專利名稱：有利于改善流體分配的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)以其高效、節(jié)能、環(huán)保、安全等特性得到了廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是替代內(nèi)燃機(jī)的首選動(dòng)力系統(tǒng)。雙極板是PEMFC的關(guān)鍵組件，它不但顯著影響 PEMFC的性能，而且占據(jù)了電堆重量的70% -80%和成本的45%以上。因此，開(kāi)發(fā)易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的輕型、薄型雙極板對(duì)于提高電堆比功率，降低生產(chǎn)成本，進(jìn)而推動(dòng)PEMFC商業(yè)
化具有重要意義。當(dāng)前制備雙極板的材料主要包括石墨、金屬和復(fù)合材料等。石墨雙極板電導(dǎo)率高、 與氣體擴(kuò)散層之間的接觸電阻低、耐腐蝕，是較好的雙極板材料。但是石墨板較脆因而加工費(fèi)用高，同時(shí)其氣密性較差，為防止?jié)B透，厚度必須較大。這給電堆組裝帶來(lái)了困難，大大降低了電池堆的質(zhì)量比功率和體積比功率。復(fù)合材料雙極板成本低、很容易實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)， 但是其接觸電阻大，生產(chǎn)時(shí)很難脫模，因而使用率也不高。因此，金屬材料以其固有的高電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率、耐高溫、氣密性好、高強(qiáng)度、容易加工等優(yōu)點(diǎn)，引起了很多PEMFC研究者的重視。流場(chǎng)是在雙極板上加工的各種形狀的溝槽，為反應(yīng)劑及生成產(chǎn)物提供進(jìn)出通道， 是燃料電池設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。因此，設(shè)計(jì)合理的金屬雙極板及其流場(chǎng)既可以降低雙極板的質(zhì)量和厚度，提高PEMFC電堆的質(zhì)量比功率和重量比功率，還可以均勻分配電池所需燃料和氧化劑，保證電流密度均勻分配，同時(shí)將電池生成的水及尾氣順利排出，提高PEMFC電池堆性能?，F(xiàn)有技術(shù)中，專利CN 101133506A公開(kāi)了一種兩端帶有分配頭中間是波浪形流場(chǎng)的金屬雙極板，其不足之處是難以保證氣體在各個(gè)流道的均勻分配，同時(shí)也難以實(shí)現(xiàn)電堆組裝時(shí)的精確定位。專利CN 101420037A公開(kāi)了一種金屬雙極板板型，其陰極流場(chǎng)為一分三的直流場(chǎng)，陽(yáng)極流場(chǎng)為一分二的蛇形流場(chǎng)，其優(yōu)勢(shì)為雙層結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)氣體與冷劑的走通，且氣體進(jìn)出口壓差大；但其不足之處是蛇形流場(chǎng)結(jié)構(gòu)使得氣體阻力大多消耗在拐角處，不利于反應(yīng)生成水和氣體尾氣的排除，另外水流場(chǎng)進(jìn)出口相對(duì)較小，水阻較大，不利于雙極板換熱。申請(qǐng)?zhí)枮?0101056U91. 3的專利公開(kāi)了一種質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板分配頭，分配頭由導(dǎo)流區(qū)和分配柵欄兩部分組成，導(dǎo)流區(qū)底平板上按規(guī)律布設(shè)多排導(dǎo)流島，分配柵欄位于導(dǎo)流區(qū)和極板流道區(qū)結(jié)合處，分配柵欄是一排均布的導(dǎo)流島。其不足是分配頭只限于氣體流場(chǎng)，沒(méi)有改變冷劑流體分配流場(chǎng)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種有利于反應(yīng)氣體和冷劑流體分配的金屬雙極板。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是有利于改善流體分配的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，由金屬薄板沖壓成型的陰、陽(yáng)極單極板對(duì)應(yīng)連接構(gòu)成，陰、陽(yáng)極單極板上設(shè)有包括兩側(cè)的空氣腔公用管道、氫氣腔公用管道、冷卻腔公用管道、中部的陰、陽(yáng)極流場(chǎng)流道和密封線，陰、陽(yáng)極流場(chǎng)流道由陰、陽(yáng)極板中間直流場(chǎng)流道、與直流場(chǎng)流道兩端相通的陰陽(yáng)極板的空氣和氫氣分配流道和與分配流道連通的陰陽(yáng)極板空氣和氫氣進(jìn)出口流道組成，空氣和氫氣進(jìn)出口流道分別與陰、陽(yáng)極單極板兩側(cè)的空氣腔公用管道和氫氣腔公用管道連通，空氣腔公用管道進(jìn)口經(jīng)過(guò)陰極板空氣進(jìn)口流道、進(jìn)口側(cè)陰極板空氣分配流道、陰極板中間直流道、出口側(cè)陰極板空氣分配流道和陰極板空氣出口流道與陰極板空氣出口共用管道相通，氫氣腔公用管道進(jìn)口經(jīng)過(guò)陽(yáng)極板氫氣進(jìn)口流道、進(jìn)口側(cè)陽(yáng)極板氫氣分配流道、陽(yáng)極板中間直流道、出口側(cè)陽(yáng)極板氫氣分配流道和陽(yáng)極板氫氣出口流道與陽(yáng)極板氫氣出口共用管道相通；中間直流場(chǎng)流道由平行的凸起和溝槽組成，空氣和氫氣分配流道由按規(guī)律排布的分別向陰、陽(yáng)極單極板正面凸起的導(dǎo)流島構(gòu)成，導(dǎo)流島形狀相同，呈縱列方向排布，導(dǎo)流島縱列方向與雙極板橫向水平線之間的夾角為30-60°，導(dǎo)流島之間間距l(xiāng)-3mm;密封線沿陰、陽(yáng)極單極板周邊及空氣腔公用管道、氫氣腔公用管道和冷卻腔公用管道周邊布置，其特征在于所述陰、陽(yáng)極單極板進(jìn)口側(cè)與出口側(cè)為不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所述不對(duì)稱結(jié)構(gòu)包括陰、陽(yáng)極單極板進(jìn)口側(cè)從中間直流場(chǎng)流道進(jìn)口端起至進(jìn)口側(cè)端部的兩側(cè)邊比中間直流場(chǎng)流道的兩側(cè)邊寬5-10mm，出口側(cè)陰、陽(yáng)極單極板的相對(duì)應(yīng)的一側(cè)邊從中間直流場(chǎng)流道出口端起至出口側(cè)的端部比中間直流場(chǎng)流道側(cè)邊寬5-10mm，空氣腔公用管道和氫氣腔公用管道進(jìn)口的面積比出口的面積大 0. 1-0. 5倍；所述陰、陽(yáng)極單極板空氣腔公用管道和氫氣腔公用管道的與空氣和氫氣進(jìn)出口流道相連的邊為斜邊，斜邊與與雙極板橫向水平線之間的夾角為30 60° ；所述空氣和氫氣分配流道還包括分別向陰、陽(yáng)極單極板反面凸起的支撐點(diǎn)，支撐點(diǎn)形狀相同，支撐點(diǎn)位于導(dǎo)流島縱列的列與列之間，支撐點(diǎn)之間的間距沿氣流方向的間距l(xiāng)_3mm，垂直于氣流方向間距l(xiāng)_6mm，雙極板的陰極單極板上的支撐點(diǎn)的上平面與相對(duì)的陽(yáng)極單極板的平板互相支撐，形成冷卻腔分配流道，冷卻腔分配流道通過(guò)冷卻腔進(jìn)出口流道與冷卻腔公用管道連通。本實(shí)用新型所述的有利于改善流體分配的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于所述陰、陽(yáng)極單極板的中間直流場(chǎng)流道與空氣和氫氣分配流道高度不同，中間直流場(chǎng)流道高度為0. 3-0. 5mm,空氣和氫氣分配流道高度為0. 4-0. 7mm,流道高度是指凸起頂端到凹槽底的高度，中間直流場(chǎng)流道比空氣和氫氣分配流道低0. 1-0. 2mm,空氣和氫氣分配流道導(dǎo)流島的上平面與中間直流場(chǎng)流道凸起的上平面處于同一個(gè)平面上，空氣和氫氣分配流道支撐點(diǎn)的下平面與中間直流場(chǎng)流道溝槽的下平面不在同一個(gè)平面上，支撐點(diǎn)的下平面比直流場(chǎng)流道溝槽的下平面低0. 1-0. 2mm。本實(shí)用新型所述的有利于改善流體分配的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于所述導(dǎo)流島的形狀是長(zhǎng)方形、方形、圓形、橢圓形、梯形、三角形和梭形中的一種，所述形狀中長(zhǎng)寬不相等形狀的導(dǎo)流島的長(zhǎng)度方向與氣流方向一致排列。本實(shí)用新型所述的有利于改善流體分配的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于所述導(dǎo)流島的底平面形狀的最長(zhǎng)兩點(diǎn)的長(zhǎng)度為2. 0-4. 0mm，最寬兩點(diǎn)的寬度為 0. 8-1. 5mm,高度為 0. 2-0. 4mm。本實(shí)用新型所述的有利于改善流體分配的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于所述支撐點(diǎn)的形狀是圓形、橢圓形、長(zhǎng)方形、方形、梯形、三角形和梭形中的一種，所述形狀中長(zhǎng)寬不相等形狀的導(dǎo)流島的長(zhǎng)度方向與氣流方向一致排列。本實(shí)用新型所述的有利于改善流體分配的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于所述支撐點(diǎn)的底平面形狀的最長(zhǎng)兩點(diǎn)的長(zhǎng)度為1.0-3. 0mm，最寬兩點(diǎn)的寬度為 0. 8-1. 5mm,高度為 0. 2-0. 4mm。本實(shí)用新型所述的有利于改善流體分配的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于所述陰、陽(yáng)極單極板的進(jìn)口側(cè)的兩個(gè)頂角處設(shè)有缺口，缺口與出口側(cè)的兩個(gè)頂角組成雙極板組裝外定位結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的有益效果是1、由于空氣腔、氫氣腔和冷卻腔進(jìn)出口不對(duì)稱設(shè)計(jì)，其中氣腔進(jìn)口比出口面積大， 冷卻腔進(jìn)出口面積相等，可增強(qiáng)氣腔進(jìn)出口壓差，特別是可提高氣腔出口的流體流速，有利于反應(yīng)生成水及反應(yīng)尾氣的排除；同時(shí)不改變冷卻腔進(jìn)出口面積，可以極大地減小冷卻腔阻力，提高電池?fù)Q熱效率。2、導(dǎo)流島的設(shè)置使反應(yīng)氣體在到達(dá)流道時(shí)，各流道內(nèi)氣體壓力、速度分配均勻，從而簡(jiǎn)化燃料電池內(nèi)部水管理，提高電池性能。3、向陰、陽(yáng)極背面凸起的支撐點(diǎn)上平面與相對(duì)側(cè)的平板互相支撐，形成了冷卻腔分配流道，使冷劑到達(dá)流道時(shí)，各流道內(nèi)壓力、速度分配也很均勻，提高了電池的換熱效率。4、由本實(shí)用新型的雙極板組裝的電堆，可適用電堆平置、側(cè)置和立置操作，應(yīng)用范圍寬。5、雙極板組裝既可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)定位，還可以實(shí)現(xiàn)外定位，尤其外定位可使電堆組裝完成后，外置定位桿從電池堆上取下時(shí)，可避免電堆發(fā)生扭曲、變形，可提高電池堆的平整性。

本實(shí)用新型共有附圖四幅，其中圖1是陰極板結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是陽(yáng)極板結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是陰極板密封膠線位置示意圖；圖4是陽(yáng)極板密封膠線位置示意圖；圖5是空氣氫氣分配流道局部放大示意圖；圖6是圖5中A-A剖面示意圖。附圖中01、陰極板空氣進(jìn)口公用管道；01'、陰極板空氣出口共用管道；1、陽(yáng)極板空氣進(jìn)口共用管道；1'、陽(yáng)極板空氣出口共用管道；02、陰極板冷劑進(jìn)口共用管道；02'、陰極板冷劑出口共用管道；2、陽(yáng)極板冷劑進(jìn)口共用管道；2'、陽(yáng)極板冷劑出口共用管道；03、陰極板氫氣進(jìn)口共用管道；03'、陰極板氫氣出口共用管道；3、陽(yáng)極板氫氣進(jìn)口共用管道；3'、 陽(yáng)極板氫氣出口共用管道；04、陰極板空氣進(jìn)口流道；04'、陰極板空氣出口流道；4、陽(yáng)極板氫氣進(jìn)口流道；4'、 陽(yáng)極板氫氣出口流道；05、陰極板空氣分配流道；5、陽(yáng)極板氫氣分配流道；06、陰極板中間直流道；6、陽(yáng)極板中間直流道；07、陰極板空氣入口方向；7、陽(yáng)極板氫氣入口方向；08、陰極
6板冷卻腔密封線；8、陽(yáng)極板冷卻腔密封線；09、陰極板流體進(jìn)口端外定位口 ；9、陽(yáng)極板流體進(jìn)口端外定位口 ；010、陰極板流體出口端頂角；10、陽(yáng)極板流體出口端頂角；011、陰極板內(nèi)定位孔；11、陽(yáng)極板內(nèi)定位孔；012、陰極板空氣腔密封線；12、陽(yáng)極板氫氣腔密封線；13、導(dǎo)流島；14、支撐點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖給出的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1 實(shí)施例1的雙極板成型工藝步驟為1)選用0. Imm厚度的SUS316L不銹鋼薄板，在四柱式液壓機(jī)上冷沖壓成型陰、陽(yáng)極單極板，如圖1、圖2所示。陰、陽(yáng)極單極板兩側(cè)有空氣腔公用管道01、01'、1、1'、氫氣腔公用管道03、03'、3、3'和冷卻腔公用管道02、02'、2、2'，中部有平行的凸起和溝槽組成的直流場(chǎng)流道06、6，直流場(chǎng)流道兩端是分別向陰、陽(yáng)極單極板正面凸起的長(zhǎng)方形導(dǎo)流島 13和向其背面凸起的支撐點(diǎn)14構(gòu)成的空氣和氫氣分配流道05、5和與分配流道連通的空氣和氫氣進(jìn)出口流道04、04'、4、4'，導(dǎo)流島13形狀相同，呈縱列方向排布，導(dǎo)流島13縱列方向與雙極板橫向水平線之間的夾角為35°，支撐點(diǎn)14為圓點(diǎn)，支撐點(diǎn)14位于導(dǎo)流島13 縱列的列與列之間，雙極板的陰極單極板上的支撐點(diǎn)上平面與相對(duì)的雙極板的陽(yáng)極單極板上平板互相支撐，形成冷卻腔分配流道，冷卻腔分配流道通過(guò)冷卻腔進(jìn)出口流道與冷卻腔公用管道連通；空氣和氫氣進(jìn)出口流道04、04'、4、4'分別與陰、陽(yáng)極單極板兩側(cè)的空氣腔公用管道01、01'和氫氣腔公用管道3、3'連通，空氣腔公用管道進(jìn)口 01經(jīng)過(guò)陰極板空氣進(jìn)口流道04、進(jìn)口側(cè)陰極板空氣分配流道05、陰極板中間直流道06、出口側(cè)陰極板空氣分配流道05和陰極板空氣出口流道04'與陰極板空氣出口共用管道01'相通，氫氣腔公用管道進(jìn)口 3經(jīng)過(guò)陽(yáng)極板氫氣進(jìn)口流道4、進(jìn)口側(cè)陽(yáng)極板氫氣分配流道5、陽(yáng)極板中間直流道6、出口側(cè)陽(yáng)極板氫氣分配流道5和陽(yáng)極板氫氣出口流道4 ‘與陽(yáng)極板氫氣出口共用管道 1'相通；陰、陽(yáng)極單極板進(jìn)口側(cè)與出口側(cè)為不對(duì)稱結(jié)構(gòu)進(jìn)口側(cè)從直流場(chǎng)流道進(jìn)口端起至進(jìn)口側(cè)端部的兩側(cè)邊比直流場(chǎng)流道的兩側(cè)邊寬5-10mm，出口側(cè)陰、陽(yáng)極單極板相對(duì)應(yīng)的一側(cè)邊從直流場(chǎng)流道出口端起至出口側(cè)的端部比直流場(chǎng)流道側(cè)邊寬5-10mm，陰、陽(yáng)極單極板進(jìn)口側(cè)的兩個(gè)頂角處設(shè)有外定位口 09、9，外定位口 09、9與出口側(cè)的兩個(gè)頂角010、10組成雙極板組裝外定位結(jié)構(gòu)，空氣腔公用管道進(jìn)口 01、1面積比出口 01' Γ大0.1倍，氫氣腔公用管道進(jìn)口 03、3的面積比出口 03' 3'的面積大0.35倍；陰、陽(yáng)極單極板空氣腔公用管道01、01'、1、1'和氫氣腔公用管道03、03'、3、3'的與空氣和氫氣進(jìn)出口流道04、04'、 4,4'相連的邊為斜邊，斜邊與與雙極板橫向水平線之間的夾角為35° ；2)使用夾具將陰、陽(yáng)極板對(duì)齊，采用激光焊接工藝沿圖1所示的密封線08、8進(jìn)行激光焊接，焊接連接后支撐圓點(diǎn)14緊頂在另一側(cè)單極板的底平面上，形成了高度為0. 3mm 的水流場(chǎng)分配流道和封閉的冷卻腔，密封線08、8、012、12沿陰、陽(yáng)極單極板周邊及空氣腔公用管道01、01'、1、1'、氫氣腔公用管道03、03'、3、3'和冷卻腔公用管道02、02‘、2、 2'周邊布置；3)雙極板采用脈沖偏壓電弧離子鍍技術(shù)對(duì)其進(jìn)行表面處理，降低接觸電阻，提高耐腐蝕性能。同時(shí)，先焊接再表面處理，可以降低表面處理費(fèi)用的50% (現(xiàn)有工藝一般是先表面處理，再粘結(jié)或焊接)；4)在氣腔進(jìn)出口流道04、04'、4、4'粘貼厚度0. Imm的SUS304不銹鋼墊片，以形成密封膠線(MEA相對(duì)側(cè)極板上的密封膠線)的支撐面。該實(shí)施例雙極板外形尺寸為410mmX 130mm。流場(chǎng)流道部分有效面積僅為中間直流場(chǎng)流道06、6，直流場(chǎng)流道06、6外形尺寸為273mmX 95mm，流道厚度0. 5mm，扣除不銹鋼薄板皮厚后，流場(chǎng)流道高度0.4mm ；氣腔進(jìn)出口流道04、04'、4、4'由等間距的凸臺(tái)組成，凸臺(tái)高度0. 3mm (加皮厚后0. 4mm)，間距2mm。分配流道05、5僅提供氣體均勻分配作用，不含活性面積，其中導(dǎo)流島13外形尺寸為3mmX 1mm，高度0. 25mm，相互間距2mm ；支撐圓點(diǎn)14直徑1mm，高度0. 30mm，沿氣流方向相互間距3mm，垂直于氣流方向相互間距6mm，分配流道厚度為h分配=h導(dǎo)流吒支撐+0. 1 (成型薄板皮厚)=0. 25+0. 3+0. 1 = 0. 65mm，其中h表示厚度，直流場(chǎng)流道06、6厚度為0. 5mm,兩者厚度差為0. 15mm,空氣腔公用管道01、0Γ、 1、1'進(jìn)口面積為918mm2，出口面積為834mm2，氫氣腔公用管道03、03'、3、3'進(jìn)口面積為 563mm2，出口面積為362mm2，冷卻腔公用管道02、02'、2、2'進(jìn)口面積為488mm2，出口面積為 488mm2。使用該金屬雙極板的電堆，組裝后立式放置，空氣、氫氣和冷劑三腔并流，流體上進(jìn)下出，使得反應(yīng)生成水及冷劑的自身重力形成了一種推動(dòng)力，有利于流體流動(dòng)，提高了雙極板的水管理能力。采用Gambit和Fluent模擬平臺(tái)對(duì)該實(shí)施例的雙極板進(jìn)行流體分配進(jìn)行模擬測(cè)試結(jié)果顯示，該雙極板各流道內(nèi)氣體壓力和速度分配非常均勻，因而簡(jiǎn)化了燃料電池內(nèi)部水管理，可大大提高電池性能。實(shí)施例2:將實(shí)施例1中的流場(chǎng)有效面積擴(kuò)大至陰、陽(yáng)極板的分配流道05、5，使分配流道05、 5活性化，其它工藝不變，可得同樣流場(chǎng)設(shè)計(jì)的雙極板，此時(shí)流場(chǎng)有效面積可擴(kuò)大至316cm2。實(shí)施例3 改變實(shí)施例1中氣流場(chǎng)分配流道05、5中導(dǎo)流島13和支撐點(diǎn)14高度和形狀，其中導(dǎo)流島13形狀為菱形，高度變?yōu)?. 2mm，菱形長(zhǎng)對(duì)角線長(zhǎng)度為3mm，短對(duì)角線長(zhǎng)度為1mm，支撐點(diǎn)14形狀為等邊三角形，三角形邊長(zhǎng)1mm，高度變?yōu)?. 4mm，其它工藝不變，可得另一種雙極板。
權(quán)利要求1.有利于改善流體分配的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，由金屬薄板沖壓成型的陰、陽(yáng)極單極板對(duì)應(yīng)連接構(gòu)成，陰、陽(yáng)極單極板上設(shè)有包括兩側(cè)的空氣腔公用管道(01、 01'、1、1')、氫氣腔公用管道(03、03'、3、3')、冷卻腔公用管道(02、02‘、2、2')、中部的陰、陽(yáng)極流場(chǎng)流道和密封線(08、8、012、12)，陰、陽(yáng)極流場(chǎng)流道由陰、陽(yáng)極板中間直流場(chǎng)流道(06、6)、與直流場(chǎng)流道兩端相通的陰陽(yáng)極板的空氣和氫氣分配流道(05、幻和與分配流道連通的陰陽(yáng)極板空氣和氫氣進(jìn)出口流道(04、04'、4、4')組成，空氣和氫氣進(jìn)出口流道(04、04'、4、4')分別與陰、陽(yáng)極單極板兩側(cè)的空氣腔公用管道(01、01'、1、1')和氫氣腔公用管道(03、03'、3、3')連通，空氣腔公用管道進(jìn)口(01)經(jīng)過(guò)陰極板空氣進(jìn)口流道(04)、進(jìn)口側(cè)陰極板空氣分配流道(05)、陰極板中間直流道(06)、出口側(cè)陰極板空氣分配流道(05)和陰極板空氣出口流道(04')與陰極板空氣出口共用管道(01')相通，氫氣腔公用管道進(jìn)口( 經(jīng)過(guò)陽(yáng)極板氫氣進(jìn)口流道G)、進(jìn)口側(cè)陽(yáng)極板氫氣分配流道(5)、陽(yáng)極板中間直流道(6)、出口側(cè)陽(yáng)極板氫氣分配流道( 和陽(yáng)極板氫氣出口流道)與陽(yáng)極板氫氣出口共用管道(I')相通；中間直流場(chǎng)流道(06、6)由平行的凸起和溝槽組成，空氣和氫氣分配流道(05、幻由按規(guī)律排布的分別向陰、陽(yáng)極單極板正面凸起的導(dǎo)流島(13) 構(gòu)成，導(dǎo)流島(13)形狀相同，呈縱列方向排布，導(dǎo)流島(13)縱列方向與雙極板橫向水平線之間的夾角為30-60°，導(dǎo)流島(13)之間間距l(xiāng)-3mm;密封線(08、8、012、12)沿陰、陽(yáng)極單極板周邊及空氣腔公用管道(01、01'、1、1')、氫氣腔公用管道(03、03'、3、3')和冷卻腔公用管道(02、02'、2、2')周邊布置，其特征在于所述陰、陽(yáng)極單極板進(jìn)口側(cè)與出口側(cè)為不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所述不對(duì)稱結(jié)構(gòu)包括陰、陽(yáng)極單極板進(jìn)口側(cè)從中間直流場(chǎng)流道進(jìn)口端起至進(jìn)口側(cè)端部的兩側(cè)邊比中間直流場(chǎng)流道的兩側(cè)邊寬5-10mm，出口側(cè)陰、陽(yáng)極單極板的相對(duì)應(yīng)的一側(cè)邊從中間直流場(chǎng)流道出口端起至出口側(cè)的端部比中間直流場(chǎng)流道側(cè)邊寬5-10mm， 空氣腔公用管道(01、01'、1、1')和氫氣腔公用管道(03、03'、3、3')進(jìn)口的面積比出口的面積大0.1-0.5倍；所述陰、陽(yáng)極單極板空氣腔公用管道(01、01'、1、1')和氫氣腔公用管道(03、03'、3、3')的與空氣和氫氣進(jìn)出口流道(04、04'、4、4')相連的邊為斜邊，斜邊與與雙極板橫向水平線之間的夾角為30 60° ；所述空氣和氫氣分配流道(05、5) 還包括分別向陰、陽(yáng)極單極板反面凸起的支撐點(diǎn)(14)，支撐點(diǎn)(14)形狀相同，支撐點(diǎn)(14) 位于導(dǎo)流島(13)縱列的列與列之間，支撐點(diǎn)(14)之間的間距沿氣流方向的間距l(xiāng)_3mm，垂直于氣流方向間距l(xiāng)_6mm，雙極板的陰極單極板上的支撐點(diǎn)(14)的上平面與相對(duì)的陽(yáng)極單極板的平板互相支撐，形成冷卻腔分配流道，冷卻腔分配流道通過(guò)冷卻腔進(jìn)出口流道與冷卻腔公用管道(02,02'、2、2')聯(lián)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有利于改善流體分配的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于所述陰、陽(yáng)極單極板的中間直流場(chǎng)流道(06、6)與空氣和氫氣分配流道(05、5)高度不同，中間直流場(chǎng)流道(06、6)高度為0. 3-0. 5mm，分配流道(05、幻高度為0. 4-0. 7mm, 流道高度是指凸起頂端到凹槽底的高度，中間直流場(chǎng)流道(06、6)比空氣和氫氣分配流道 (05,5)低0. 1-0. 2mm，空氣和氫氣分配流道的導(dǎo)流島(13)的上平面與中間直流場(chǎng)流道凸起的上平面處于同一個(gè)平面上，空氣和氫氣分配流道支撐點(diǎn)(14)的下平面與中間直流場(chǎng)流道溝槽的下平面不在同一個(gè)平面上，支撐點(diǎn)的下平面比中間直流場(chǎng)流道溝槽的下平面低 0. 1-0. 2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有利于改善流體分配的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于所述導(dǎo)流島(1 的形狀是方形、圓形、橢圓形、梯形、三角形和梭形中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的有利于改善流體分配的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于所述導(dǎo)流島(13)形狀的底平面的最長(zhǎng)兩點(diǎn)間的長(zhǎng)度為2. 0-4. 0mm，最寬兩點(diǎn)間的寬度為 0. 8-1. 5mm,高度為 0. 2-0. 4mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的有利于改善流體分配的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于所述導(dǎo)流島(1 形狀中長(zhǎng)寬不相等形狀的導(dǎo)流島(1 的長(zhǎng)度方向與氣流方向一致排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有利于改善流體分配的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于所述支撐點(diǎn)(14)的形狀是圓形、橢圓形、方形、梯形、三角形和梭形中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的有利于改善流體分配的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于所述支撐點(diǎn)(14)形狀的底平面的最長(zhǎng)兩點(diǎn)間的長(zhǎng)度為1.0-3. 0mm，最寬兩點(diǎn)間的寬度為0. 8-1. 5mm,高度為0. 2-0. 4mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6本實(shí)用新型所述的有利于改善流體分配的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于所述支撐點(diǎn)(14)形狀中長(zhǎng)寬不相等形狀的支撐點(diǎn)(14)的長(zhǎng)度方向與氣流方向一致排列。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有利于改善流體分配的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于所述陰、陽(yáng)極單極板的進(jìn)口側(cè)的兩個(gè)頂角處設(shè)有外定位口(09、9)，外定位口(09、 9)與出口側(cè)的兩個(gè)頂角(010、10)組成雙極板組裝外定位結(jié)構(gòu)。
專利摘要有利于改善流體分配的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，由陰、陽(yáng)極單極板對(duì)應(yīng)連接構(gòu)成，陰、陽(yáng)極單極板兩側(cè)設(shè)有三腔公用管道，中部設(shè)直流場(chǎng)流道、分配流道和進(jìn)出口流道，直流場(chǎng)流道由平行的凸起和溝槽組成，分配流道部分由按規(guī)律排布的導(dǎo)流島和反向凸起的支撐點(diǎn)構(gòu)成，陰、陽(yáng)極單極板進(jìn)口側(cè)與出口側(cè)為不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，氣腔公用管道進(jìn)口的面積比出口的面積大0.1-0.5倍。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是分配流道改善了反應(yīng)氣體和冷劑的分配情況，可提高電堆性能，優(yōu)化電堆水管理能力；三腔進(jìn)出口不對(duì)稱設(shè)計(jì)，最大限度節(jié)省了空間；組裝的電堆，可適用電堆平置、側(cè)置和立置操作；電池堆組裝外定位，可避免電池堆發(fā)生扭曲、變形，提高電池堆的平整性。
文檔編號(hào)H01M4/86GK202275888SQ20112029906
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者付宇, 侯中軍, 徐乃濤, 徐洪峰, 明平文, 王紅梅, 竇永香 申請(qǐng)人:新源動(dòng)力股份有限公司