一种液流电池或燃料电池用金属极板制造技术

本实用新型专利技术涉及一种液流电池或燃料电池用金属极板，包括金属阴极板和金属阳极板，所述的金属阴极板正面的流道区域刻有空气流道，金属阴极板反面流道区域刻有冷却水流道，所述的金属阳极板的正面流道区域设有氢气流道，反面流道区域呈平整平面，金属阴极板反面与金属阳极板反面贴合并组成所述金属双极板时，冷却水流道与金属阳极板反面封合形成供冷却水流动的腔体。与现有技术相比，本实用新型专利技术的金属双极板加工方便，密封性能好，不易发生泄漏，气体流道与冷却液流道的流场均一等。

A metal plate for a liquid - flow battery or fuel cell

The utility model relates to a flow battery or fuel cell with metal plates, including metal plate and metal cathode anode plate, the channel region of the front of the metal cathode plate with air channel, reverse flow region of the metal cathode plate with cooling water passage, positive flow region of the metal anode plate is arranged in the hydrogen channel. The opposite channel area is a flat surface, the metal cathode plate and anode plate opposite opposite metal adhered and components of the metal bipolar plate, cooling water passage and a metal anode plate opposite sealing cavity is formed for cooling water flow. Compared with the existing technology, the metal bipolar plate of the utility model has the advantages of convenient processing, good sealing performance and no leakage, and the flow field of the gas passage and the cooling liquid flow channel is uniform.

【技术实现步骤摘要】
一种液流电池或燃料电池用金属极板
本技术涉及一种金属极板，尤其是涉及一种液流电池或燃料电池用金属极板。
技术介绍
液流电池、燃料电池等需要流体参与的发电装置均包括正负极材料、电解质隔膜和供应反应物质和冷却液流体的极板。极板的成本、性能与耐久性极大地影响着液流电池和燃料电池的商业化推广与应用。液流电池按变价元素体系的不同，可以分为如全钒、全铬、全铁、钛-铁、铬-铁、钒-铈，以及钒-溴等多种类型，但均需要通过将包含不同价态的阴阳离子的溶液通过极板上的流道分别引入正极和负极，发生电化学反应进行充放电。液流电池正/负极电对电位差大，可逆性好，副反应小，溶解度高且稳定，易于制备，价格便宜，环境友好，腐蚀性小。如果能大幅降低离子交换膜和极板等关键材料与部件的制造成本，其在储能领域将有着广阔的应用前景，非常适于大规模的风能、太阳能、潮汐能等可再生能源的规模开发与利用。在新能源的推广应用、实现稳定供电方面具备重要意义。燃料电池又包括直接甲醇燃料电池(DMFC)、氢/空(氧)燃料电池(PEFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、磷酸燃料电池(PAFC)等多种类型。燃料电池以空气或纯氧作为氧化剂，以甲醇、氢气、甲烷和肼等作为燃料，分别在电池的正极和负极发生电化学反应，从而得到电能。因其能量转换效率高、清洁无污染、功率密度高等优点，越来越受到各国政府、能源企业和汽车制造厂商的重视，纷纷开发基于PEMFC的移动电源、发电装置、各种类型的发电站和车用发动机。液流电池和燃料电池同样需要极板导入液态或气态的反应物质，在某些低温燃料电池中还需要导入冷却介质。作为液流电池和燃料电池的重要组成部件，极板占据了其超过60％的重量，以及整个电堆30％以上的成本。因此，降低极板的成本对于液流电池和燃料电池的商业化推广和应用也具有深远的意义。极板的功能主要有：(1)收集反应产生的电流并将其从一个单电池的阳极传导到下一个单电池的阴极；(2)分隔氧化剂和还原剂，并在正极和负极表面均匀地分配反应剂；(3)排出生成产物；(4)如有必要，引入冷却介质，确保电堆的温度稳定，并分布均匀；(5)分隔并支撑液流电池或燃料电池中的各组电解质和催化剂。为了达到上述要求，液流电池和燃料电池的极板必须具有以下要求：(1)高的导电性，以更有效地传导电子；(2)良好的密封性，来阻隔相邻单电池之间的反应物质；(3)抗腐蚀性；(4)较好的抗弯强度和抗压强度；(5)低的制造成本。因此，极板的研究进展对于提升发电装置的比功率密度、降低其制造成本作用显著，对整个液流电池和燃料电池的产业化都具有重要影响，这使得关于极板的材料和加工工艺的研究成为国内外的热点。极板的材料双极板材料大致可分为如下几类：纯石墨材料、聚合物/导电填料复合材料、碳/碳复合材料、金属材料等。石墨具有优良的导电性和耐腐蚀性，但纯石墨材料本身成本较高，且其质脆，加工难度大，这限制了其大规模的应用。由于金属具有导电性好、电化学活性高、机械性能优良等特点，传统上常用金属作为电极材料。能作为液流电池和燃料电池的双极板金属材料包括：金、铅、钛、钛基铂、不锈钢、铝和镍基合金等。由于阴阳极反应物的分布以及压降对电池的影响较大，这两个因素成为极板流道的设计与加工时的重要考量。现有的往往极易发生泄漏、气体流道与冷却液流道的流场不均一等现象。中国专利201510175055.9公开了一种燃料电池的金属极板，具有第一表面和第二表面，第一表面上具有冲压形成有并行的第一流道，第二表面上的第一流道的底部位置处冲压形成的并行的第二流道，在第二表面上，相邻两个第一流道之间具有冷却流场流道，冷却流场流道与第一流道的延伸方向一致，第二流道与第一流道交叉设置，第二流道连通相邻两个冷却流场流道，且第二流道的深度小于第一流道的深度，相邻两个第一流道的底部的第二流道在第一流道的延伸方向上错开设置。由于上述专利中的冷却流场流道和第一流道加工在同一侧面上，当分隔两种流道的脊梁发生磨损时，很容易发生两种流道内流通的流体混合的风险。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种液流电池或燃料电池用金属极板。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种液流电池或燃料电池用金属双极板，包括金属阴极板和金属阳极板，所述的金属阴极板正面流道区域刻有空气流道，金属阴极板反面流道区域刻有冷却水流道，且所述金属阴极板的上下两端位置分别设有并排贯通的第一氢气共用通道、第一水共用通道和第一空气共用通道，所述的金属阳极板的正面流道区域设有氢气流道，反面流道区域呈平整平面，所述金属阳极板的上下两端位置也并排贯穿设有第二氢气共用通道、第二水共用通道和第二空气共用通道，金属阴极板反面与金属阳极板反面贴合并组成所述金属双极板，此时，冷却水流道与金属阳极板反面封合形成供冷却水流动的腔体，所述的第一氢气共用通道、第一水共用通道和第一空气共用通道分别与所述第二氢气共用通道、第二水共用通道和第二空气共用通道对接连通。作为优选的实施方案，所述的金属阴极板和金属阳极板形状尺寸一致，且所述金属阴极板的正反两面以及金属阳极板的正面上设有分别围绕所述流道区域，第一氢气共用通道、第一水共用通道和第一空气共用通道，以及第二氢气共用通道、第二水共用通道和第二空气共用通道的密封槽。作为更优选的实施方案，所述的金属阴极板和金属阳极板在四个端点处还设有贯通的定位孔，金属阴极板和金属阳极板贴合时，对应位置的定位孔连通定位。作为优选的实施方案，所述金属阴极板和金属阳极板上的空气通道、冷却水流道和氢气流道通过刻蚀加工而成，且所述空气流道、冷却水流道和氢气流道的两侧边上宽下窄。作为优选的实施方案，所述的空气流道、冷却水流道和氢气流道的槽深为0.4mm以上。作为优选的实施方案，所述的空气流道、冷却水流道和氢气流道的槽深与槽宽的比例＝0.7～0.9:1。作为优选的实施方案，不同的金属双极板堆叠后串联组成燃料电池堆。与现有技术相比，本技术具有以下优点：(1)通过在金属阴极板的正反面分别刻蚀空气流道和冷却水流道，在金属阳极板的正面刻蚀氢气流道，反面不加工任何流道，这样，在金属阴极板和金属阳极板贴合组成双极板时，燃料、氧化剂及冷却介质等流体在双极板上输送时可明显区分开来，避免了在同一侧刻蚀多种流道而带来的因磨损而产生的泄露互混的风险。(2)在金属阴极板和金属阳极板的流道刻蚀区域、以及共用通道等外围还设有密封槽，在金属极板贴合组成双极板时，可在密封槽内放置与其形状尺寸密封的密封圈，进而可给流道区域提供一个相对密封的环境，不易发生燃料、氧化剂及冷却介质等流体泄漏互混的问题。(3)定位孔的设置便于更好定位堆叠金属双极板。(4)相比于一般的圆形或矩形流道，梯形流道加工更为简单，同时，梯形流道自身具有大截面和变截面的结构特点，当同样流道的流体流过梯形流道时，基于流体流动特点，流体的内部流速分布更为均匀，即流场更均一。(5)蚀刻加工的流道槽深足够可以降低电化学反应过程中燃料、氧化剂及冷却介质等流体的流动阻力，同时，足够的槽深和槽宽比则可以保证流体与金属阴极板或金属阳极板有良好的接触面积等。附图说明图1为本技术的金属阴极板的剖视示意图；图2为本技术的金属阴极板的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液流电池或燃料电池用金属极板，包括金属阴极板和金属阳极板，其特征在于，所述的金属阴极板正面的流道区域刻有空气流道，金属阴极板反面流道区域刻有冷却水流道，且所述金属阴极板的上下两端位置分别设有并排贯通的第一氢气共用通道、第一水共用通道和第一空气共用通道，所述的金属阳极板的正面流道区域设有氢气流道，反面流道区域呈平整平面，所述金属阳极板的上下两端位置也并排贯穿设有第二氢气共用通道、第二水共用通道和第二空气共用通道，金属阴极板反面与金属阳极板反面贴合并组成所述金属双极板，此时，冷却水流道与金属阳极板反面封合形成供冷却水流动的腔体，所述的第一氢气共用通道、第一水共用通道和第一空气共用通道分别与所述第二氢气共用通道、第二水共用通道和第二空气共用通道对接连通。

【技术特征摘要】
1.一种液流电池或燃料电池用金属极板，包括金属阴极板和金属阳极板，其特征在于，所述的金属阴极板正面的流道区域刻有空气流道，金属阴极板反面流道区域刻有冷却水流道，且所述金属阴极板的上下两端位置分别设有并排贯通的第一氢气共用通道、第一水共用通道和第一空气共用通道，所述的金属阳极板的正面流道区域设有氢气流道，反面流道区域呈平整平面，所述金属阳极板的上下两端位置也并排贯穿设有第二氢气共用通道、第二水共用通道和第二空气共用通道，金属阴极板反面与金属阳极板反面贴合并组成所述金属双极板，此时，冷却水流道与金属阳极板反面封合形成供冷却水流动的腔体，所述的第一氢气共用通道、第一水共用通道和第一空气共用通道分别与所述第二氢气共用通道、第二水共用通道和第二空气共用通道对接连通。2.根据权利要求1所述的一种液流电池或燃料电池用金属极板，其特征在于，所述的金属阴极板和金属阳极板形状尺寸一致，且所述金属阴极板的正反两面以及金属阳极板的正面上设有分别围绕所述流道区域，第一氢气共用通道、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨代军，李冰，张存满，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：新型
国别省市：上海,31