或 粘合的方法結(jié)合在一起成為雙極板。 中國專利CN1416184A公開的金屬雙極板，其水流場采用金屬板，金屬板作為水流 場，耐蝕性相對(duì)較差，抗腐蝕能力低于石墨。因此從耐蝕性角度，水流場較多采用石墨制作。 石墨材質(zhì)有硬質(zhì)石墨和柔性石墨，組合雙極板中，尤以柔性石墨水流場較為理想， 具有較強(qiáng)的耐蝕性。但柔性石墨因其自身性狀，很難通過普通沖壓方法制備水流場，現(xiàn)有技 術(shù)通常采用模板手工雕刻，不僅重復(fù)性差，影響電堆的均勻性，而且流場形狀復(fù)雜，雕刻制 作麻煩，工效低，加工成本高，制約了復(fù)合雙極板的批量化生產(chǎn)。其次，手工雕刻流場邊緣不 光滑，流動(dòng)阻力大，也會(huì)影響冷卻效果。 雖然現(xiàn)有技術(shù)有采用電腦雕刻方法制備流場，中國專利CN101136479公開采用電 腦雕刻鋁合金制備雙極板。然而由于柔性石墨質(zhì)地相對(duì)較軟，且有一定粘性，雕刻方法實(shí)際 不能應(yīng)用。雖然現(xiàn)有技術(shù)也有沖壓方法制備異形溝槽，但通常只適用于剛性或硬質(zhì)材料，例 如金屬、塑料，由于柔性石墨是由膨脹石墨和樹脂壓制的軟性體(質(zhì)地相對(duì)較軟，且有一定 粘性)，通常沖壓方法，易產(chǎn)生毛剌與飛邊，而水流場流道相對(duì)狹小，鏤空比例大，占整體面 積50%以上，且流道密集，因此至實(shí)用新型時(shí)止，從未有人實(shí)際采用沖壓方法制備柔性石墨 水流場。
實(shí)用新型內(nèi)容實(shí)用新型目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種制備生產(chǎn)效率高，重復(fù)性 好，成本低，流場邊緣光滑的柔性石墨水流場制備裝置。 實(shí)用新型目的實(shí)現(xiàn)，主要構(gòu)思通過改進(jìn)沖壓模具，使之適合對(duì)柔性石墨水流場沖 切成型，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)改進(jìn)， 一是在按流場形狀設(shè)計(jì)沖切刀口模，刀口模平面有與刀口齊平或 略高于刀口的彈性材料板；二是沖壓底板采用硬質(zhì)彈性材料板。這樣在沖壓過程刀口模平 面上的彈性材料板，既能有效平整壓緊沖制的柔性石墨板，防止沖切時(shí)石墨板不平整起翹 造成流道切口不光滑，同時(shí)其具有的彈性和軟性，可以使沖切流場的刀口穿過，對(duì)柔性石墨 進(jìn)行沖切，并在沖切完成抬起刀口模時(shí)，其彈性恢復(fù)產(chǎn)生的頂推力，可以將沖出的流道與刀 口模分離；底模采用硬質(zhì)非金屬材料，既能保護(hù)模具刀刃，同時(shí)限制刀口過量切入，有效避免飛邊的產(chǎn)生。兩者的配合，有效解決了普通沖壓方式不能直接應(yīng)用于柔性石墨水流場沖 制的難題，實(shí)現(xiàn)了實(shí)用新型目的。具體說，實(shí)用新型柔性石墨水流場制備裝置，包括相對(duì)運(yùn) 行的沖壓機(jī)構(gòu)，其特征在于沖壓模上有按流場圖形設(shè)計(jì)的沖切刀口模，刀口模平面有與刀 口齊平或略高于刀口的彈性材料板；沖壓擋模上有硬質(zhì)非金屬材料底板。 實(shí)用新型所說 刀口模平面上的彈性材料板，其作用如上所說，一是在沖壓時(shí)用于平整壓緊柔性
石墨紙，使其在沖切過程中保持平整，減少起翹造成切口邊緣產(chǎn)生毛剌，使沖切流道光滑，
從而減少流道阻力；二是其具有的彈性和軟性，可以使沖切流場的刀口穿過，對(duì)柔性石墨進(jìn)
行沖切；三是彈性恢復(fù)產(chǎn)生的頂推力，可以將沖出的流道與刀口模分離。根據(jù)上述功能，具
有壓縮變形、且恢復(fù)性好的彈性材料均可以被采用，例如但不限于致密發(fā)泡塑料(例如發(fā)
泡聚苯乙烯、EVA、PE發(fā)泡板材、發(fā)泡硅橡膠板)、橡膠板、軟性塑料，致密海綿體等。 硬質(zhì)非金屬材料底板，其作用也如上所說，一是保護(hù)模具刀刃，二是限制刀口過量
切入，有效避免飛邊的產(chǎn)生。根據(jù)上述功能，硬質(zhì)非金屬材料板均可以被應(yīng)用，例如但不限
于聚甲醛板，木板、硬橡膠板、硬質(zhì)塑料板。它們既有一定硬度，能夠滿足沖切需要，同時(shí)又
具有一定的相對(duì)軟性，保護(hù)沖切刀具。 沖壓模具刀刃圖形與流場形狀相同。 沖切刀刃，一種較好呈三角形，有利于減少?zèng)_壓產(chǎn)生飛邊毛剌。 沖切壓力，試驗(yàn)確定較好為2 5Mpa，壓力過大會(huì)造成對(duì)底板的損傷，壓力過小則
不易切斷柔性石墨，會(huì)造成流道邊緣出現(xiàn)毛剌。 沖切裝置，可以采用現(xiàn)有技術(shù)立式或臥式?jīng)_壓機(jī)。 實(shí)用新型柔性石墨水流場制備裝置，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，由于采用改進(jìn)沖切裝置，使 得柔性石墨水流場制備，徹底改變了手工雕刻低生產(chǎn)效率、重復(fù)性差及邊緣不光滑的缺陷， 可以大大提高柔性石墨水流場制備效率，生產(chǎn)效率較原手工可以至少提高15倍以上，更易 于水流場的批量生產(chǎn)，且沖切流場一致性好，可以達(dá)到接近百分之百的重復(fù)；并且沖切流場 邊緣光滑，提高了水流量。 以下結(jié)合一個(gè)具體實(shí)施例，示例性說明及幫助進(jìn)一步理解實(shí)用新型，但實(shí)施例具 體細(xì)節(jié)僅是為了說明實(shí)用新型，并不代表實(shí)用新型構(gòu)思下全部技術(shù)方案，因此不應(yīng)理解為 對(duì)實(shí)用新型總的技術(shù)方案限定，一些在技術(shù)人員看來，不偏離實(shí)用新型構(gòu)思的非實(shí)質(zhì)性增 加和/或改動(dòng)，例如以具有相同或相似技術(shù)效果的技術(shù)特征簡單改變或替換，均屬實(shí)用新 型保護(hù)范圍。
附圖為實(shí)用新型沖切刀口模具結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例在立式?jīng)_壓機(jī)的上模，固定有按水流場形狀制得刀口模具(附圖)，刀口 模平面有略高于刀口的致密海綿體，下模上固定有聚甲醛底板，柔性石墨紙放置于底板上。 調(diào)節(jié)沖切壓力為3Mpa，啟動(dòng)壓機(jī)進(jìn)行沖壓，即得所需柔性石墨水流場。沖切一片時(shí)間儀需 0. 5min，而手工雕刻根據(jù)操作熟練程度約需7 10min。沖切水流場與手工雕刻，水流量增加40%。 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在本專利構(gòu)思及具體實(shí)施例啟示下，能夠從本專利公 開內(nèi)容及常識(shí)直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的一些變形，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識(shí)到也可采用其他 方法，或現(xiàn)有技術(shù)中常用公知技術(shù)的替代，以及特征間的相互不同組合，例如刀口模形狀根 據(jù)流場形狀而改變，上下模彈性材料的改變，等等的非實(shí)質(zhì)性改動(dòng)，同樣可以被應(yīng)用，都能 實(shí)現(xiàn)與上述實(shí)施例基本相同功能和效果，不再一一舉例展開細(xì)說，均屬于本專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求柔性石墨水流場制備裝置，包括相對(duì)運(yùn)行的沖壓機(jī)構(gòu)，其特征在于沖壓模上有按流場圖形設(shè)計(jì)的沖切刀口模，刀口模平面有與刀口齊平或略高于刀口的彈性材料板；沖壓擋模上有硬質(zhì)非金屬材料底板。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述柔性石墨水流場制備裝置，其特征在于沖切刀口模設(shè)置于移動(dòng) 模上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述柔性石墨水流場制備裝置，其特征在于沖切壓力為2 5Mpa。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述柔性石墨水流場制備裝置，其特征在于刀口模上的彈性材 料板為致密發(fā)泡塑料、橡膠板、軟性塑料，致密海綿體中的一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述柔性石墨水流場制備裝置，其特征在于硬質(zhì)非金屬材料底 板為聚甲醛板，木板、硬橡膠板、硬質(zhì)塑料板中一種。
專利摘要實(shí)用新型涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池用柔性石墨水流場制備裝置，其特征是采用沖壓方式制作，沖壓模上有按流場圖形設(shè)計(jì)的沖切刀口模，刀口模平面有與刀口齊平或略高于刀口的彈性材料板；沖壓擋模上有硬質(zhì)非金屬材料底板。使得柔性石墨水流場制備，徹底改變了手工雕刻低生產(chǎn)效率、重復(fù)性差及邊緣不光滑的缺陷，可以大大提高柔性石墨水流場制備效率，生產(chǎn)效率較原手工可以至少提高15倍以上，更易于水流場的批量生產(chǎn)，且沖切流場一致性好，可以達(dá)到接近百分之百的重復(fù)；并且沖切流場邊緣光滑，提高了水流量。
文檔編號(hào)H01M8/02GK201498552SQ20092023485
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月9日
發(fā)明者馮佳, 呂露, 孫佰文, 宗磊, 談一波, 釗文科 申請(qǐng)人:江蘇新源動(dòng)力有限公司