CN104795573B - 一种燃料电池用金属双极板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池用金属双极板，该金属双极板由两块厚度相同的金属板冲压形成氢极板和氧极板，氢极板和氧极板上均设有公用氢气通道开口，公用氧气通道开口，公用冷却流体开口，及沿两侧及各公用流体开口侧设有密封槽，所述的氢极板上冲压形成的空腔内放置导氢气流的导电扩散层材料，或设置槽状导电材料形成氢极板，所述的氧极板上冲压形成的空腔内放置导空气流的导电扩散层材料，或设置槽状导电材料形成氧极板，所述的导氢气流的空腔和导空气流的空腔的深度为密封槽深度相同，氢极板和氧极板通过一个支架背对背叠合形成双极板，两块板上的背面各与密封槽总体同形状的支架相互抵接，使双极板形成三个空腔：导氢气的上空腔、导冷却流体的中空腔和导空气的下空腔。与现有技术相比，本发明结构简单，不需要冲压出各种流体槽形状。

Description

一种燃料电池用金属双极板
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池用金属双极板。
背景技术
燃料电池通常由多个电池单元构成，每个电池单元包括两个电极(阳极和阴极)，该两个电极被电解质元件隔开，并且彼此串联地组装，形成燃料电池堆。通过给每个电极供给适当的反应物，即给一个电极供给燃料而另一个供给氧化剂，实现电化学反应，从而在电极之间形成电位差，并且因此产生电能。
为了给每个电极供给反应物，使用通常称为“双极板”并且设置在每个单个电池的两侧的特定界面元件。这些双极板通常是邻近阳极或阴极支撑体放置的单个元件的形式。双极板是燃料电池组的重要元件。燃料电池堆在运行过程中，双极板执行如下功能以维持燃料电池堆的最佳工作状态以及使用寿命：(1)电池导电体，极板两侧分别形成阴极阳极，将一个个电池单元串联以组成燃料电池堆；(2)通过流道向电极提供反应气(传质)；(3)协调水与热的管理，防止冷却介质及反应气体外漏；(4)向膜电极组件(MEA)提供结构强度支持。
为完成上述功能，双极板的材料需要具有高电导率、足够的机械强度、良好的热导、气体透过率低、抗腐蚀且能在电池工作环境中化学稳定相当长的时间。此外，考虑到设计与易于加工制造的需要，双极板的材料还应该具备重量轻，体积小，成本低廉，甚至要求可回收利用等特征。
近年来已经提出了各种金属双极板，例如公布号为CN102983338A的专利公开了一种燃料电池金属双极板，该双极板包括氧极板和氢极板，氧极板和氢极板上设有导流槽、公用氢气通道开口、公用空气通道开口、公用冷却水通道开口。其中双极板上的导流槽是由金属板冲压成型的，由于金属双极板非常薄，所以冲压出各种形状的导流体流道槽不但冲压模具复杂，而且导流槽的厚度要求，必然大大增加金属双板的厚度。
发明内容
本发明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结构简单，不需要冲压出各种流体的导流槽的燃料电池用金属双极板。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池用金属双极板，该金属双极板由两块厚度相同的金属板冲压形成氢极板和氧极板，氢极板和氧极板上均设有公用氢气通道开口，公用氧气通道开口，公用冷却流体开口，及沿两侧及各公用流体开口侧设有密封槽，其特征在于，所述的氢极板上冲压形成的空腔内放置导氢气流的导电扩散层材料，或设置槽状导电材料形成氢极板，所述的氧极板上冲压形成的空腔内放置导空气流的导电扩散层材料，或设置槽状导电材料形成氧极板，所述的导氢气流的空腔和导空气流的空腔的深度为密封槽深度相同，氢极板和氧极板通过一个支架背对背叠合形成双极板，两块板上的密封槽底部各与密封槽总体同形状的支架相互抵接，使双极板形成三个空腔：导氢气的上空腔、导冷却流体的中空腔和导空气的下空腔。
所述的密封槽的深度为0.2～1.2mm。
所述的三个空腔内将分别放置多孔性材料，包括碳布，碳纸或经过防腐处理的金属丝网，双极板与膜电极装配为电堆紧缩压紧后，填充在三个空腔内的碳布，碳纸或经过防腐处理的金属丝网的厚度恰好与形成密封槽的凸边最高点相平，即与形成密封槽的凸边最高点相平。
所述的金属丝网包括不锈钢网，镍网或钛网。
所述的三个空腔内分别放置有冲压出流槽形状的薄软石墨片，该石墨片的厚度与所述的多孔性材料的厚度相同。
所述的氢极板、氧极板背对背之间通过一个支架叠合在一起，该支架的总体形状与密封槽相同，由金属材料制作，与氢极板、氧极板焊接在一起，或者所述的支架由石墨材料、橡胶或塑料材料制成，与氢极板、氧极板压合粘结在一起。
所述的支架上与所述公用氢气通道开口，公用氧气通道开口，公用冷却流体开口对应处设有引流槽，供氢气、空气和冷却流体进出。
所述的氢极板、氧极板上与支架上引流槽末端对应处开有引流孔，供氢气、空气进出。
与现有技术相比，本发明金属双极板不需要复杂的模具模压成型，只要通过简单的冲压即可成型，金属薄板冲压后，其两侧面形成互补的流道，两块金属板叠合后形成三个空腔用于导流三种流体，并在三个空腔内放置多孔性的碳布，碳纸，经过防腐处理的金属丝网，一方面这些材料很容易让流体自由通过在没有导流槽的情况下不影响流体的流动，另一方面这些网、布、纸可以导电，防电腐蚀。
附图说明
图1为本发明氢极板示意图；
图2为本发明氧极板示意图；
图3为氢极板和氧极板组成的双极板剖视图；
图4为双极板的爆炸图；
图5为支架正面的示意图；
图6为支架反面的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种用于60kw质子交换膜燃料电池的金属双极板，长宽尺寸为100×400mm，如图1～4所示，该金属双极板由两块厚度相同的0.2mm不锈钢金属板冲压形成氢极板1和氧极板2，氢极板1和氧极板2上均设有公用氢气通道开口，公用氧气通道开口，公用冷却流体开口，及沿两侧及各公用流体开口侧设有密封槽，密封槽宽4mm，深0.4mm，所述的氢极板1上冲压形成的空腔内放置导氢气流的0.4mm厚度压出直槽形状的软石墨板形成氢极板，所述的氧极板2上冲压形成的空腔内放置导空气流的0.4mm厚度压出直槽形状的软石墨板形成氧极板，所述的导氢气流的空腔和导空气流的空腔的深度与密封槽3深度相同均为0.4mm，密封槽3的深度为0.4mm，氢极板1和氧极板2通过支架5背对背叠合形成双极板，如图3所示，两块板上的密封槽底部各与密封槽总体同形状的厚度1.0mm支架5相互抵接，并经过金属焊接成一整体使双极板形成三个空腔：导氢气的上空腔11、导冷却流体的中空腔4和导空气的下空腔21。所述的三个空腔内将分别放置0.4mm或1.mm厚的压出直槽形状的软石墨板，双极板与膜电极装配为电堆紧缩压紧后，填充在三个空腔内的带有直槽形状的软石墨板厚度恰好与形成密封槽的凸边最高点相平或与支架厚度相同。如图4所示，双极板由氢极板1和氧极板2组成，氢极板1和氧极板2的密封槽内均设有密封圈6，密封圈为经装堆压缩后厚度0.4mm的橡胶弹性体材料，上腔体和下腔体内均设有单面有槽道的软石墨板7，中间腔内设有带引流槽的金属支架5以及1.0mm后的软石墨板。
所述的氢极板1、氧极板2背对背之间通过一个支架5叠合在一起，该支架5的总体形状与密封槽3相同，由金属材料制作，与氢极板1、氧极板2焊接在一起，支架5与氢极板1上氢气进出口对应处设有氢引流槽51，与氧极板2上空气进出口对应处设有氧引流槽52，与两侧氢极板和氧极板的冷却流体进出口对应处设有冷气流体引流槽53，氢极板1上与氢引流槽51末端对应处设有氢引流孔12，氧极板2上与氧引流槽52对应处设有氧引流孔22，供氢气、空气和冷却流体进出。
实施例2
所述的支架由橡胶或塑料材料制成，与氢极板、氧极板压合粘结在一起。
所述的三个空腔内分别放置有无流槽整体形状的多孔性碳扩散层导电材料，厚度与所述的软石墨片的厚度相同。其余同实施例1。

Claims (6)

1.一种燃料电池用金属双极板，该金属双极板由两块厚度相同的金属板冲压形成氢极板和氧极板，氢极板和氧极板上均设有公用氢气通道开口，公用氧气通道开口，公用冷却流体开口，及沿两侧及各公用流体开口侧设有密封槽，其特征在于，所述的氢极板上冲压形成的空腔内放置导氢气流的导电扩散层材料，或设置槽状导电材料形成氢极板，所述的氧极板上冲压形成的空腔内放置导空气流的导电扩散层材料，或设置槽状导电材料形成氧极板，所述的导氢气流的空腔和导空气流的空腔的深度为与密封槽深度相同，氢极板和氧极板通过一个支架背对背叠合形成双极板，两块板上的密封槽底部各与密封槽总体同形状的支架相互抵接，使双极板形成三个空腔：导氢气的上空腔、导冷却流体的中空腔和导空气的下空腔；
所述的密封槽的深度为0.2～1.2mm；
所述的三个空腔内将分别放置多孔性材料，包括碳布，碳纸或经过防腐处理的金属丝网，双极板与膜电极装配为电堆紧缩压紧后，填充在三个空腔内的碳布，碳纸或经过防腐处理的金属丝网的厚度恰好与形成密封槽的凸边最高点相平。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池用金属双极板，其特征在于，所述的金属丝网包括不锈钢网，镍网或钛网。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池用金属双极板，其特征在于，所述的三个空腔内分别放置有冲压出流槽形状的薄软石墨片，该石墨片的厚度与所述的多孔性材料的厚度相同。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池用金属双极板，其特征在于，所述的氢极板、氧极板背对背之间通过一个支架叠合在一起，该支架的总体形状与密封槽相同，由金属材料制作，与氢极板、氧极板焊接在一起，或者所述的支架由石墨材料、橡胶或塑料材料制成，与氢极板、氧极板压合粘结在一起。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池用金属双极板，其特征在于，所述的支架上与所述公用氢气通道开口，公用氧气通道开口，公用冷却流体开口对应处设有引流槽，供氢气、空气和冷却流体进出。
6.根据权利要求5所述的一种燃料电池用金属双极板，其特征在于，所述的氢极板、氧极板上与支架上引流槽末端对应处开有引流孔，供氢气、空气进出。
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