CN106898784A - 一种燃料电池用金属双极板的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池用金属双极板的加工方法，包括如下步骤：将金属板材按设计要求，裁剪为多个金属基板，备用；将所述金属基板放置于模具中，采用热压成形工艺或超塑成形工艺，在成型的过程中进行缓冲槽以及连接通道的加工；取两块上述加工后的金属基板，在高温、高真空条件下，将两块金属基板的焊接区采用热熔焊方式进行焊接，得双极板；上述加工方法具有成品率高、无泄漏、无形变、方便安装等优点。

Description

一种燃料电池用金属双极板的加工方法
技术领域
本发明公开涉及燃料电池的技术领域，尤其涉及一种燃料电池用金属双极板的加工方法。
背景技术
燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，而双极板是燃料电池中重要的组成部件之一。现有燃料电池中的双极板主要分为两种，一种为石墨双极板，另一种为金属双极板。
其中，由于石墨本身具有易碎特性，导致石墨双极板的加工难度大，加工成本高，而且成品极板的组装也较为困难，导致使用局限性较大。尤其石墨是多孔材料，而双极板需要几毫米的厚度，用于确保反应气体的分开，因此，导致石墨双极板的重量和体积均较大，不利于使用。
现有的金属双极板与石墨双极板相比，金属双极板具有原材料成本低、强度高、加工方式灵活、功率/体积比大等优点。但现有金属双极板主要采用冷压成型工艺，进行极板上缓冲槽和连接通道的加工，即采用液压机和模具对金属板材进行冷压拉伸成型，然而在冷压过程中，板材的变形较大，拉伸区域容易受伤有裂纹，容易造成双极板漏气现象以及组装不平整等问题。此外，冷压成型后的金属板材还需要采用激光焊，TIG焊或脉冲激光焊中的一种焊接方式，将两块金属板材的焊接区进行固定焊接，然而，由于上述焊接方式的选择，导致焊接后的双极板容易产生漏气极大的变形状态，给组装和使用带来极大的隐患。
因此，如何研发一种新型的金属双极板的加工方法，以解决上述问题，成为人们亟待解决的问题。
发明内容
鉴于此，本发明公开提供了一种燃料电池用金属双极板的加工方法，以至少解决现有金属双极板加工方法存在的容易产生极板漏气，给组装和使用带来隐患等问题。
本发明提供的技术方案，具体为，一种燃料电池用金属双极板的加工方法，该加工方法，包括如下步骤：
将金属板材按设计要求，裁剪为多个金属基板，备用；
将所述金属基板放置于模具中，采用热压成形工艺或超塑成形工艺，在成形的过程中进行缓冲槽以及连接通道的加工；
取两块上述加工后的金属基板，在高温真空条件下，将两块金属基板的焊接区采用热熔焊方式进行焊接，得双极板。
优选，所述燃料电池用金属双极板的加工方法，还包括如下步骤：在热熔焊接后的双极板表面做防腐蚀处理或镀上金属防护层。
进一步优选，所述燃料电池用金属双极板的加工方法，还包括如下步骤：在热熔焊接后双极板的缓冲槽以及连接通道表面做防腐蚀处理、镀金层或镀银层。
进一步优选，所述热压成形工艺的加工温度为600～950℃、加工压力为0.5～500合模力、热压成形时间为1～5分钟。
进一步优选，所述超塑成形为气体成形，充入模具中的惰性气体量为0.5～10Kg，充入时间为0.1～1min，成形温度为600～1000℃。
进一步优选，所述热熔焊的焊接温度为600～1100℃，焊接的真空度为10-3，焊接压力为0.5～500T，惰性气体压力为0.5～10Kg。
进一步优选，所述金属双极板的材质为钛合金、镍基合或不锈钢。
进一步优选，所述金属板材的厚度为0.1～0.5mm。
本发明提供的燃料电池用金属双极板的加工方法，通过采用热压成形/超塑成形与热熔焊两道加工工序的有效配合，可有效解决采用以往加工方法获得的金属双极板存在漏气和组装困难等问题。具体而言，热压成形和超塑成形均是在高温条件下进行的成型工艺，被加工的金属基板为面受热，不会对金属基板产生损伤和变形的伤害，而且通过热压成形/超塑成形加工后的金属基板，在高温的状态下，直接就进入热熔焊工艺，温度变化小，而且在热熔焊过程中整个金属基板也是面受热的状态，不易变形，可有效避免漏点的产生。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的方法的例子。
为了解决以往金属双极板加工方法存在的容易产生极板漏气，给组装和使用带来隐患等问题，本实施方案提供了一种燃料电池用金属双极板的加工方法，该加工方法的具体加工过程如下：
1)将金属板材按设计要求，裁剪为多个金属基板，备用；
2)将剪裁后的金属基板放置于模具中，通过热压成形机采用热压成形工艺或通过超塑成形机采用超塑成形工艺，在成型过程中进行缓冲槽以及连接通道的加工，其中，每台成型机能够实现单次多片金属板材的加工；
3)取步骤2)中成型加工后的两块金属基板，在高温真空条件下，将两块金属基板的焊接区采用热熔焊方式进行焊接，得双极板。
步骤3)中的热熔焊不仅可以实现双层极板的焊接，而且还可以实现多层结构极板的焊接。此外，在热熔焊接的过程中，还可以同时进行二次加工各种复杂结构的流通槽及密封槽。
其中，步骤1)中热压成形工艺的加工温度为600～950℃、加工压力为0.5～500合模力、热压成形时间为1～5分钟；步骤1)中超塑成形为气体成形，充入模具中的惰性气体量为0.5～10Kg，充入时间为0.1～1min，成形温度为600～1000℃。
步骤2)中热熔焊的焊接温度为600～1100℃，焊接的真空度为10-3，焊接压力为0.5～500T，惰性气体压力为0.5～10Kg。
作为方案的改进，在热熔焊接工序之后，可在热熔焊接后的双极板表面做防腐蚀处理或镀上金属防护层，以抗氧化、耐腐蚀以及增加导电性。还可以在热熔焊接工序之后，在热熔焊接后双极板的缓冲槽以及连接通道表面做防腐蚀处理、镀金层或镀银层，使得金属双极板的导电性能强，具有使用性能稳定的优点。
上述金属双极板的材质可选为钛合金、镍基合或不锈钢，其厚度优选为0.1～0.5mm。
本实施方案中提供的金属双极板加工方法，与现有技术中金属双极板的加工方法相比，具有以下的优势。
一、就成型工序而言：
现有的冷压成型工序，是在低温的状态下，进行冷压拉伸成型，容易造成基板整体薄厚不均，尤其在基板的拉伸区域会容易产生受伤裂纹，极易发生漏气现象，此外，在基板拉伸过程中，还容易出现基板整体不平整，而组装带来难度。
而本发明的热压成形工艺和超塑成形工艺，均是在对金属基板整体加热的过程中进行的成型工艺，整个成型过程为基板整体面受热，不存在拉伸不均的问题，薄厚均匀，有效解决漏气的问题，不对产生金属基板的变形，方便组装，使用寿命长，质量可靠。
二、就焊接工序而言：
现有的焊接工序，选用的为激光焊、TIG焊或脉冲激光焊，上述焊接工艺的最大特点为被焊接物为点受热，通过冷压成型后的金属基板，进入到焊接工序，如果只对焊接区域进行加热焊接，极易出现热变形现象，焊缝表面质量差，容易造成烧穿，产生漏气，而如果采用胶粘工艺，其均匀性和密封性都难以保证，严重影响电池的性能。
而本发明中的热熔焊接，其与成型工艺是相互配合的，当经过成型工艺进行加工成型的金属基板，无需进行降温，直接可进入热熔焊接工序，整个加工的过程温度变化小，能够有效避免温度变形的问题，而且热熔焊接还有以下优点和特点：
1)热熔焊接整体塑性变形很小，焊后工件一般不再进行加工；
2)热熔焊接后极板流道内的密封不会产生任何的漏气现象；
3)热熔焊接后可以进行二次超塑成形工艺进行各种复杂的密封沟槽进程成形；
4)热熔焊结构的金属板流道精密、无泄露、成品率达到100％。
5)使用热熔焊接后的金属双极板，整体厚度薄，使用寿命长，防腐蚀力强、绝对不会有任何漏气，组装简便快捷。
检测案例：
技术人员分别按照上述实施方案提供的方法：热压成形/超塑成型+热熔焊接工艺；以及现有技术的方法：冷压成型+一般焊接工艺，分别进行了100组金属双极板的加工，然后，分别对加工后的金属基本进行漏气和平整度检测，具体结果如下：
检测项目 漏气个数 极板变形个数
本实施方案 0 0
现有技术 40 60
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述的实施方式，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种燃料电池用金属双极板的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
将金属板材按设计要求，裁剪为多个金属基板，备用；
将所述金属基板放置于模具中，采用热压成形工艺或超塑成形工艺，在成形的过程中进行缓冲槽以及连接通道的加工；
取两块上述加工后的金属基板，在高温、真空条件下，将两块金属基板的焊接区采用热熔焊方式进行焊接，得双极板。
2.根据权利要求1所述燃料电池用金属双极板的加工方法，其特征在于，还包括如下步骤：在热熔焊接后的双极板表面做防腐蚀处理或镀上金属防护层。
3.根据权利要求1所述燃料电池用金属双极板的加工方法，其特征在于，还包括如下步骤：在热熔焊接后双极板的缓冲槽以及连接通道表面做防腐蚀处理、镀金层或镀银层。
4.根据权利要求1所述燃料电池用金属双极板的加工方法，其特征在于，所述热压成形工艺的加工温度为600～950℃、加工压力为0.5～500合模力、热压成形时间为1～5分钟。
5.根据权利要求1所述燃料电池用金属双极板的加工方法，其特征在于，所述超塑成形为气体成形，充入模具中的惰性气体量为0.5～10Kg，充入时间为0.1～1min，成形温度为600～1000℃。
6.根据权利要求1所述燃料电池用金属双极板的加工方法，其特征在于，所述热熔焊的焊接温度为600～1100℃，焊接的真空度为10-3，焊接压力为0.5～500T，惰性气体压力为0.5～10Kg。
7.根据权利要求1～6任一所述燃料电池用金属双极板的加工方法，其特征在于，所述金属双极板的材质为钛合金、镍基合或不锈钢。
8.根据权利要求1所述燃料电池用金属双极板的加工方法，其特征在于，所述金属板材的厚度为0.1～0.5mm。
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