一種燃料電池用金屬雙極板的制作方法
【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(gè)電池單元構(gòu)成，每個(gè)電池單元包括兩個(gè)電極(陽(yáng)極和陰極)，該兩個(gè)電極被電解質(zhì)元件隔開(kāi)，并且彼此串聯(lián)地組裝，形成燃料電池堆。通過(guò)給每個(gè)電極供給適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)物，即給一個(gè)電極供給燃料而另一個(gè)供給氧化劑，實(shí)現(xiàn)電化學(xué)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(gè)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(gè)單個(gè)電池的兩側(cè)的特定界面元件。這些雙極板通常是鄰近陽(yáng)極或陰極支撐體放置的單個(gè)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(yùn)行過(guò)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(yáng)極，將一個(gè)個(gè)電池單元串聯(lián)以組成燃料電池堆；(2)通過(guò)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(qiáng)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(jī)械強(qiáng)度、良好的熱導(dǎo)、氣體透過(guò)率低、抗腐蝕且能在電池工作環(huán)境中化學(xué)穩(wěn)定相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。此外，考慮到設(shè)計(jì)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(lái)已經(jīng)提出了各種金屬雙極板，例如公布號(hào)為CN102983338A的專利公開(kāi)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(kāi)口、公用空氣通道開(kāi)口、公用冷卻水通道開(kāi)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]本發(fā)明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(jiǎn)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]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)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(kāi)口，公用氧氣通道開(kāi)口，公用冷卻流體開(kāi)口，及沿兩側(cè)及各公用流體開(kāi)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(kuò)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(kuò)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(guò)一個(gè)支架背對(duì)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(gè)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(gè)空腔內(nèi)將分別放置多孔性材料，包括碳布，碳紙或經(jīng)過(guò)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(gè)空腔內(nèi)的碳布，碳紙或經(jīng)過(guò)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(diǎn)相平，即與形成密封槽的凸邊最高點(diǎn)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(gè)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(duì)背之間通過(guò)一個(gè)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(kāi)口，公用氧氣通道開(kāi)口，公用冷卻流體開(kāi)口對(duì)應(yīng)處設(shè)有引流槽，供氫氣、空氣和冷卻流體進(jìn)出。
[0014]所述的氫極板、氧極板上與支架上引流槽末端對(duì)應(yīng)處開(kāi)有引流孔，供氫氣、空氣進(jìn)出。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明金屬雙極板不需要復(fù)雜的模具模壓成型，只要通過(guò)簡(jiǎn)單的沖壓即可成型，金屬薄板沖壓后，其兩側(cè)面形成互補(bǔ)的流道，兩塊金屬板疊合后形成三個(gè)空腔用于導(dǎo)流三種流體，并在三個(gè)空腔內(nèi)放置多孔性的碳布，碳紙，經(jīng)過(guò)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(guò)在沒(méi)有導(dǎo)流槽的情況下不影響流體的流動(dòng)，另一方面這些網(wǎng)、布、紙可以導(dǎo)電，防電腐蝕。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明氫極板示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明氧極板示意圖；
[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(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]實(shí)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(zhǎng)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(kāi)口，公用氧氣通道開(kāi)口，公用冷卻流體開(kāi)口，及沿兩側(cè)及各公用流體開(kāi)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(guò)支架5背對(duì)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(guò)金屬焊接成一整體使雙極板形成三個(gè)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(gè)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(gè)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(diǎn)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(duì)背之間通過(guò)一個(gè)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(jìn)出口對(duì)應(yīng)處設(shè)有氫引流槽51，與氧極板2上空氣進(jìn)出口對(duì)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(jìn)出口對(duì)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(duì)應(yīng)處設(shè)有氫引流孔12，氧極板2上與氧引流槽52對(duì)應(yīng)處設(shè)有氧引流孔22，供氫氣、空氣和冷卻流體進(jìn)出。
[0026]實(shí)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(gè)空腔內(nèi)分別放置有無(wú)流槽整體形狀的多孔性碳擴(kuò)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(shí)施例1。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(kāi)口，公用氧氣通道開(kāi)口，公用冷卻流體開(kāi)口，及沿兩側(cè)及各公用流體開(kāi)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(kuò)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(kuò)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(guò)一個(gè)支架背對(duì)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(gè)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(gè)空腔內(nèi)將分別放置多孔性材料，包括碳布，碳紙或經(jīng)過(guò)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(gè)空腔內(nèi)的碳布，碳紙或經(jīng)過(guò)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(diǎn)相平，即與形成密封槽的凸邊最高點(diǎn)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(gè)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(duì)背之間通過(guò)一個(gè)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(kāi)口，公用氧氣通道開(kāi)口，公用冷卻流體開(kāi)口對(duì)應(yīng)處設(shè)有引流槽，供氫氣、空氣和冷卻流體進(jìn)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(duì)應(yīng)處開(kāi)有引流孔，供氫氣、空氣進(jìn)出。
【專利摘要】本發(fā)明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(kāi)口，公用氧氣通道開(kāi)口，公用冷卻流體開(kāi)口，及沿兩側(cè)及各公用流體開(kāi)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(kuò)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(kuò)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(guò)一個(gè)支架背對(duì)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(gè)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，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要沖壓出各種流體槽形狀。
【IPC分類】H01M4-86
【公開(kāi)號(hào)】CN104795573
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410022362
【發(fā)明人】胡里清
【申請(qǐng)人】上海神力科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2014年1月17日