CN110010922A - 一种带疏水结构的燃料电池金属极板及其生产方法 - Google Patents

一种带疏水结构的燃料电池金属极板及其生产方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110010922A
CN110010922A CN201910314873.2A CN201910314873A CN110010922A CN 110010922 A CN110010922 A CN 110010922A CN 201910314873 A CN201910314873 A CN 201910314873A CN 110010922 A CN110010922 A CN 110010922A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pole plate
fuel battery
microprotrusion
polar plate
production method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910314873.2A
Other languages
English (en)
Inventor
姜天豪
彭林法
蓝树槐
徐一凡
毕飞飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Zhen Zhen New Energy Equipment Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Zhen Zhen New Energy Equipment Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Zhen Zhen New Energy Equipment Co Ltd filed Critical Shanghai Zhen Zhen New Energy Equipment Co Ltd
Priority to CN201910314873.2A priority Critical patent/CN110010922A/zh
Publication of CN110010922A publication Critical patent/CN110010922A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明提供一种带疏水结构的燃料电池金属极板，采用板料成形、增量成形或材料去除的方法，在燃料电池金属极板的气体槽的底部表面设置若干形状规则或不规则的微凸起结构。本发明通过引入高质量的疏水结构，降低了金属极板的表面亲水性，反应产生的水可以快速从气体侧流道排出，从而克服了水聚集在金属极板表面导致的降低反应效率的缺陷，减少了水的聚集对燃料电池输出功率的影响，增加金属阴、阳极板的可靠性。

Description

一种带疏水结构的燃料电池金属极板及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种带疏水结构的燃料电池金属极板及其生产方法。
背景技术
燃料电池作为一种可实现零排放的新型能源电池，其工作原理是通过氢气、氧气发生电化学反应来输出电能，其最终产物是水。由于其高效、零污染的特点，被誉为二十一世纪能源。其中，由金属极板构成的燃料电池更是由于质量轻、体积小而受到市场的广泛关注。
如图1所示，在现有金属极板表面上，氢气与氧气在膜电极3内发生电化学反应，反应产生的水4透过膜电极流入气体侧流道1。由于金属极板表面亲水性的特点，随着反应时间的增加，反应产生的水4容易在金属极板表面不断聚集，附着、堆积，无法顺利通过流道排出，阻碍了反应气体的流动传输，降低了燃料电池反应效率。综上所述，现有金属极板的亲水性表面增加了反应物水在气体流道内堆积的风险，制约气体流动，无法满足燃料电池稳定、高效的运行要求。经过对现有技术的文献检索，发现通过增加机械结构提高金属极板疏水性的技术方案匮乏，相对应的专利报道较少。
发明内容
本发明的目的是提供一种带疏水结构的燃料电池金属极板及其生产方法，以解决金属极板表面亲水特性，克服燃料电池反应生成的水附着在金属极板表面，从而阻碍气体流动、影响燃料电池效率的缺陷。
本发明的一种带疏水结构的燃料电池金属极板，其特征在于，在燃料电池金属极板的气体流道的表面设置若干形状规则或不规则的微凸起结构，来改变反应物水的表面接触张力，提高金属极板的疏水性，利于反应物水的排出，保证气体的流动。
所述的微凸起结构的直径为80～100μm，凸起高度为50～100μm，相邻的两个微凸起结构的间距为100～200μm。
本发明的一种带疏水结构的燃料电池金属极板的生产方法，其特征在于，采用板料成形、增量成形或材料去除的方法；
所述的板料成形方法采用包括但不限于机械冲压、激光成型、热涨形或机械弯曲的方法在金属极板气体流道的表面形成微凸起结构；所述微凸起结构的截面形状为圆形、方形、四面体形和/或三角形；
所述的增量成形方法采用包括但不限于电铸或微注塑的方法在金属极板气体流道的表面设置微凸起结构；所述微凸起结构的截面形状为圆形、方形、四面体形和/或三角形，其尺寸及间距以实现疏水性及匹配制备工艺为前提；
所述的材料去除方法采用包括但不限于化学刻蚀的方法在金属极板气体流道的表面蚀刻而成微凸起结构；所述微凸起结构的截面形状为圆形、方形、四面体形和/或三角形，其尺寸及间距以实现疏水性及匹配制备工艺为前提。
本发明的带疏水结构的燃料电池金属极板，通过引入高质量的疏水结构，降低了金属极板的表面亲水性，反应产生的水可以快速从气体侧流道排出，从而克服了水聚集在金属极板表面导致的降低反应效率的缺陷，减少了水的聚集对燃料电池输出功率的影响，增加金属阴、阳极板的可靠性。
附图说明
图1为水在无疏水结构的极板表面聚集的示意图；
图2为板料成形方法构成的疏水结构示意图；
图3为增量成形方法构成的疏水结构示意图；
图4为材料去除方法构成的疏水结构示意图；
图中：1-金属极板，2-气体流道，3-膜电极，4-电化学反应产生的水，5-由板料成形构成的疏水结构，6-由增量成形构成的疏水结构，7-由材料去除构成的疏水结构。
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。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图2所示，通过冲压、激光成型的板料成形方式在金属极板1槽底形成微凸起结构2，当电化学反应产生的水4从膜电极3中流出时，微凸起结构2能改变水的接触面积，提高水的表面张力，从而改变金属极板表面亲水特性，减少反应物水4在金属极板1中的堆积，利于气体传输，保证燃料电池反应效率。
实施例2
如图3所示，通过电铸、微注塑的方法在金属极板1槽底增量制备微凸起结构5，当电化学反应产生的水4从膜电极3中流出时，微凸起结构5能改变水的接触面积，提高水的表面张力，从而改变金属极板表面亲水特性，减少反应物水4在金属极板1中的堆积，利于气体传输，保证燃料电池反应效率。
实施例3
如图4所示，通过化学刻蚀的方法将金属极板1槽底一侧蚀刻去除部分材料，在两个相邻的蚀刻凹坑间形成的微凸起结构6，当电化学反应产生的水4从膜电极3中流出时，微凸起结构6能改变水的接触面积，提高水的表面张力，从而改变金属极板表面亲水特性，减少反应物水4在金属极板1中的堆积，利于气体传输，保证燃料电池反应效率。

Claims (6)

1.一种带疏水结构的燃料电池金属极板，其特征在于，在燃料电池金属极板的气体流道的表面设置若干形状规则或不规则的微凸起结构。
2.根据权利要求1所述的一种带疏水结构的燃料电池金属极板，其特征在于，所述的微凸起结构的直径为80～100μm，凸起高度为50～100μm，相邻的两个微凸起结构的间距为100～200μm。
3.一种生产权利要求1或2所述的带疏水结构的燃料电池金属极板的生产方法，其特征在于，采用板料成形、增量成形或材料去除的方法。
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述的板料成形方法采用机械冲压、激光成型、热涨形或机械弯曲的方法在金属极板气体流道的表面形成微凸起结构；所述微凸起结构的截面形状为圆形、方形、四面体形和/或三角形。
5.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述的增量成形方法采用电铸或微注塑的方法在金属极板气体流道的表面设置微凸起结构；所述微凸起结构的截面形状为圆形、方形、四面体形和/或三角形。
6.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述的材料去除方法采用化学刻蚀的方法在金属极板气体流道的表面蚀刻而成微凸起结构；所述微凸起结构的截面形状为圆形、方形、四面体形和/或三角形。
CN201910314873.2A 2019-04-18 2019-04-18 一种带疏水结构的燃料电池金属极板及其生产方法 Pending CN110010922A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910314873.2A CN110010922A (zh) 2019-04-18 2019-04-18 一种带疏水结构的燃料电池金属极板及其生产方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910314873.2A CN110010922A (zh) 2019-04-18 2019-04-18 一种带疏水结构的燃料电池金属极板及其生产方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110010922A true CN110010922A (zh) 2019-07-12

Family

ID=67172876

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910314873.2A Pending CN110010922A (zh) 2019-04-18 2019-04-18 一种带疏水结构的燃料电池金属极板及其生产方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110010922A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111446462A (zh) * 2020-04-24 2020-07-24 上海交通大学 一种带有表面微结构的燃料电池金属极板及其制造方法
CN114335631A (zh) * 2021-12-31 2022-04-12 江苏大学 一种快速低温冷启动燃料电池

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1679188A (zh) * 2002-07-03 2005-10-05 日本电气株式会社 液体燃料供给类型燃料电池、燃料电池电极以及它们的生产方法
US20070190401A1 (en) * 2006-02-16 2007-08-16 Hideyuki Ueda Anode electrodes for direct oxidation fuel cells and systems operating with concentrated liquid fuel
CN101174696A (zh) * 2007-10-10 2008-05-07 新源动力股份有限公司 一种憎水的燃料电池金属双极板的制造方法
US20090068535A1 (en) * 2007-09-07 2009-03-12 Owejan Jon P Fuel cell bipolar plate exit for improved flow distribution and freeze compatibility
WO2010147790A1 (en) * 2009-06-17 2010-12-23 Battelle Energy Alliance, Llc Structures having one or more super-hydrophobic surfaces and methods of forming same
CN102760897A (zh) * 2011-04-29 2012-10-31 现代自动车株式会社 疏水性提高的多孔介质及其制造方法
CN103178275A (zh) * 2011-12-20 2013-06-26 财团法人工业技术研究院 双极板与燃料电池
CN103618091A (zh) * 2013-12-02 2014-03-05 新源动力股份有限公司 一种优化反应气体分配的高集成度燃料电池双极板
CN204651400U (zh) * 2015-03-31 2015-09-16 昆山艾可芬能源科技有限公司 一种固体氧化物燃料电池连接板阳极侧结构
US20180040905A1 (en) * 2016-08-04 2018-02-08 Ford Global Technologies, Llc Textured fuel cell components for improved water management
CN109103463A (zh) * 2018-08-21 2018-12-28 成都新柯力化工科技有限公司 一种促进燃料电池气体扩散层液相水排出的方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1679188A (zh) * 2002-07-03 2005-10-05 日本电气株式会社 液体燃料供给类型燃料电池、燃料电池电极以及它们的生产方法
US20070190401A1 (en) * 2006-02-16 2007-08-16 Hideyuki Ueda Anode electrodes for direct oxidation fuel cells and systems operating with concentrated liquid fuel
US20090068535A1 (en) * 2007-09-07 2009-03-12 Owejan Jon P Fuel cell bipolar plate exit for improved flow distribution and freeze compatibility
CN101174696A (zh) * 2007-10-10 2008-05-07 新源动力股份有限公司 一种憎水的燃料电池金属双极板的制造方法
WO2010147790A1 (en) * 2009-06-17 2010-12-23 Battelle Energy Alliance, Llc Structures having one or more super-hydrophobic surfaces and methods of forming same
CN102760897A (zh) * 2011-04-29 2012-10-31 现代自动车株式会社 疏水性提高的多孔介质及其制造方法
CN103178275A (zh) * 2011-12-20 2013-06-26 财团法人工业技术研究院 双极板与燃料电池
CN103618091A (zh) * 2013-12-02 2014-03-05 新源动力股份有限公司 一种优化反应气体分配的高集成度燃料电池双极板
CN204651400U (zh) * 2015-03-31 2015-09-16 昆山艾可芬能源科技有限公司 一种固体氧化物燃料电池连接板阳极侧结构
US20180040905A1 (en) * 2016-08-04 2018-02-08 Ford Global Technologies, Llc Textured fuel cell components for improved water management
CN109103463A (zh) * 2018-08-21 2018-12-28 成都新柯力化工科技有限公司 一种促进燃料电池气体扩散层液相水排出的方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111446462A (zh) * 2020-04-24 2020-07-24 上海交通大学 一种带有表面微结构的燃料电池金属极板及其制造方法
WO2021213497A1 (zh) * 2020-04-24 2021-10-28 上海交通大学 一种带有表面微结构的燃料电池金属极板及其制造方法
CN111446462B (zh) * 2020-04-24 2023-06-23 上海交通大学 一种带有表面微结构的燃料电池金属极板及其制造方法
CN114335631A (zh) * 2021-12-31 2022-04-12 江苏大学 一种快速低温冷启动燃料电池
CN114335631B (zh) * 2021-12-31 2023-09-29 江苏大学 一种快速低温冷启动燃料电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103633337B (zh) 一种强化反应气体分配的燃料电池金属双极板
CN110993985B (zh) 一种燃料电池金属双极板流场流道结构
CN110010922A (zh) 一种带疏水结构的燃料电池金属极板及其生产方法
CN110212214B (zh) 一种燃料电池中的双极板流场结构及双极板
CN107579264B (zh) 一种可逆燃料电池阴极流场结构及可逆燃料电池
CN105247106A (zh) 用于电解池的复合流板
CN112133937B (zh) 质子交换膜燃料电池流道结构及质子交换膜燃料电池
CN102263272A (zh) 燃料电池金属双极板的电磁力驱动软模成形装置及方法
WO2016068842A1 (en) Water electrolysis systems and methods
CN109841864B (zh) 一种质子交换膜燃料电池双极板立体化流场
CN114540851A (zh) 一种新型阳极扩散层及质子交换膜水电解池
CN111799491A (zh) 一种基于凹凸复合微结构燃料电池质子交换膜
CN111244497A (zh) 一种燃料电池三维流场结构
CN210006824U (zh) 一种燃料电池中的双极板流场结构及双极板
CN107810572A (zh) 隔板、其制造方法和包括隔板的燃料电池堆
CN113659167B (zh) 一种提升水去除效果的质子交换膜燃料电池的阴极流道
CN116956633B (zh) 一种液流电池流场优化设计方法及液流电池
CN107039658A (zh) 一种低成本批量生产金属极板的方法
KR20130016217A (ko) 개선된 효율을 가지는 전기화학 방법 및 고온 전기분해 장치(ｈｔｅ)와 같은 연관된 전기화학 반응로
CN201796995U (zh) 用于燃料电池的极板及其燃料电池
CN203659986U (zh) 一种强化反应气体分配的燃料电池金属双极板
CN219156997U (zh) 一种碱性电解槽用乳突板
CN111540923A (zh) 燃料电池流场结构、阴极板、燃料电池双极板、燃料电池
KR100760312B1 (ko) 연료전지용 금속 분리판 제작 방법
CN203607489U (zh) 一种优化反应气体分配的高集成度燃料电池双极板

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Jiang Tianhao

Inventor after: Lan Shuhuai

Inventor after: Xu Yifan

Inventor after: Bi Feifei

Inventor before: Jiang Tianhao

Inventor before: Peng Linfa

Inventor before: Lan Shuhuai

Inventor before: Xu Yifan

Inventor before: Bi Feifei

SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 201306 factory building 1, No. 1500, cenglin Road, Lingang New District, pilot Free Trade Zone, Pudong New Area, Shanghai

Applicant after: Shanghai Zhizhen new energy Co.,Ltd.

Address before: 201306 Building 1, No. 1500, cenglin Road, Nicheng Town, Pudong New Area, Shanghai

Applicant before: SHANGHAI ZHIZHEN NEW ENERGY EQUIPMENT CO.,LTD.

RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190712