一種優(yōu)化反應(yīng)氣體分配的高集成度燃料電池雙極板的制作方法
【專利摘要】一種優(yōu)化反應(yīng)氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，極板為兩層結(jié)構(gòu)，下層是沖壓有流道的金屬板，上層是網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板，網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板是平板，網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板置于沖壓有流道的金屬板上組成陽(yáng)極板或陰極板。有益效果是：可以顯著提升與流場(chǎng)凸起處對(duì)應(yīng)的膜電極在電堆組裝條件下的反應(yīng)氣濃度，大幅提高電極的有效面積，進(jìn)而大幅提升電堆的功率輸出和比功率密度；多孔流場(chǎng)在電極碳紙微觀尺寸孔隙和金屬板宏觀尺寸流道間形成過(guò)度，利于反應(yīng)生成液態(tài)水的排出，簡(jiǎn)化了燃料電池水管理；材料簡(jiǎn)單，不需開發(fā)新材料；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只在現(xiàn)有燃料電池常規(guī)結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單改進(jìn)即可，不對(duì)電堆組裝和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的影響。
【專利說(shuō)明】一種優(yōu)化反應(yīng)氣體分配的高集成度燃料電池雙極板
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于燃料電池【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及適于高電流密度運(yùn)行的燃料電池雙極板。
【背景技術(shù)】
[0002]質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板主要分為三大類:1.在硬石墨板上通過(guò)機(jī)械雕刻出流場(chǎng)的雙極板；2.金屬薄板沖壓出流場(chǎng)的雙極板；3.碳粉、樹脂等混合后模壓成型雙極板。此外，還有膨脹石墨浸潰樹脂后沖壓成型雙極板等。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的雙極板的缺點(diǎn)是:與雙極板流場(chǎng)凸起處對(duì)應(yīng)的膜電極上的反應(yīng)氣濃度很小，這部分電池面積對(duì)整體性能的貢獻(xiàn)很小，影響電池性能的有效提升。造成這一缺點(diǎn)的原因是:雙極板流場(chǎng)凸起的臺(tái)階是不透氣的，反應(yīng)氣在流場(chǎng)溝槽內(nèi)流動(dòng)并傳遞到對(duì)應(yīng)的膜電極表面，而通過(guò)流場(chǎng)凸起處的膜電極在電堆緊固力作用下發(fā)生形變導(dǎo)致該處的反應(yīng)氣濃度很低，甚至被液態(tài)水堵塞，無(wú)反應(yīng)氣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供提供一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分布的燃料電池雙極板，克服現(xiàn)有雙極板的缺點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種優(yōu)化反應(yīng)氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，包括布有流場(chǎng)的陽(yáng)極板和陰極板，其特征在于:所述陽(yáng)極板和陰極板均為兩層結(jié)構(gòu)，下層是沖壓有流道的金屬板，上層是網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板，網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板是平板，網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板置于沖壓有流道的金屬板上組成陽(yáng)極板或陰極板。
[0006]本發(fā)明所述一種優(yōu)化反應(yīng)氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，其特征在于:所述網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板是金屬網(wǎng)材料或非金屬網(wǎng)材料制成的厚度0.1?0.8mm的多孔板，所述金屬網(wǎng)材料為泡沫鎳、不銹鋼網(wǎng)、鈦網(wǎng)或鈦合金網(wǎng)，所述非金屬網(wǎng)材料是非金屬網(wǎng)鍍金、銀或碳的網(wǎng)材料。
[0007]本發(fā)明所述一種優(yōu)化反應(yīng)氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，其特征在于:所述沖壓有流道的金屬板為不銹鋼、鈦或鈦合金板，板厚為0.05?1.5mm，沖壓成型后，流道寬度0.2?2.Ctam,流道深度0.1?2.Ctam,凸起處寬度0.1?1.5臟,總體厚度0.2?3.0臟。
[0008]本發(fā)明所述一種優(yōu)化反應(yīng)氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，其特征在于:所述沖壓有流道的金屬板表面無(wú)鍍層或有金、銀或碳鍍層。
[0009]本發(fā)明所述一種優(yōu)化反應(yīng)氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，其特征在于:所述多孔流場(chǎng)板置于沖壓有流道的金屬板上組成陽(yáng)極板或陰極板，沖壓有流道的金屬板嵌入網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板0?0.3mm。
[0010]本發(fā)明的雙極板，上部的多孔流場(chǎng)板起強(qiáng)化反應(yīng)氣分配的作用，保證膜電極表面各部位均有一定濃度的反應(yīng)氣體；下部的金屬薄板具有保證雙極板的阻氣能力，同時(shí)起到宏觀氣體分配、導(dǎo)出反應(yīng)廢氣和生成水等作用。[0011]本發(fā)明的有益效果是；
[0012]1.可以顯著提升與流場(chǎng)凸起處對(duì)應(yīng)的膜電極在電堆組裝條件下的反應(yīng)氣濃度，大幅提聞電極的有效面積，進(jìn)而大幅提升電堆的功率輸出和比功率密度；
[0013]2.多孔流場(chǎng)在電極碳紙微觀尺寸孔隙和金屬板宏觀尺寸流道間形成過(guò)度，利于反應(yīng)生成液態(tài)水的排出，簡(jiǎn)化了燃料電池水管理；
[0014]3.材料簡(jiǎn)單，不需開發(fā)新材料；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只在現(xiàn)有燃料電池常規(guī)結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單改進(jìn)即可，不對(duì)電堆組裝和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的影響。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1.本發(fā)明的雙極板結(jié)構(gòu)示意圖
[0016]圖2.沖壓金屬板嵌入多孔流場(chǎng)板的雙極板結(jié)構(gòu)示意圖
[0017]附圖中，1.金屬板；2.網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板，
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0019]優(yōu)化反應(yīng)氣體分配的高集成度燃料電池雙極板包括布有流場(chǎng)的陽(yáng)極板和陰極板，陽(yáng)極板和陰極板均為兩層結(jié)構(gòu)，下層是沖壓有流道的金屬板1，上層是網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板2，網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板2是平板，網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板2置于沖壓有流道的金屬板I上組成陽(yáng)極板或陰極板。
[0020]實(shí)施例1:
[0021]上部的網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板2材質(zhì)為鍍金泡沫鎳,厚度0.3mmo下部的金屬板I為厚度
0.08mm的鍍金鈦合金板；鍍金鈦合金板沖壓成型后，流道寬度0.8mm,流道深度0.3mm,凸起處寬度0.8mm,總體厚度0.38mm。直接將下部的金屬板I和上部的網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板2疊放在一起，組裝電池或電堆前，金屬板沒(méi)有嵌入網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板，兩者靠電池或電堆組裝力實(shí)現(xiàn)接觸。
[0022]實(shí)施例2:
[0023]上部的網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板2材質(zhì)為鍍碳的不銹鋼網(wǎng)，厚度0.5mm。下部的金屬板I為厚度0.1mm的鍍碳316L不銹鋼板；不銹鋼板沖壓成型后，流道寬度0.4mm,流道深度0.3mm,凸起處寬度0.4mm,總體厚度0.4_。將下部的金屬板I和上部的網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板疊放在一起，在0.1MPa下通過(guò)壓機(jī)將金屬板嵌入網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板20.1mm。組裝電池或電堆時(shí)，與膜電極等電堆部件一并組裝。
【權(quán)利要求】
1.一種優(yōu)化反應(yīng)氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，包括布有流場(chǎng)的陽(yáng)極板和陰極板，其特征在于:所述陽(yáng)極板和陰極板均為兩層結(jié)構(gòu)，下層是沖壓有流道的金屬板(1)，上層是網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板(2)，網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板(2)是平板，網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板(2)置于沖壓有流道的金屬板(I)上組成陽(yáng)極板或陰極板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種優(yōu)化反應(yīng)氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，其特征在于:所述網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板(2)是金屬網(wǎng)材料或非金屬網(wǎng)材料制成的厚度0.1?0.8mm的多孔板，所述金屬網(wǎng)材料為泡沫鎳、不銹鋼網(wǎng)、鈦網(wǎng)或鈦合金網(wǎng)，所述非金屬網(wǎng)材料是非金屬網(wǎng)鍍金、銀或碳的網(wǎng)材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種優(yōu)化反應(yīng)氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，其特征在于:所述沖壓有流道的金屬板(I)為不銹鋼、鈦或鈦合金板，板厚為0.05?1.5mm,沖壓成型后，流道寬度0.2?2.0mm,流道深度0.1?2.0mm,凸起處寬度0.1?1.5mm,總體厚度0.2 ?3.0mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種優(yōu)化反應(yīng)氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，其特征在于:所述沖壓有流道的金屬板(I)表面無(wú)鍍層或有金、銀或碳鍍層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種優(yōu)化反應(yīng)氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，其特征在于:所述網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板(2)置于沖壓有流道的金屬板(I)上組成陽(yáng)極板或陰極板，沖壓有流道的金屬板(I)嵌入網(wǎng)狀多孔流場(chǎng)板(2) 0?0.3mm。
【文檔編號(hào)】H01M8/02GK103618091SQ201310642856
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】侯中軍, 付宇, 明平文 申請(qǐng)人:新源動(dòng)力股份有限公司