一種燃料電池用金屬雙極板的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種燃料電池用金屬雙極板，該金屬雙極板由兩塊厚度相同的金屬板沖壓形成氫極板和氧極板，氫極板和氧極板上均設(shè)有公用氫氣通道開口，公用氧氣通道開口，公用冷卻流體開口，及沿兩側(cè)及各公用流體開口側(cè)設(shè)有密封槽，所述的氫極板上沖壓形成的空腔內(nèi)放置導(dǎo)氫氣流的導(dǎo)電擴散層材料，或設(shè)置槽狀導(dǎo)電材料形成氫極板，所述的氧極板上沖壓形成的空腔內(nèi)放置導(dǎo)空氣流的導(dǎo)電擴散層材料，或設(shè)置槽狀導(dǎo)電材料形成氧極板，所述的導(dǎo)氫氣流的空腔和導(dǎo)空氣流的空腔的深度為密封槽深度相同，氫極板和氧極板通過一個支架背對背疊合形成雙極板，兩塊板上的背面各與密封槽總體同形狀的支架相互抵接，使雙極板形成三個空腔：導(dǎo)氫氣的上空腔、導(dǎo)冷卻流體的中空腔和導(dǎo)空氣的下空腔。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，不需要沖壓出各種流體槽形狀。
【專利說明】一種燃料電池用金屬雙極板
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于燃料電池【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種燃料電池用金屬雙極板。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池通常由多個電池單元構(gòu)成，每個電池單元包括兩個電極(陽極和陰極)，該兩個電極被電解質(zhì)元件隔開，并且彼此串聯(lián)地組裝，形成燃料電池堆。通過給每個電極供給適當?shù)姆磻?yīng)物，即給一個電極供給燃料而另一個供給氧化劑，實現(xiàn)電化學反應(yīng)，從而在電極之間形成電位差,并且因此產(chǎn)生電能。
[0003]為了給每個電極供給反應(yīng)物，使用通常稱為“雙極板”并且設(shè)置在每個單個電池的兩側(cè)的特定界面元件。這些雙極板通常是鄰近陽極或陰極支撐體放置的單個元件的形式。雙極板是燃料電池組的重要元件。燃料電池堆在運行過程中，雙極板執(zhí)行如下功能以維持燃料電池堆的最佳工作狀態(tài)以及使用壽命:(I)電池導(dǎo)電體，極板兩側(cè)分別形成陰極陽極，將一個個電池單元串聯(lián)以組成燃料電池堆；(2)通過流道向電極提供反應(yīng)氣(傳質(zhì))；(3)協(xié)調(diào)水與熱的管理，防止冷卻介質(zhì)及反應(yīng)氣體外漏；(4)向膜電極組件(MEA)提供結(jié)構(gòu)強度支持。
[0004]為完成上述功能，雙極板的材料需要具有高電導(dǎo)率、足夠的機械強度、良好的熱導(dǎo)、氣體透過率低、抗腐蝕且能在電池工作環(huán)境中化學穩(wěn)定相當長的時間。此外，考慮到設(shè)計與易于加工制造的需要，雙極板的材料還應(yīng)該具備重量輕，體積小，成本低廉，甚至要求可回收利用等特征。
[0005]近年來已經(jīng)提出了各種金屬雙極板，例如公布號為CN102983338A的專利公開了一種燃料電池金屬雙極板，該雙極板包括氧極板和氫極板，氧極板和氫極板上設(shè)有導(dǎo)流槽、公用氫氣通道開口、公用空氣通道開口、公用冷卻水通道開口。其中雙極板上的導(dǎo)流槽是由金屬板沖壓成型的，由于金屬雙極板非常薄，所以沖壓出各種形狀的導(dǎo)流體流道槽不但沖壓模具復(fù)雜，而且導(dǎo)流槽的厚度要求，必然大大增加金屬雙板的厚度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)簡單，不需要沖壓出各種流體的導(dǎo)流槽的燃料電池用金屬雙極板。
[0007]本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種燃料電池用金屬雙極板，該金屬雙極板由兩塊厚度相同的金屬板沖壓形成氫極板和氧極板，氫極板和氧極板上均設(shè)有公用氫氣通道開口，公用氧氣通道開口，公用冷卻流體開口，及沿兩側(cè)及各公用流體開口側(cè)設(shè)有密封槽，其特征在于，所述的氫極板上沖壓形成的空腔內(nèi)放置導(dǎo)氫氣流的導(dǎo)電擴散層材料，或設(shè)置槽狀導(dǎo)電材料形成氫極板，所述的氧極板上沖壓形成的空腔內(nèi)放置導(dǎo)空氣流的導(dǎo)電擴散層材料，或設(shè)置槽狀導(dǎo)電材料形成氧極板，所述的導(dǎo)氫氣流的空腔和導(dǎo)空氣流的空腔的深度為密封槽深度相同，氫極板和氧極板通過一個支架背對背疊合形成雙極板，兩塊板上的密封槽底部各與密封槽總體同形狀的支架相互抵接，使雙極板形成三個空腔:導(dǎo)氫氣的上空腔、導(dǎo)冷卻流體的中空腔和導(dǎo)空氣的下空腔。
[0008]所述的密封槽的深度為0.2?1.2mm。
[0009]所述的三個空腔內(nèi)將分別放置多孔性材料，包括碳布，碳紙或經(jīng)過防腐處理的金屬絲網(wǎng)，雙極板與膜電極裝配為電堆緊縮壓緊后，填充在三個空腔內(nèi)的碳布，碳紙或經(jīng)過防腐處理的金屬絲網(wǎng)的厚度恰好與形成密封槽的凸邊最高點相平，即與形成密封槽的凸邊最高點相平。
[0010]所述的金屬絲網(wǎng)包括不銹鋼網(wǎng)，鎳網(wǎng)或鈦網(wǎng)。
[0011]所述的三個空腔內(nèi)分別放置有沖壓出流槽形狀的薄軟石墨片，該石墨片的厚度與所述的多孔性材料的厚度相同。
[0012]所述的氫極板、氧極板背對背之間通過一個支架疊合在一起，該支架的總體形狀與密封槽相同，由金屬材料制作，與氫極板、氧極板焊接在一起，或者所述的支架由石墨材料、橡膠或塑料材料制成，與氫極板、氧極板壓合粘結(jié)在一起。
[0013]所述的支架上與所述公用氫氣通道開口，公用氧氣通道開口，公用冷卻流體開口對應(yīng)處設(shè)有引流槽，供氫氣、空氣和冷卻流體進出。
[0014]所述的氫極板、氧極板上與支架上引流槽末端對應(yīng)處開有引流孔，供氫氣、空氣進出。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型金屬雙極板不需要復(fù)雜的模具模壓成型，只要通過簡單的沖壓即可成型，金屬薄板沖壓后，其兩側(cè)面形成互補的流道，兩塊金屬板疊合后形成三個空腔用于導(dǎo)流三種流體，并在三個空腔內(nèi)放置多孔性的碳布，碳紙，經(jīng)過防腐處理的金屬絲網(wǎng)，一方面這些材料很容易讓流體自由通過在沒有導(dǎo)流槽的情況下不影響流體的流動，另一方面這些網(wǎng)、布、紙可以導(dǎo)電，防電腐蝕。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型氫極板示意圖；
[0017]圖2為本實用新型氧極板示意圖；
[0018]圖3為氫極板和氧極板組成的雙極板剖視圖；
[0019]圖4為雙極板的爆炸圖；
[0020]圖5為支架正面的示意圖；
[0021]圖6為支架反面的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。
[0023]實施例1
[0024]一種用于60kw質(zhì)子交換膜燃料電池的金屬雙極板，長寬尺寸為100X400mm，如圖1?4所示，該金屬雙極板由兩塊厚度相同的0.2mm不銹鋼金屬板沖壓形成氫極板I和氧極板2，氫極板I和氧極板2上均設(shè)有公用氫氣通道開口，公用氧氣通道開口，公用冷卻流體開口，及沿兩側(cè)及各公用流體開口側(cè)設(shè)有密封槽，密封槽寬4_，深0.4_，所述的氫極板I上沖壓形成的空腔內(nèi)放置導(dǎo)氫氣流的0.4mm厚度壓出直槽形狀的軟石墨板形成氫極板，所述的氧極板2上沖壓形成的空腔內(nèi)放置導(dǎo)空氣流的0.4_厚度壓出直槽形狀的軟石墨板形成氧極板，所述的導(dǎo)氫氣流的空腔和導(dǎo)空氣流的空腔的深度與密封槽3深度相同均為0.4mm,密封槽3的深度為0.4mm,氫極板I和氧極板2通過支架5背對背疊合形成雙極板,如圖3所示，兩塊板上的密封槽底部各與密封槽總體同形狀的厚度1.0mm支架5相互抵接，并經(jīng)過金屬焊接成一整體使雙極板形成三個空腔:導(dǎo)氫氣的上空腔11、導(dǎo)冷卻流體的中空腔4和導(dǎo)空氣的下空腔21。所述的三個空腔內(nèi)將分別放置0.4mm或1.mm厚的壓出直槽形狀的軟石墨板，雙極板與膜電極裝配為電堆緊縮壓緊后，填充在三個空腔內(nèi)的帶有直槽形狀的軟石墨板厚度恰好與形成密封槽的凸邊最高點相平或與支架厚度相同。如圖4所示，雙極板由氫極板I和氧極板2組成,氫極板I和氧極板2的密封槽內(nèi)均設(shè)有密封圈6，密封圈為經(jīng)裝堆壓縮后厚度0.4mm的橡膠彈性體材料，上腔體和下腔體內(nèi)均設(shè)有單面有槽道的軟石墨板7,中間腔內(nèi)設(shè)有帶引流槽的金屬支架5以及1.0mm后的軟石墨板。
[0025]所述的氫極板1、氧極板2背對背之間通過一個支架5疊合在一起，該支架5的總體形狀與密封槽3相同，由金屬材料制作，與氫極板1、氧極板2焊接在一起，支架5與氫極板I上氫氣進出口對應(yīng)處設(shè)有氫引流槽51，與氧極板2上空氣進出口對應(yīng)處設(shè)有氧引流槽52，與兩側(cè)氫極板和氧極板的冷卻流體進出口對應(yīng)處設(shè)有冷氣流體引流槽53，氫極板I上與氫引流槽51末端對應(yīng)處設(shè)有氫引流孔12，氧極板2上與氧引流槽52對應(yīng)處設(shè)有氧引流孔22，供氫氣、空氣和冷卻流體進出。
[0026]實施例2
[0027]所述的支架由橡膠或塑料材料制成，與氫極板、氧極板壓合粘結(jié)在一起。
[0028]所述的三個空腔內(nèi)分別放置有無流槽整體形狀的多孔性碳擴散層導(dǎo)電材料，厚度與所述的軟石墨片的厚度相同。其余同實施例1。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料電池用金屬雙極板，該金屬雙極板由兩塊厚度相同的金屬板沖壓形成氫極板和氧極板，氫極板和氧極板上均設(shè)有公用氫氣通道開口，公用氧氣通道開口，公用冷卻流體開口，及沿兩側(cè)及各公用流體開口側(cè)設(shè)有密封槽，其特征在于，所述的氫極板上沖壓形成的空腔內(nèi)放置導(dǎo)氫氣流的導(dǎo)電擴散層材料，或設(shè)置槽狀導(dǎo)電材料形成氫極板，所述的氧極板上沖壓形成的空腔內(nèi)放置導(dǎo)空氣流的導(dǎo)電擴散層材料，或設(shè)置槽狀導(dǎo)電材料形成氧極板，所述的導(dǎo)氫氣流的空腔和導(dǎo)空氣流的空腔的深度為密封槽深度相同，氫極板和氧極板通過一個支架背對背疊合形成雙極板，兩塊板上的密封槽底部各與密封槽總體同形狀的支架相互抵接，使雙極板形成三個空腔:導(dǎo)氫氣的上空腔、導(dǎo)冷卻流體的中空腔和導(dǎo)空氣的下空腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池用金屬雙極板，其特征在于，所述的密封槽的深度為0.2?1.2臟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池用金屬雙極板，其特征在于，所述的三個空腔內(nèi)將分別放置多孔性材料，包括碳布，碳紙或經(jīng)過防腐處理的金屬絲網(wǎng)，雙極板與膜電極裝配為電堆緊縮壓緊后，填充在三個空腔內(nèi)的碳布，碳紙或經(jīng)過防腐處理的金屬絲網(wǎng)的厚度恰好與形成密封槽的凸邊最高點相平，即與形成密封槽的凸邊最高點相平。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種燃料電池用金屬雙極板，其特征在于，所述的金屬絲網(wǎng)包括不銹鋼網(wǎng)，鎳網(wǎng)或鈦網(wǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種燃料電池用金屬雙極板，其特征在于，所述的三個空腔內(nèi)分別放置有沖壓出流槽形狀的薄軟石墨片，該石墨片的厚度與所述的多孔性材料的厚度相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池用金屬雙極板，其特征在于，所述的氫極板、氧極板背對背之間通過一個支架疊合在一起，該支架的總體形狀與密封槽相同，由金屬材料制作，與氫極板、氧極板焊接在一起，或者所述的支架由石墨材料、橡膠或塑料材料制成，與氫極板、氧極板壓合粘結(jié)在一起。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池用金屬雙極板，其特征在于，所述的支架上與所述公用氫氣通道開口，公用氧氣通道開口，公用冷卻流體開口對應(yīng)處設(shè)有引流槽，供氫氣、空氣和冷卻流體進出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種燃料電池用金屬雙極板，其特征在于，所述的氫極板、氧極板上與支架上引流槽末端對應(yīng)處開有引流孔，供氫氣、空氣進出。
【文檔編號】H01M4/86GK203707256SQ201420031191
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】胡里清 申請人:上海神力科技有限公司