CN100463752C

CN100463752C - 一种不锈钢双极板焊接方法

Info

Publication number: CN100463752C
Application number: CNB2007101578150A
Authority: CN
Inventors: 徐洪峰; 葛继平; 赵红
Original assignee: Dalian Jiaotong University
Current assignee: Dalian Jiaotong University
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2027-10-29
Also published as: CN101143395A

Abstract

一种不锈钢双极板焊接方法，包括以下步骤：将压制好的带有流场和进出气与冷却剂通道的阳极单极板和阴极单极板的冷却剂一侧需要焊接的部位涂敷上低熔点合金焊料，清洗干净涂敷面；把带有焊料的阳极单极板和阴极单极板，将有焊料的面相互接触，叠放在一起，放入平板热压机中，在摄氏150-180度和0.5-1MPa压力下，热压1-8分钟，随后向热压机的散热通道内通入散热介质，将热压机温度降低摄氏20-25度，取出双极板，自然冷却到室温；然后，检测焊接后的双极板的气密性，达到不漏气、不漏水的双极板即为成品双极板。本发明的优点是双极板的焊接工艺简单，制得的双极板不变形、平整、强度好，双极板的性能均一。

Description

一种不锈钢双极板焊接方法

技术领域

本发明属于焊接中的钎焊技术领域，用于质子交换膜燃料电池不锈钢双极板的制造。

背景技术

燃料电池(FC)是一种电化学的发电装置，它按电化学原理，等温地将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能。具有能量转化效率高、环境友好、安静、可靠性高等优越性，被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)除具有燃料电池的一般特点之外，同时还具有可在室温快速启动、无电解液流失、水易排出、寿命长、比功率与比能量高等突出的特点。因此，它不仅适用于地面发电站，也特别适宜于用作可移动动力源、便携电源，是电动车和不依靠空气推进潜艇的理想候选电源之一，还是未来氢能时代最佳的家庭动力源。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池的电压很低(0.6～0.7V)，为了获得有用的电流和电压，需要把多个单电池串联起来构成一个电池堆。分割相邻两个单电池的隔板即双极板。双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的一个多功能组件，其基本作用是向燃料电池电极提供反应物和为电池堆内相邻电池提供电连接，同时从电池内排出产物水和反应热。良好的双极板必须满足许多材料和结构要求，根据Mepeted GO，Moore JM，Performance and durability of bipolarplate material【B】，handbook of fuel cell 2003，Vol3，286～293中所述，双极板应具备如下基本特性：

1、具有良好的电导率(≥10scm^-1)；

2、具有良好得导热系数(≥20Wcm^-1K^-1)；

3、良好的气密性(<10^-4mbarcm³s^-1cm^-2)；

4、在酸性水气、氧气和热的条件下耐腐蚀；

5、体积小重量轻；

6、材料便宜和加工成本低。

现有技术中，双极板可以由石墨、聚合物和石墨粉、金属等材料制成。

石墨材料料制成的双极板，由于石墨具有良好的电导率，优良的耐腐蚀性能，密度也很低，是传统质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板的首选材料。其不足之处在于：由于石墨机械强度低，柔软性不好，导致石墨双极板比较厚，而且机加工流场耗时长，成本过大，无法满足质子交换膜燃料电池(PEMFC)商业化大规模廉价生产的要求。

利用聚合物和石墨粉(或碳粉)混合制备复合双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的另一个选择，它具有成本低、重量轻和容易生产等优点。气体分布通道可以采用真空或压缩等方式直接加工在双极板上，不需要机械加工。复合双极板的特性主要取决于石墨粉与聚合物的比例以及聚合物的种类。尽管有大量的关于制备复合双极板的专利文献，但是，目前还没有商业化的廉价产品出售，其主要原因是制备带气体流场的复合双极板的模具价格昂贵，脱膜困难，成品率低，导致复合双极板价格昂贵。

金属具有良好的导电、导热特性和柔韧性，也是质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板的可选材料，包括用不锈钢、铝和钛板等作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板。为了降低双极板的重量，用不锈钢作双极板时通常采用厚度为0.1mm左右的薄板，分别制成阳极流场板和阴极流场板，然后，把阳极流场板和阴极流场板焊接或粘结在一起，中间走排热流体。现有技术的不足在于：采取粘接方法时，粘接剂通常是高分子材料，在乙二醇等溶剂中会发生溶涨，失去粘结作用，这样冷却剂就不能采用有机溶剂，限制了燃料电池的低温应用；采用焊接方法时，通常采用激光焊、电阻焊或钎焊。激光焊或电阻焊温度高，易导致双极板变形，而且激光焊点又容易腐蚀；钎焊焊料中的腐蚀材料残留在双极板的冷却剂腔中，很难清除干净，导致双极板腐蚀。

发明内容

本发明的目的是提出一种新的不锈钢双极板焊接方法，把焊接过程的涂敷焊料和热熔过程分开，独立优化，在远低于引起不锈钢薄板产生较大变形的温度下，把阳极单极板和阴极单极板焊接在一起，构成双极板。本发明的技术方案是：一种不锈钢双极板焊接方法，其特征在于所述不锈钢双极板焊接方法包括以下步骤：

1、将压制好的带有流场和进出气与冷却剂通道的阳极单极板和阴极单极板的冷却剂一侧需要焊接的部位涂敷上熔点为摄氏150-180度的低熔点合金焊料，厚度为40—60微米，涂敷后清洗干净涂敷面；

2、把已涂敷上低熔点合金焊料的阳极单极板和阴极单极板，将有焊料的面相接触，叠放在一起，放入平板热压机中，在摄氏150-180度焊料熔化温度和0.5-1MPa压力下，热压1-8分钟，随后向热压机的散热通道内通入散热介质，将热压机温度降低摄氏20-25度，开启热压机，取出双极板，自然冷却到室温；

3、检测焊接后的双极板的气密性，达到不漏气、不漏水的双极板即为成品双极板。

本发明所述的一种不锈钢双极板焊接方法，其特征在于所述的在单极板的冷却剂一侧需要焊接的部位涂敷的低熔点合金焊料是铅锡合金焊料。

本发明所述的一种不锈钢双极板焊接方法，其特征在于所述的在单极板的冷却剂一侧需要焊接的部位涂敷低熔点合金焊料的涂敷方法是将焊料加热涂敷或者电镀涂敷方法中的一种。

本发明的优点是双极板的焊接工艺简单，制得的双极板不变形、平整、强度好，双极板的性能均一。

具体实施方式

将压制好的带有流场和进出气与冷却剂通道的阳极单极板和阴极单极板的冷却剂一侧需要焊接的部位用电镀方法涂敷上铅锡合金焊料，厚度为50微米，涂敷后清洗干净涂敷面；然后，把带有焊料的阳极单极板和阴极单极板各一片，将有焊料的面相互接触，叠放在一起，放入平板热压机中，在摄氏150-180度焊料熔化温度和0.5-1MPa压力下，热压4分钟，随后向热压机的散热通道内通入水和空气，将热压机温度降低摄氏25度，开启热压机，取出双极板，自然冷却到室温。然后，检测焊接后的双极板的气密性，达到不漏气、不漏水即为成品双极板。

Claims

1.一种不锈钢双极板焊接方法，其特征在于所述不锈钢双极板焊接方法包括以下步骤：

1)将压制好的带有流场和进出气与冷却剂通道的阳极单极板和阴极单极板的冷却剂一侧需要焊接的部位涂敷上熔点为摄氏150-180度的低熔点合金焊料，厚度为40—60微米，涂敷后清洗干净涂敷面；

2)把已涂敷上低熔点合金焊料的阳极单极板和阴极单极板，将有焊料的面相互接触，叠放在一起，放入平板热压机中，在摄氏150-180度焊料熔化温度和0.5-1MPa压力下，热压1-8分钟，随后向热压机的散热通道内通入散热介质，将热压机温度降低摄氏20-25度，开启热压机，取出双极板，自然冷却到室温；

3)检测焊接后的双极板的气密性，达到不漏气、不漏水的双极板即为成品双极板。

2.根据权利要求1所述的一种不锈钢双极板焊接方法，其特征在于所述的在单极板的冷却剂一侧需要焊接的部位涂敷的低熔点合金焊料是铅锡合金焊料。

3.根据权利要求1所述的一种不锈钢双极板焊接方法，其特征在于所述的在单极板的冷却剂一侧需要焊接的部位涂敷低熔点合金焊料的涂敷方法是将焊料加热涂敷或者电镀涂敷方法中的一种。