一種優化反應氣體分配的高集成度燃料電池雙極板的制作方法
【專利摘要】一種優化反應氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，極板為兩層結構，下層是沖壓有流道的金屬板，上層是網狀多孔流場板，網狀多孔流場板是平板，網狀多孔流場板置于沖壓有流道的金屬板上組成陽極板或陰極板。有益效果是：可以顯著提升與流場凸起處對應的膜電極在電堆組裝條件下的反應氣濃度，大幅提高電極的有效面積，進而大幅提升電堆的功率輸出和比功率密度；多孔流場在電極碳紙微觀尺寸孔隙和金屬板宏觀尺寸流道間形成過度，利于反應生成液態水的排出，簡化了燃料電池水管理；材料簡單，不需開發新材料；結構簡單，只在現有燃料電池常規結構上簡單改進即可，不對電堆組裝和結構產生大的影響。
【專利說明】一種優化反應氣體分配的高集成度燃料電池雙極板
【技術領域】
[0001]本發明屬于燃料電池【技術領域】，尤其涉及適于高電流密度運行的燃料電池雙極板。
【背景技術】
[0002]質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]現有技術的雙極板的缺點是:與雙極板流場凸起處對應的膜電極上的反應氣濃度很小，這部分電池面積對整體性能的貢獻很小，影響電池性能的有效提升。造成這一缺點的原因是:雙極板流場凸起的臺階是不透氣的，反應氣在流場溝槽內流動并傳遞到對應的膜電極表面，而通過流場凸起處的膜電極在電堆緊固力作用下發生形變導致該處的反應氣濃度很低，甚至被液態水堵塞，無反應氣。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供提供一種強化反應氣體分布的燃料電池雙極板，克服現有雙極板的缺點。
[0005]本發明的技術方案是:一種優化反應氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，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構，下層是沖壓有流道的金屬板，上層是網狀多孔流場板，網狀多孔流場板是平板，網狀多孔流場板置于沖壓有流道的金屬板上組成陽極板或陰極板。
[0006]本發明所述一種優化反應氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，其特征在于:所述網狀多孔流場板是金屬網材料或非金屬網材料制成的厚度0.1?0.8mm的多孔板，所述金屬網材料為泡沫鎳、不銹鋼網、鈦網或鈦合金網，所述非金屬網材料是非金屬網鍍金、銀或碳的網材料。
[0007]本發明所述一種優化反應氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，其特征在于:所述沖壓有流道的金屬板為不銹鋼、鈦或鈦合金板，板厚為0.05?1.5mm，沖壓成型后，流道寬度0.2?2.Ctam,流道深度0.1?2.Ctam,凸起處寬度0.1?1.5臟,總體厚度0.2?3.0臟。
[0008]本發明所述一種優化反應氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，其特征在于:所述沖壓有流道的金屬板表面無鍍層或有金、銀或碳鍍層。
[0009]本發明所述一種優化反應氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，其特征在于:所述多孔流場板置于沖壓有流道的金屬板上組成陽極板或陰極板，沖壓有流道的金屬板嵌入網狀多孔流場板0?0.3mm。
[0010]本發明的雙極板，上部的多孔流場板起強化反應氣分配的作用，保證膜電極表面各部位均有一定濃度的反應氣體；下部的金屬薄板具有保證雙極板的阻氣能力，同時起到宏觀氣體分配、導出反應廢氣和生成水等作用。[0011]本發明的有益效果是；
[0012]1.可以顯著提升與流場凸起處對應的膜電極在電堆組裝條件下的反應氣濃度，大幅提聞電極的有效面積，進而大幅提升電堆的功率輸出和比功率密度；
[0013]2.多孔流場在電極碳紙微觀尺寸孔隙和金屬板宏觀尺寸流道間形成過度，利于反應生成液態水的排出，簡化了燃料電池水管理；
[0014]3.材料簡單，不需開發新材料；結構簡單，只在現有燃料電池常規結構上簡單改進即可，不對電堆組裝和結構產生大的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1.本發明的雙極板結構示意圖
[0016]圖2.沖壓金屬板嵌入多孔流場板的雙極板結構示意圖
[0017]附圖中，1.金屬板；2.網狀多孔流場板，
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
[0019]優化反應氣體分配的高集成度燃料電池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構，下層是沖壓有流道的金屬板1，上層是網狀多孔流場板2，網狀多孔流場板2是平板，網狀多孔流場板2置于沖壓有流道的金屬板I上組成陽極板或陰極板。
[0020]實施例1:
[0021]上部的網狀多孔流場板2材質為鍍金泡沫鎳,厚度0.3mmo下部的金屬板I為厚度
0.08mm的鍍金鈦合金板；鍍金鈦合金板沖壓成型后，流道寬度0.8mm,流道深度0.3mm,凸起處寬度0.8mm,總體厚度0.38mm。直接將下部的金屬板I和上部的網狀多孔流場板2疊放在一起，組裝電池或電堆前，金屬板沒有嵌入網狀多孔流場板，兩者靠電池或電堆組裝力實現接觸。
[0022]實施例2:
[0023]上部的網狀多孔流場板2材質為鍍碳的不銹鋼網，厚度0.5mm。下部的金屬板I為厚度0.1mm的鍍碳316L不銹鋼板；不銹鋼板沖壓成型后，流道寬度0.4mm,流道深度0.3mm,凸起處寬度0.4mm,總體厚度0.4_。將下部的金屬板I和上部的網狀多孔流場板疊放在一起，在0.1MPa下通過壓機將金屬板嵌入網狀多孔流場板20.1mm。組裝電池或電堆時，與膜電極等電堆部件一并組裝。
【權利要求】
1.一種優化反應氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，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構，下層是沖壓有流道的金屬板(1)，上層是網狀多孔流場板(2)，網狀多孔流場板(2)是平板，網狀多孔流場板(2)置于沖壓有流道的金屬板(I)上組成陽極板或陰極板。
2.根據權利要求1所述一種優化反應氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，其特征在于:所述網狀多孔流場板(2)是金屬網材料或非金屬網材料制成的厚度0.1?0.8mm的多孔板，所述金屬網材料為泡沫鎳、不銹鋼網、鈦網或鈦合金網，所述非金屬網材料是非金屬網鍍金、銀或碳的網材料。
3.根據權利要求1所述一種優化反應氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，其特征在于:所述沖壓有流道的金屬板(I)為不銹鋼、鈦或鈦合金板，板厚為0.05?1.5mm,沖壓成型后，流道寬度0.2?2.0mm,流道深度0.1?2.0mm,凸起處寬度0.1?1.5mm,總體厚度0.2 ?3.0mm。
4.根據權利要求1所述一種優化反應氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，其特征在于:所述沖壓有流道的金屬板(I)表面無鍍層或有金、銀或碳鍍層。
5.根據權利要求1所述一種優化反應氣體分配的高集成度燃料電池雙極板，其特征在于:所述網狀多孔流場板(2)置于沖壓有流道的金屬板(I)上組成陽極板或陰極板，沖壓有流道的金屬板(I)嵌入網狀多孔流場板(2) 0?0.3mm。
【文檔編號】H01M8/02GK103618091SQ201310642856
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月2日 優先權日:2013年12月2日
【發明者】侯中軍, 付宇, 明平文 申請人:新源動力股份有限公司