一种燃料电池金属双极板制造技术

本实用新型专利技术涉及一种燃料电池金属双极板。包括：阳极板、阴极板、密封垫B、密封垫C；其中，阳极板与阴极板之间设有密封垫B、密封垫C，并且阴极板由阴极支撑板与阴极导流板层叠构成，阴极导流板朝向阳极板，并且阴极导流板是由阴极流场槽与阴极流场脊依次交错排列构成，阴极流场槽凸出于阴极流场脊，阴极流场脊上设有圆孔，阴极流场槽的侧面上开设有斜向栅格。上述的双极板结构能够有效提高催化层表面的反应气体供给，提高电池性能。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池金属双极板
本技术涉及一种燃料电池金属双极板，属于质子交换膜燃料电池

技术介绍
氢能是公认的清洁能源，具有“能量密度高、零排放、效率高、来源广、可再生”的特点，符合环保和可持续发展的要求。而氢能源产业向来被誉为“没有天花板的产业”，产业链巨大，涉及面广，对相关产业和经济发展有巨大带动性。氢的获取不仅可以通过可再生能源制备，也可以借助传统能源低碳化技术制取，氢能获取方式的技术革命有助于推动我国传统能源企业的跨越式发展，实现化石能源清洁化与清洁能源规模化愿景。随着国家对清洁能源的日益重视，我国开始加大对氢燃料电池领域的规划和支持力度，政策出台也越来越集中。2019年，氢能源发展首次进入政府工作报告，燃料电池成为我国新能源战略重要一极。在技术破冰、国家支持政策非常明确的情况下，各地方支持政策、配套措施持续跟进。燃料电池作为氢能产业链条的核心应用环节，其技术可靠度决定了氢能产业的进程，经过多年发展，我国燃料电池技术获得长足进步，但在产业化方面还存在不足之处，如燃料电池电流密度偏低、燃料电池寿命有待提高等。燃料电池的流场由槽与脊构成，气体进入流场槽后在扩散作用下进入气体扩散层后到达催化层表面参与反应，而气体由流场槽到达流场脊所对应的催化层表面所经历的路程较长，不利于提高燃料电池的电流密度及其分布均匀性，特别是在高电流密度下，流场脊所对应的催化层表面的反应气体供给不足，不利于提高燃料电池的性能。另外，流场脊处的反应生成水也不易排出，易于造成水淹，影响燃料电池的寿命。另外，目前PEMFC发动机的耐久性与预期有一定的差距。其中，PEMFC电堆（又名“氢燃料电池堆”，简称“电堆”）的寿命是影响PEMFC发动机的耐久性的重要因素，而电堆的密封性能是影响电堆寿命的关键因素之一。氢燃料电池堆是由多个单体电池以串联方式层叠组合而成。单体电池电极连接时，必须要有严格的密封，密封不良会导致氢气泄露，降低氢的使用率，影响氢燃料电池堆的效率，严重时会导致电池无法工作，影响电堆寿命。特别是高压高功率密度氢燃料电池堆具有进气压力大的特点，对气体密封的要求更为严格。从密封结构来看，质子交换膜燃料电池为多层结构，每一层中均包含能够独立进行电化学反应的物质输送流道，为了防止反应物氢气、空气及冷却液泄露，层与层之间设计有相应的密封结构，密封结构的可靠性直接决定了燃料电池的使用寿命。目前，国内主流的密封工艺有点胶密封与预制成形密封。对于点胶密封工艺，是采用点胶机在双极板表面进行点胶，固化后的胶条有高低的误差（双极板上胶条的最高点与最低点差值＞50μm），特别是点胶节点与起始点很难处理，一方面容易导致双极板气密性不能合格，影响电堆的正常运行，另一方面由于胶条有高低的误差，影响气体扩散层的压缩量的均匀性，从而影响电堆的寿命。采用预制成形（密封垫片）密封是指在双极板上安装硅橡胶密封垫片并与膜电极边框进行挤压密封，目前的预制成形密封垫片与双极板的一体化操作过程繁琐，效率不高，且难以实现连续化与自动化。
技术实现思路
本技术第一个目的是提供了一种新的双极板结构，能够有效提高催化层表面的反应气体供给，提高电池性能。本技术的另一个目的是根据目前预制成形密封方法的缺点进行技术创新，提出了一种简单、高效、高精度、成本低廉、易于实现连续化与自动化的燃料电池密封方法。本技术的第一个方面，提供了：一种燃料电池金属双极板，包括：阳极板、阴极板、密封垫B、密封垫C；其中，阳极板与阴极板之间设有密封垫B、密封垫C，并且阴极板由阴极支撑板与阴极导流板层叠构成，阴极导流板朝向阳极板，并且阴极导流板是由阴极流场槽与阴极流场脊依次交错排列构成，阴极流场槽凸出于阴极流场脊，阴极流场脊上设有圆孔，阴极流场槽的侧面上开设有斜向栅格。在一个实施方式中，阳极板的一端设有阳极进气公用通道和阳极气体进口，另一端设有阳极尾排公用通道和阳极气体出口，阳极进气公用通道和阳极气体进口相连通，用于向阳极板中供入氢气；阳极尾排公用通道和阳极气体出口相连通，用于排出反应后的气体。在一个实施方式中，阳极板的上部还设有密封垫A，密封垫A的两端设有开孔，使阳极气体进口、阳极流场和阳极气体出口连通。在一个实施方式中，阳极板的中部为阳极流场。在一个实施方式中，密封垫B、密封垫C内部为中空结构，所述的阳极进气公用通道与阳极气体进口通过密封垫B相连通，所述的阳极尾排公用通道与阳极气体出口通过密封垫C相连通。在一个实施方式中，阴极板上还设有空气入口和空气出口。在一个实施方式中，斜向栅格的结构包括多片隔板，隔板的平面与阴极流场槽侧面的平面方向呈30-60°夹角，并且隔板的平面与阴极板所在的平面方向呈30-60°夹角。在一个实施方式中，密封垫B、密封垫C与阳极板和阴极板之间通过胶连接。在一个实施方式中，密封垫A与阳极板之间通过胶连接。在一个实施方式中，阳极流场为平行流场、蛇形流场或点状流场。在一个实施方式中，所述的阴极流场脊的脊宽为1-4mm；圆孔的直径为0.5-3.5mm，孔距为1-4mm。在一个实施方式中，所述的阴极流场槽的槽深为1-4mm，槽宽为1-4mm，隔板的间距为1-4mm。在一个实施方式中，阳极板、阴极支撑板与阴极导流板的材质为不锈钢、钛、钛合金、铝、镍或者铜。在一个实施方式中，所述的密封垫A与阳极板之间的连接加工是通过治具进行加工得到。本技术的第二个方面，提供了：一种燃料电池双极板制造治具，包括：第一治具，为板状，且其一个表面分为第一区域和第二区域，第二区域的形状与所需要加工的密封垫的形状相同，第一区域和第二区域中都分布有细孔；第一治具上还设有第一接口和第二接口，第一区域中的细孔与第一接口相连通，第二区域中的细孔与第二接口相连通；第二治具，为板状，在其一个表面上分布有细孔，细孔组成的区域的形状与所需要加工的密封垫的形状相同，第二治具上还设有第三接口，第三接口与第二治具上的细孔相连通；第三治具，为板状，在其一个表面分布有细孔，第三治具上还设在第四接口，第四接口与第三治具上的细孔相连通。在一个实施方式中，所述的第一接口与第二接口位于第一治具的侧面。在一个实施方式中，所述的第三接口位于第二治具的侧面。在一个实施方式中，所述的第四接口位于第三治具的侧面。在一个实施方式中，还包括：负压抽吸设备，用于对第一接口、第二接口、第三接口和第四接口进行抽负压操作。在一个实施方式中，还包括：切割装置，用于对位于第一治具上的密封垫进行切割加工操作。本技术的第三个方面，提供了：一种燃料电池双极板制造方法，包括以下步骤：步骤，将初始密封垫放置于第一治具的表面，并通过第一接口、第二接口进行吸真空使初始密封垫贴合在第一治具的表面，然后按照所需要加工的密封垫的形状将初始密封垫裁切得到第二密封垫；步骤，将第二治具上有细孔的一面压到第步得到的第一治具上有第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池金属双极板，其特征在于，包括：阳极板（1）、阴极板（3）、密封垫B（4）、密封垫C（5）；其中，阳极板（1）与阴极板（3）之间设有密封垫B（4）、密封垫C（5），并且阴极板（3）由阴极支撑板（12）与阴极导流板（11）层叠构成，阴极导流板（11）朝向阳极板（1），并且阴极导流板（11）是由阴极流场槽（14）与阴极流场脊（13）依次交错排列构成，阴极流场槽（14）凸出于阴极流场脊（13），阴极流场脊（13）上设有圆孔（16），阴极流场槽（14）的侧面上开设有斜向栅格（15）。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池金属双极板，其特征在于，包括：阳极板（1）、阴极板（3）、密封垫B（4）、密封垫C（5）；其中，阳极板（1）与阴极板（3）之间设有密封垫B（4）、密封垫C（5），并且阴极板（3）由阴极支撑板（12）与阴极导流板（11）层叠构成，阴极导流板（11）朝向阳极板（1），并且阴极导流板（11）是由阴极流场槽（14）与阴极流场脊（13）依次交错排列构成，阴极流场槽（14）凸出于阴极流场脊（13），阴极流场脊（13）上设有圆孔（16），阴极流场槽（14）的侧面上开设有斜向栅格（15）。


2.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板，其特征在于，阳极板（1）的一端设有阳极进气公用通道（6）和阳极气体进口（8），另一端设有阳极尾排公用通道（7）和阳极气体出口（9），阳极进气公用通道（6）和阳极气体进口（8）相连通，用于向阳极板（1）中供入氢气；阳极尾排公用通道（7）和阳极气体出口（9）相连通，用于排出反应后的气体。


3.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板，其特征在于，阳极板（1）的上部还设有密封垫A（2），密封垫A（2）的两端设有开孔，使阳极气体进口（8）、阳极流场（10）和阳极气体出口（9）连通。


4.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板，其特征在于，阳极板（1）的中部为阳极流场（10）。


5.根据权利要求2所述的燃料电池金属双极板...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凤银，陈莉，周嵬，王洁，宋羽飞，周川，
申请(专利权)人：南京攀峰赛奥能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32