一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分配的燃料電池金屬雙極板的制作方法
【專利摘要】一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分布的燃料電池金屬雙極板，包括布有流場的陽極板和陰極板，陽極板和陰極板均為兩層結(jié)構(gòu)：下層金屬薄板和上層流場板，下層金屬薄板是平板上層流場板為多孔金屬薄板模壓成流道形狀的板，上層流場板置于下層金屬薄板上或固定在下層金屬薄板上。有益效果是；提升流場凸起處對(duì)應(yīng)的膜電極的反應(yīng)氣濃度，提升電極在實(shí)際電堆運(yùn)行過程中的有效面積，大幅度提升電堆的性能和比功率密度；可將流場板及金屬薄板的厚度和重量控制在很低的水平，提高體積比功率和重量比功率；可避免金屬板沖壓過程的缺陷、應(yīng)力等，可靠性高；材料簡單，不需開發(fā)新材料；結(jié)構(gòu)簡單，只在現(xiàn)有燃料電池常規(guī)結(jié)構(gòu)上簡單改進(jìn)即可，不對(duì)電堆組裝和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的影響。
【專利說明】一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分配的燃料電池金屬雙極板
【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.在硬石墨板上通過機(jī)械雕刻出流場的雙極板；2.金屬薄板沖壓出流場的雙極板；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:雙極板流場凸起的臺(tái)階是不透氣的，反應(yīng)氣在流場溝槽內(nèi)流動(dòng)并傳遞到對(duì)應(yīng)的膜電極表面，而通過流場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，無反應(yīng)氣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種強(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:一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分布的燃料電池金屬雙極板，包括布有流場的陽極板和陰極板，其特征在于:所述陽極板和陰極板均為兩層結(jié)構(gòu):下層金屬薄板和上層流場板，所述下層金屬薄板是平板，所述上層流場板為多孔金屬薄板模壓成流道形狀的板，上層流場板置于下層金屬薄板上或固定在下層金屬薄板上。
[0006]本發(fā)明所述一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分布的燃料電池金屬雙極板，其特征在于:所述上層流場板厚度為0.03?0.2mm,上層流場板上的孔的孔徑為0.1?0.5mm,上層流場板上的孔均勻分布。
[0007]本發(fā)明所述一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分布的燃料電池金屬雙極板，其特征在于:
[0008]所述上層流場板為不銹鋼、鈦、鈦合金、鈮和鋯多孔金屬薄板中的一種；多孔金屬薄板表面無鍍層或有導(dǎo)電鍍層。
[0009]本發(fā)明所述一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分布的燃料電池金屬雙極板，其特征在于:所述導(dǎo)電鍍層是金、銀、碳或?qū)щ娀衔镥儗印?br> [0010]本發(fā)明所述一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分布的燃料電池金屬雙極板，其特征在于:所述多孔金屬薄板模壓成流場的流道寬度為0.2?2.0_，流道深度為0.1?2.0mm,凸起處寬度為0.1?1.5mm,凸起處高度為0.1?2.0mm,流場總厚度為0.2?3.0_。
[0011]本發(fā)明所述一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分布的燃料電池金屬雙極板，其特征在于:所述下層金屬薄板厚度0.05?1.5mm,包括不銹鋼、鈦或鈦合金薄板,下層金屬薄板表面無鍍層或有金、銀、碳或?qū)щ娀衔镥儗印?br> [0012]本發(fā)明所述一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分布的燃料電池金屬雙極板，其特征在于:所述上層流場板固定在金屬薄板上是用光纖激光焊接或粘等方式固定。
[0013]本發(fā)明所述一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分布的燃料電池金屬雙極板，其特征在于:所述上層流場板置于金屬薄板上是靠電堆組裝力將上層流場板壓合在金屬薄板上。
[0014]本發(fā)明的燃料電池雙極板上部的多孔流場板起強(qiáng)化反應(yīng)氣分配的作用，同時(shí)仍起到宏觀氣體分配、導(dǎo)出反應(yīng)廢氣和生成水等作用；下部的金屬薄板是保證雙極板阻氣能力的。
[0015]本發(fā)明的有益效果是；
[0016]1、可以顯著提升與流場凸起處對(duì)應(yīng)的膜電極在電堆組裝條件下的反應(yīng)氣濃度，進(jìn)而提升電極在實(shí)際電堆運(yùn)行過程中的有效面積，大幅度提升電堆的性能和比功率密度；
[0017]2、可將流場板及金屬薄板的厚度控制在很低的水平，進(jìn)而降低電堆厚度，提高體積比功率；
[0018]3、可將流場板及金屬薄板的重量控制在很低的水平，進(jìn)而降低電堆重量，提高重量比功率；
[0019]4、材料簡單，采用現(xiàn)有工業(yè)成熟技術(shù)和材料即可，不需開發(fā)新材料；
[0020]5、可避免金屬板沖壓造成的缺陷、應(yīng)力等，可靠性高；
[0021 ] 6、結(jié)構(gòu)簡單，只在現(xiàn)有燃料電池常規(guī)結(jié)構(gòu)上簡單改進(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】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的強(qiáng)化反應(yīng)氣體分配的燃料電池金屬雙極板結(jié)構(gòu)示意圖
[0023]圖中，1.上層流場板；2.下層金屬薄板；3.上層流場板上的孔。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0025]強(qiáng)化反應(yīng)氣體分布的燃料電池金屬雙極板包括布有流場的陽極板和陰極板，陽極板和陰極板均為兩層結(jié)構(gòu):下層金屬薄板2和上層流場板1，下層金屬薄板2是平板，上層流場板I為多孔金屬薄板模壓成流道形狀的板，上層流場板I置于下層金屬薄板2上或固定在下層金屬薄板2上。
[0026]實(shí)施例1:
[0027]上層流場板I由多孔金屬薄板模壓成流道形狀；金屬材質(zhì)為鈦合金，表面鍍金處理；多孔金屬薄板厚度0.05mm,板上孔尺寸Φ0.2mm,相鄰孔圓心間距0.3mm ;沖壓成流場后，流道寬度0.3_，流道深度0.3mm,凸起處寬度0.3mm,凸起處高度0.3_，流場總體厚度
0.35mm。下層金屬薄板厚度0.08mm,材質(zhì)為鍍金鈦合金板。下層金屬薄板2和上層流場板I之間通過光纖激光焊接結(jié)合。實(shí)施例2:
[0028]上層流場板I由多孔金屬薄板模壓成流道形狀；金屬網(wǎng)材質(zhì)為316L不銹鋼，表面鍍有碳層；316L不銹鋼板厚度0.1mm,板上孔尺寸0.1mm,相鄰孔圓心間距0.3mm ;沖壓成流場后，流道寬度0.4_，流道深度0.2mm,凸起處寬度0.1mm,凸起處高度0.2_，流場總體厚度0.3mm,下層金屬薄2厚度0.1mm,材質(zhì)為316L不銹鋼,表面鍍碳層。下層金屬薄板2和上層流場板I之間靠電堆組裝力壓合。
【權(quán)利要求】
1.一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分布的燃料電池金屬雙極板，包括布有流場的陽極板和陰極板，其特征在于:所述陽極板和陰極板均為兩層結(jié)構(gòu):下層金屬薄板(2)和上層流場板(1)，所述下層金屬薄板(2)是平板，所述上層流場板(I)為多孔金屬薄板模壓成流道形狀的板，上層流場板(I)置于下層金屬薄板(2)上或固定在下層金屬薄板(2)上。
2.權(quán)利要求1所述一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分布的燃料電池金屬雙極板，其特征在于:所述上層流場板(I)厚度為0.03?0.2mm，上層流場板上的孔(3)的孔徑為0.1?0.5mm，上層流場板上的孔(3)均勻分布。
3.權(quán)利要求2所述一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分布的燃料電池金屬雙極板，其特征在于:所述上層流場板(I)為不銹鋼、鈦、鈦合金、鈮和鋯多孔金屬薄板中的一種；多孔金屬薄板表面無鍍層或有導(dǎo)電鍍層。
4.權(quán)利要求3所述一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分布的燃料電池金屬雙極板，其特征在于:所述導(dǎo)電鍍層是金、銀、碳或?qū)щ娀衔镥儗印?br> 5.權(quán)利要求1所述一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分布的燃料電池金屬雙極板，其特征在于:所述多孔金屬薄板模壓成流場的流道寬度為0.2?2.0_，流道深度為0.1?2.0mm,凸起處寬度為0.1?1.5mm,凸起處高度為0.1?2.0mm,流場總厚度為0.2?3.0_。
6.權(quán)利要求1所述一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分布的燃料電池金屬雙極板，其特征在于:所述下層金屬薄板(2)厚度0.05?1.5mm,包括不銹鋼、鈦或鈦合金薄板,下層金屬薄板(2)表面無鍍層或有金、銀、碳或?qū)щ娀衔镥儗印?br> 7.權(quán)利要求1所述一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分布的燃料電池金屬雙極板，其特征在于:所述上層流場板(I)固定在下層金屬薄板(2)上是用光纖激光焊接或粘接方式固定。
8.權(quán)利要求1所述一種強(qiáng)化反應(yīng)氣體分布的燃料電池金屬雙極板，其特征在于:所述上層流場板(I)置于下層金屬薄板(2)上是靠電堆組裝力將上層流場板(I)壓合在下層金屬薄板(2)上。
【文檔編號(hào)】H01M8/02GK103633337SQ201310667237
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】侯中軍, 付宇, 明平文 申請人:新源動(dòng)力股份有限公司