一種質(zhì)子交換膜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)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池用金屬雙極板。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是通過電催化反應(yīng)將氧化劑和還原劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，是一種高效、安全、清潔、靈活的新型發(fā)電技術(shù)。其中的質(zhì)子交換膜燃料電池因其具有效率高、能量密度大、反應(yīng)溫度低、無噪音、無污染等顯著優(yōu)點(diǎn)而在地面發(fā)電站、電動(dòng)車和便攜式電源等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。燃料電池內(nèi)部主要由質(zhì)子交換膜、電化學(xué)反應(yīng)催化劑、擴(kuò)散層和雙極板組成。當(dāng)燃料電池工作時(shí)，其內(nèi)部發(fā)生下述反應(yīng)過程:反應(yīng)氣體在擴(kuò)散層內(nèi)擴(kuò)散，當(dāng)反應(yīng)氣體到達(dá)催化層時(shí)，在催化層內(nèi)被催化劑吸附并發(fā)生電催化反應(yīng)；陽極反應(yīng)生成的質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜內(nèi)傳遞到陰極側(cè)，電子經(jīng)外電路到達(dá)陰極，同氧分子反應(yīng)結(jié)合成水，同時(shí)放出熱量。電極反應(yīng)為:
[0003]陽極(負(fù)極):H2— 2H++2e
[0004]陰極(正極):l/202+2H++2e— H20
[0005]電池反應(yīng):Η2+1/202— H20
[0006]常見的金屬雙極板設(shè)計(jì)如專利:201410051270.5、201410054586.X、201010288866.9，陽極單極板和陰極單極板的流道是鏡像設(shè)計(jì)的，即雙極板一側(cè)的凹槽和另外一側(cè)的凹槽相接觸，雙極板一側(cè)的凸起和另外一側(cè)的凸起相離開，中間形成通道流通冷卻液，此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得雙極板的高度較高，進(jìn)而使得燃料電池的體積較大，從而降低了燃料電池的體積比功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效降低雙極板高度，進(jìn)而有效減少燃料電池體積，提高燃料電池體積比功率的金屬雙極板。
[0008]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0009]一種質(zhì)子交換膜燃料電池用金屬雙極板，包括相互配合的陽極單極板和陰極單極板，所述陽極單極板一側(cè)的凸起與所述陰極單極板一側(cè)的凹槽相配合，配合后的凹槽和凸起之間設(shè)置有便于冷卻液流通的間隙。
[0010]其中，還包括設(shè)置在所述陽極單極板和陰極單極板之間的冷卻液流場密封膠層。
[0011]其中，還包括分別涂覆于裝配后的陽極單極板和陰極單極板另一側(cè)的陽極單極板密封膠層和陰極單極板密封膠層。
[0012]其中，所述陽極單極板和陰極單極板采用不銹鋼板材一體沖壓而成，且所述陽極單極板和陰極單極板的板厚均大于0.05mm小于0.3_。
[0013]其中，所述陽極單極板和陰極單極板上分別設(shè)置有燃料進(jìn)口和燃料出口、氧化劑進(jìn)口和氧化劑出口、冷卻液進(jìn)口和冷卻液出口、以及流道。
[0014]其中，所述陽極單極板和陰極單極板的兩端分別設(shè)置有用于使進(jìn)入的燃料、氧化劑形成紊流且均勻地分配到流道內(nèi)的凹凸點(diǎn)，以及使得離入口處較遠(yuǎn)距離的流道也能分配到足夠的燃料的導(dǎo)向筋。
[0015]其中，所述陽極單極板和陰極單極板的另一側(cè)分別設(shè)置有提高導(dǎo)電性能的鍍金層O
[0016]其中，所述間隙設(shè)置于所述凹槽的底部和所述凸起的頂部之間。
[0017]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明包括相互配合的陽極單極板和陰極單極板，所述陽極單極板一側(cè)的凸起與所述陰極單極板一側(cè)的凹槽相配合，配合后的凹槽和凸起之間設(shè)置有便于冷卻液流通的間隙。凸起和凹槽相配合，能夠有效降低雙極板高度，進(jìn)而有效減少燃料電池體積，凸起和凹槽之間的間隙設(shè)置，能夠有利于冷卻液的流動(dòng)，本發(fā)明有效降低雙極板尚度，進(jìn)而有效減少燃料電池體積，提尚燃料電池體積比功率。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明一種質(zhì)子交換膜燃料電池的剖面圖。
[0019]圖2是圖1中金屬雙極板的分解圖。
[0020]圖3是陽極單極板的軸測圖。
[0021]圖4是陰極單極板的軸測圖。
[0022]圖中:1.后端金屬板、311.陽極催化劑層、312.質(zhì)子交換膜、313.陰極催化劑層、
4.陽極單極板、42.導(dǎo)向筋、43.凹凸點(diǎn)、5.陰極單極板、51.間隙、7.前端金屬板、8.單極板密封膠層、9.陰極單極板密封膠層。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖并通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0024]如圖1至圖4所示，一種質(zhì)子交換膜燃料電池用金屬雙極板，包括相互配合的陽極單極板4和陰極單極板5，所述陽極單極板4 一側(cè)的凸起與所述陰極單極板5 —側(cè)的凹槽相配合，配合后的凹槽和凸起之間設(shè)置有便于冷卻液流通的間隙51，所述間隙51設(shè)置于所述凹槽的底部和所述凸起的頂部之間。
[0025]進(jìn)一步優(yōu)選的，還包括設(shè)置在所述陽極單極板4和陰極單極板5之間的冷卻液流場密封膠層10，分別涂覆于裝配后的陽極單極板4和陰極單極板5另一側(cè)的陽極單極板密封膠層8和陰極單極板密封膠層9。
[0026]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述陽極單極板4和陰極單極板5采用不銹鋼板材一體沖壓而成，且所述陽極單極板4和陰極單極板5的板厚大于0.1mm小于0.2_。
[0027]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述陽極單極板4和陰極單極板5上分別設(shè)置有燃料進(jìn)口和燃料出口、氧化劑進(jìn)口和氧化劑出口、冷卻液進(jìn)口和冷卻液出口、以及流道。陽極單極板和陰極單極板的流道設(shè)計(jì)成同向而非鏡像，將陽極單極板和陰極單極板對(duì)齊壓合，使用硅膠粘結(jié)，形成雙極板，在雙極板的兩面涂覆密封膠，此種金屬雙極板比鏡像流道疊加結(jié)合的雙極板高度更小，可以使電池的體積比功率值更大。
[0028]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述陽極單極板4和陰極單極板5的兩端分別設(shè)置有用于使進(jìn)入的燃料、氧化劑形成紊流且均勻地分配到流道內(nèi)的凹凸點(diǎn)43，以及使得離入口處較遠(yuǎn)距離的流道也能分配到足夠的燃料的導(dǎo)向筋42。兩塊單極板上的流場是相同的，在出入口處設(shè)計(jì)有凹凸點(diǎn)，用以使進(jìn)入的燃料、氧化劑形成紊流，更均勻地分配到單極板中部的流道，在出入口處還設(shè)計(jì)有導(dǎo)向筋，使在離開入口處較遠(yuǎn)距離的流道也能分配到足夠的燃料，中間部分的流道均為波浪形。
[0029]在雙極板的中間，流道相疊加處有縫隙，用于流通冷卻液，冷卻液依靠密封膠來導(dǎo)向，從靠下方的冷卻液入口進(jìn)入，從流道的底部通過每根流道，流向上方，再從上方的冷卻液出口排出。此種金屬雙極板為三進(jìn)三出結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)兩板三場功能。
[0030]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述陽極單極板4和陰極單極板5的另一側(cè)分別設(shè)置有提高導(dǎo)電性能的鍍金層。
[0031]進(jìn)一步優(yōu)選的，雙極板的陽極單極板4的上方依次設(shè)置有陽極催化劑層311、質(zhì)子交換膜312、陰極催化劑層313、陰極單極板5及后端金屬板1，
[0032]雙極板的陰極單極板5的下方依次設(shè)置有陰極催化劑層313、質(zhì)子交換膜312、陽極催化劑層311、陽極單極板4及前端金屬板7。
[0033]通過上述結(jié)構(gòu)依此組成質(zhì)子交換膜燃料電池。
[0034]以上結(jié)合具體實(shí)施例描述了本發(fā)明的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理，而不能以任何方式解釋為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制?；诖颂幍慕忉?，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動(dòng)即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它【具體實(shí)施方式】，這些方式都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種質(zhì)子交換膜燃料電池用金屬雙極板，包括相互配合的陽極單極板(4)和陰極單極板(5)，其特征在于:所述陽極單極板(4) 一側(cè)的凸起與所述陰極單極板(5) —側(cè)的凹槽相配合，配合后的凹槽和凸起之間設(shè)置有便于冷卻液流通的間隙(51)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池用金屬雙極板，其特征在于:還包括設(shè)置在所述陽極單極板(4)和陰極單極板(5)之間的冷卻液流場密封膠層(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池用金屬雙極板，其特征在于:還包括分別涂覆于裝配后的陽極單極板(4)和陰極單極板(5)另一側(cè)的陽極單極板密封膠層(8)和陰極單極板密封膠層(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池用金屬雙極板，其特征在于:所述陽極單極板(4)和陰極單極板(5)采用不銹鋼板材一體沖壓而成，且所述陽極單極板(4)和陰極單極板(5)的板厚均大于0.05mm小于0.3_。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池用金屬雙極板，其特征在于:所述陽極單極板(4)和陰極單極板(5)上分別設(shè)置有燃料進(jìn)口和燃料出口、氧化劑進(jìn)口和氧化劑出口、冷卻液進(jìn)口和冷卻液出口、以及流道。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池用金屬雙極板，其特征在于:所述陽極單極板(4)和陰極單極板(5)的兩端分別設(shè)置有用于使進(jìn)入的燃料、氧化劑形成紊流且均勻地分配到流道內(nèi)的凹凸點(diǎn)(43)，以及使得離入口處較遠(yuǎn)距離的流道也能分配到足夠的燃料的導(dǎo)向筋(42)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池用金屬雙極板，其特征在于:所述陽極單極板(4)和陰極單極板(5)的另一側(cè)分別設(shè)置有提高導(dǎo)電性能的鍍金層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池用金屬雙極板，其特征在于:所述間隙(51)設(shè)置于所述凹槽的底部和所述凸起的頂部之間。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種質(zhì)子交換膜燃料電池用金屬雙極板，包括相互配合的陽極單極板和陰極單極板，所述陽極單極板一側(cè)的凸起與所述陰極單極板一側(cè)的凹槽相配合，配合后的凹槽和凸起之間設(shè)置有便于冷卻液流通的間隙。凸起和凹槽相配合，能夠有效降低雙極板高度，進(jìn)而有效減少燃料電池體積，凸起和凹槽之間的間隙設(shè)置，能夠有利于冷卻液的流動(dòng)，本發(fā)明有效降低雙極板高度，進(jìn)而有效減少燃料電池體積，提高燃料電池體積比功率。
【IPC分類】H01M4-86
【公開號(hào)】CN104868129
【申請?zhí)枴緾N201510275486
【發(fā)明人】顧榮鑫, 陶少龍, 張超, 章嵩松, 管俊生, 靳宏建
【申請人】昆山弗爾賽能源有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月26日