一種質子交換膜燃料電池用金屬雙極板的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電池技術領域，尤其涉及一種質子交換膜燃料電池用金屬雙極板。
【背景技術】
[0002]燃料電池是通過電催化反應將氧化劑和還原劑的化學能直接轉換成電能的裝置，是一種高效、安全、清潔、靈活的新型發電技術。其中的質子交換膜燃料電池因其具有效率高、能量密度大、反應溫度低、無噪音、無污染等顯著優點而在地面發電站、電動車和便攜式電源等方面具有廣泛的應用前景。燃料電池內部主要由質子交換膜、電化學反應催化劑、擴散層和雙極板組成。當燃料電池工作時，其內部發生下述反應過程:反應氣體在擴散層內擴散，當反應氣體到達催化層時，在催化層內被催化劑吸附并發生電催化反應；陽極反應生成的質子通過質子交換膜內傳遞到陰極側，電子經外電路到達陰極，同氧分子反應結合成水，同時放出熱量。電極反應為:
[0003]陽極(負極):H2— 2H++2e
[0004]陰極(正極):l/202+2H++2e— H20
[0005]電池反應:Η2+1/202— H20
[0006]常見的金屬雙極板設計如專利:201410051270.5、201410054586.X、201010288866.9，陽極單極板和陰極單極板的流道是鏡像設計的，即雙極板一側的凹槽和另外一側的凹槽相接觸，雙極板一側的凸起和另外一側的凸起相離開，中間形成通道流通冷卻液，此種結構設計，使得雙極板的高度較高，進而使得燃料電池的體積較大，從而降低了燃料電池的體積比功率。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種能夠有效降低雙極板高度，進而有效減少燃料電池體積，提高燃料電池體積比功率的金屬雙極板。
[0008]為達此目的，本發明采用以下技術方案:
[0009]一種質子交換膜燃料電池用金屬雙極板，包括相互配合的陽極單極板和陰極單極板，所述陽極單極板一側的凸起與所述陰極單極板一側的凹槽相配合，配合后的凹槽和凸起之間設置有便于冷卻液流通的間隙。
[0010]其中，還包括設置在所述陽極單極板和陰極單極板之間的冷卻液流場密封膠層。
[0011]其中，還包括分別涂覆于裝配后的陽極單極板和陰極單極板另一側的陽極單極板密封膠層和陰極單極板密封膠層。
[0012]其中，所述陽極單極板和陰極單極板采用不銹鋼板材一體沖壓而成，且所述陽極單極板和陰極單極板的板厚均大于0.05mm小于0.3_。
[0013]其中，所述陽極單極板和陰極單極板上分別設置有燃料進口和燃料出口、氧化劑進口和氧化劑出口、冷卻液進口和冷卻液出口、以及流道。
[0014]其中，所述陽極單極板和陰極單極板的兩端分別設置有用于使進入的燃料、氧化劑形成紊流且均勻地分配到流道內的凹凸點，以及使得離入口處較遠距離的流道也能分配到足夠的燃料的導向筋。
[0015]其中，所述陽極單極板和陰極單極板的另一側分別設置有提高導電性能的鍍金層O
[0016]其中，所述間隙設置于所述凹槽的底部和所述凸起的頂部之間。
[0017]本發明的有益效果:本發明包括相互配合的陽極單極板和陰極單極板，所述陽極單極板一側的凸起與所述陰極單極板一側的凹槽相配合，配合后的凹槽和凸起之間設置有便于冷卻液流通的間隙。凸起和凹槽相配合，能夠有效降低雙極板高度，進而有效減少燃料電池體積，凸起和凹槽之間的間隙設置，能夠有利于冷卻液的流動，本發明有效降低雙極板尚度，進而有效減少燃料電池體積，提尚燃料電池體積比功率。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明一種質子交換膜燃料電池的剖面圖。
[0019]圖2是圖1中金屬雙極板的分解圖。
[0020]圖3是陽極單極板的軸測圖。
[0021]圖4是陰極單極板的軸測圖。
[0022]圖中:1.后端金屬板、311.陽極催化劑層、312.質子交換膜、313.陰極催化劑層、
4.陽極單極板、42.導向筋、43.凹凸點、5.陰極單極板、51.間隙、7.前端金屬板、8.單極板密封膠層、9.陰極單極板密封膠層。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發明的技術方案。
[0024]如圖1至圖4所示，一種質子交換膜燃料電池用金屬雙極板，包括相互配合的陽極單極板4和陰極單極板5，所述陽極單極板4 一側的凸起與所述陰極單極板5 —側的凹槽相配合，配合后的凹槽和凸起之間設置有便于冷卻液流通的間隙51，所述間隙51設置于所述凹槽的底部和所述凸起的頂部之間。
[0025]進一步優選的，還包括設置在所述陽極單極板4和陰極單極板5之間的冷卻液流場密封膠層10，分別涂覆于裝配后的陽極單極板4和陰極單極板5另一側的陽極單極板密封膠層8和陰極單極板密封膠層9。
[0026]進一步優選的，所述陽極單極板4和陰極單極板5采用不銹鋼板材一體沖壓而成，且所述陽極單極板4和陰極單極板5的板厚大于0.1mm小于0.2_。
[0027]進一步優選的，所述陽極單極板4和陰極單極板5上分別設置有燃料進口和燃料出口、氧化劑進口和氧化劑出口、冷卻液進口和冷卻液出口、以及流道。陽極單極板和陰極單極板的流道設計成同向而非鏡像，將陽極單極板和陰極單極板對齊壓合，使用硅膠粘結，形成雙極板，在雙極板的兩面涂覆密封膠，此種金屬雙極板比鏡像流道疊加結合的雙極板高度更小，可以使電池的體積比功率值更大。
[0028]進一步優選的，所述陽極單極板4和陰極單極板5的兩端分別設置有用于使進入的燃料、氧化劑形成紊流且均勻地分配到流道內的凹凸點43，以及使得離入口處較遠距離的流道也能分配到足夠的燃料的導向筋42。兩塊單極板上的流場是相同的，在出入口處設計有凹凸點，用以使進入的燃料、氧化劑形成紊流，更均勻地分配到單極板中部的流道，在出入口處還設計有導向筋，使在離開入口處較遠距離的流道也能分配到足夠的燃料，中間部分的流道均為波浪形。
[0029]在雙極板的中間，流道相疊加處有縫隙，用于流通冷卻液，冷卻液依靠密封膠來導向，從靠下方的冷卻液入口進入，從流道的底部通過每根流道，流向上方，再從上方的冷卻液出口排出。此種金屬雙極板為三進三出結構，實現兩板三場功能。
[0030]進一步優選的，所述陽極單極板4和陰極單極板5的另一側分別設置有提高導電性能的鍍金層。
[0031]進一步優選的，雙極板的陽極單極板4的上方依次設置有陽極催化劑層311、質子交換膜312、陰極催化劑層313、陰極單極板5及后端金屬板1，
[0032]雙極板的陰極單極板5的下方依次設置有陰極催化劑層313、質子交換膜312、陽極催化劑層311、陽極單極板4及前端金屬板7。
[0033]通過上述結構依此組成質子交換膜燃料電池。
[0034]以上結合具體實施例描述了本發明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發明保護范圍的限制。基于此處的解釋，本領域的技術人員不需要付出創造性的勞動即可聯想到本發明的其它【具體實施方式】，這些方式都將落入本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種質子交換膜燃料電池用金屬雙極板，包括相互配合的陽極單極板(4)和陰極單極板(5)，其特征在于:所述陽極單極板(4) 一側的凸起與所述陰極單極板(5) —側的凹槽相配合，配合后的凹槽和凸起之間設置有便于冷卻液流通的間隙(51)。
2.根據權利要求1所述的一種質子交換膜燃料電池用金屬雙極板，其特征在于:還包括設置在所述陽極單極板(4)和陰極單極板(5)之間的冷卻液流場密封膠層(10)。
3.根據權利要求1所述的一種質子交換膜燃料電池用金屬雙極板，其特征在于:還包括分別涂覆于裝配后的陽極單極板(4)和陰極單極板(5)另一側的陽極單極板密封膠層(8)和陰極單極板密封膠層(9)。
4.根據權利要求1所述的一種質子交換膜燃料電池用金屬雙極板，其特征在于:所述陽極單極板(4)和陰極單極板(5)采用不銹鋼板材一體沖壓而成，且所述陽極單極板(4)和陰極單極板(5)的板厚均大于0.05mm小于0.3_。
5.根據權利要求1所述的一種質子交換膜燃料電池用金屬雙極板，其特征在于:所述陽極單極板(4)和陰極單極板(5)上分別設置有燃料進口和燃料出口、氧化劑進口和氧化劑出口、冷卻液進口和冷卻液出口、以及流道。
6.根據權利要求5所述的一種質子交換膜燃料電池用金屬雙極板，其特征在于:所述陽極單極板(4)和陰極單極板(5)的兩端分別設置有用于使進入的燃料、氧化劑形成紊流且均勻地分配到流道內的凹凸點(43)，以及使得離入口處較遠距離的流道也能分配到足夠的燃料的導向筋(42)。
7.根據權利要求1所述的一種質子交換膜燃料電池用金屬雙極板，其特征在于:所述陽極單極板(4)和陰極單極板(5)的另一側分別設置有提高導電性能的鍍金層。
8.根據權利要求1所述的一種質子交換膜燃料電池用金屬雙極板，其特征在于:所述間隙(51)設置于所述凹槽的底部和所述凸起的頂部之間。
【專利摘要】本發明公開了一種質子交換膜燃料電池用金屬雙極板，包括相互配合的陽極單極板和陰極單極板，所述陽極單極板一側的凸起與所述陰極單極板一側的凹槽相配合，配合后的凹槽和凸起之間設置有便于冷卻液流通的間隙。凸起和凹槽相配合，能夠有效降低雙極板高度，進而有效減少燃料電池體積，凸起和凹槽之間的間隙設置，能夠有利于冷卻液的流動，本發明有效降低雙極板高度，進而有效減少燃料電池體積，提高燃料電池體積比功率。
【IPC分類】H01M4-86
【公開號】CN104868129
【申請號】CN201510275486
【發明人】顧榮鑫, 陶少龍, 張超, 章嵩松, 管俊生, 靳宏建
【申請人】昆山弗爾賽能源有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月26日