CN113571724A - 一种石墨双极板 - Google Patents

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陈彩宏
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Abstract

本发明涉及本发明属于燃料电池领域，特别涉及一种石墨双极板，它解决了现有技术中电池堆的电阻和损耗的问题。本石墨双极板，包含基板，基板包含第一基板和第二基板，所述的第一基板和第二基板在边缘设有密封垫，所述的第一基板一侧设有石墨条，所述的石墨条与密封垫形成氢气侧流场。所述的基板上设有石墨条预装槽。密封垫与石墨条形成氢气侧流场，便于氢气在基板中的流场，同时改进石墨条的加工工艺，将原先粉状的石墨压入基板上的骨板后再压制成型升级为现在的直接加工成所需形状的条状后粘入所需的石墨条预装槽内。

Description

一种石墨双极板
技术领域
本发明属于燃料电池领域，特别涉及一种石墨双极板。
背景技术
双极板在电堆中起到收集电流、分隔燃料和氧化剂、传热、支撑电堆等重要作用。其中，石墨双极板因其具有电、导热性能好、电阻低、耐腐蚀性强、适合批量加工等优点而被广泛应用于质子交换膜燃料电池中。作为处于提供能量核心地位的质子交换膜燃料电池在运行时，会在电池进行电化学反应过程中产生大量热，该热量若得不到及时发散，容易影响电堆的性能稳定。
公开号为CN111883796A的发明专利公开了一种石墨双极板及质子交换膜燃料电池，包括两个石墨单元板，每一石墨单元板包括层叠设置的端板及流场板，以在二者的层叠处限定出沿横向并行间隔的多个水浴流道，每一水浴流道包括上下间隔的两个横向段、及连接两个横向段的竖向段；两个石墨单元板其一为阴极板，另一为阳极板。本发明中，在端板及流场板之间设置水浴流道，不干扰流场板与膜电极之间的反应，也即不影响电堆的工作；水浴流道通过两个横向段及竖向段而设置成连通的Z字型，在有限的板面内增大水流量同时减小流阻，促进去离子水的顺利流通以利于换热，且便利于对电池进行水热管理，使得电堆持续在适宜温度下运行，有助于提升电堆的稳定性。
上述现有技术中，气体流道与液体流道均需要在双极板与双极板的间隙之间折叠行走，有利于散热的情况下无意间增大了电池堆的电阻和损耗。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种内部空间更大、接触表面积更大、电阻更小、散热效果更好的石墨双极板。
为了实现创新本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种石墨双极板，包含基板，其特征在于：所述的基板包含第一基板和第二基板，所述的第一基板和第二基板在边缘设有密封垫，所述的第一基板一侧设有石墨条，所述的石墨条与密封垫形成氢气侧流场。密封垫与石墨条形成氢气侧流场，便于氢气在基板中的流场，且与质子交换膜距离最近方便反应；同时改进石墨条的加工工艺，将原先粉状的石墨压入基板上的骨板后再压制成型升级为现在的直接加工成所需形状的条状后粘入所需的石墨条预装槽内。
在上述的石墨双极板中，所述的第一基板与第二基板之间设有石墨条，该第一基板与第二基板之间的石墨条之间的空隙形成冷却水流场。第一基板与第二基板之间为冷却水流场，中间位置的冷却水能即使的带走反应产生的热量，防止温度过高影响电池性能。
在上述的石墨双极板中，所述的第二基板在远离第一基板的一侧也设有石墨条，该第二基板在远离第一基板的一侧石墨条与密封垫形成空气侧流场，空气在反应中重要性不高可以用远处的空间即可。
在上述的石墨双极板中，所述的基板上设有石墨条预装槽。石墨条预装槽用于放置石墨条或者石墨。预装槽由基底材料构架在基板上，构架出我们需要的流体通道，将石墨粉填入骨架中再经高温压制成固定的形状。
在上述的石墨双极板中，所述的石墨条为直接压制成条型再直接安装于石墨条预装槽中。石墨条在外部直接压制成所需的形状装入石墨预装槽中。
在上述的石墨双极板中，所述的石墨条粘结于石墨条预装槽中。
在上述的石墨双极板中，所述的形成空气侧流场的石墨条的粘合方向垂直于形成氢气侧流场的石墨条粘合方向。空气侧柔性石墨材料粘合方向与氢气侧流场柔性石墨材料的方向垂直，可以增加双极板的整体强度，不会因为某个方向粘性的失效而导致整体失效。
在上述的石墨双极板中，所述的石墨条在该石墨双极板组装受压后呈波浪形。在电堆组装时受压后，柔性石墨板部分和MEA的扩散层部分，受到压力后分别会向两边变形，同时扩散层的空隙部分也会嵌入到柔性石墨材料内部，从而增大表面接触面积，减小接触电阻。
与现有技术相比，本石墨双极板采用了直接压制成条的石墨条直接粘结入石墨条预装槽中，相较于原先的工艺具有更好的效益和更低的成本，减少了基板在加工过程中可能产生的误差；石墨条压制后再经电池堆的安装呈波浪形，增大表面接触面积，减小接触电阻。
附图说明
图1是本发明的单个极板结构示意图；
图2是本发明的双极板安装完成的结构示意图；
图3是图2的中央区域局部放大图。
图中，1、基板；11、第一基板；12、第二基板；3、密封垫；4、石墨条；5、氢气侧流场；6、冷却水流场；7、空气侧流场。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
具体实施例如图1-3所示：一种石墨双极板，包含基板，其特征在于：所述的基板包含第一基板和第二基板，所述的第一基板和第二基板在边缘设有密封垫，所述的第一基板一侧设有石墨条，所述的石墨条与密封垫形成氢气侧流场。密封垫与石墨条形成氢气侧流场，便于氢气在基板中的流场，且与质子交换膜距离最近方便反应；同时改进石墨条的加工工艺，将原先粉状的石墨压入基板上的骨板后再压制成型升级为现在的直接加工成所需形状的条状后粘入所需的石墨条预装槽内。第一基板与第二基板之间设有石墨条，该第一基板与第二基板之间的石墨条之间的空隙形成冷却水流场。第一基板与第二基板之间为冷却水流场，中间位置的冷却水能即使的带走反应产生的热量，防止温度过高影响电池性能。第二基板在远离第一基板的一侧也设有石墨条，该第二基板在远离第一基板的一侧石墨条与密封垫形成空气侧流场，空气在反应中重要性不高可以用远处的空间即可。
基板上设有石墨条预装槽。石墨条预装槽用于放置石墨条或者石墨。石墨条为直接压制成条型再直接安装于石墨条预装槽中。石墨条在外部直接压制成所需的形状装入石墨预装槽中。所述的石墨条粘结于石墨条预装槽中。
所述的形成空气侧流场的石墨条的粘合方向垂直于形成氢气侧流场的石墨条粘合方向。空气侧柔性石墨材料粘合方向与氢气侧流场柔性石墨材料的方向垂直，可以增加双极板的整体强度，不会因为某个方向粘性的失效而导致整体失效。石墨条在该石墨双极板组装受压后呈波浪形。在电堆组装时受压后，柔性石墨板部分和MEA的扩散层部分，受到压力后分别会向两边变形，同时扩散层的空隙部分也会嵌入到柔性石墨材料内部，从而增大表面接触面积，减小接触电阻。
在另一种实施例中，预装槽由基底材料构架在基板上，构架出我们需要的流体通道，将石墨粉填入骨架中再经高温压制成固定的形状。
本双极板的制造及工作过程如下：将柔性石墨裁切成需要形状的石墨条后，采用石墨烯导电胶粘结在基底材料不锈钢板上，构架出我们需要的流体通道，之后填入裁切好的石墨条，粘结，在第一基板靠近质子交换膜一端构架出氢气侧流场，在第一基板和第二基板之间构架出冷却水侧流场，在第二基本远离质子交换膜一端构架出空气侧流场；当双极板组装完成后石墨条会受到压力具有一定的形变截面呈波浪形。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种石墨双极板，包含基板(1)，其特征在于：所述的基板(1)包含第一基板(11)和第二基板(12)，所述的第一基板(11)和第二基板(12)在边缘设有密封垫(3)，所述的第一基板(11)一侧设有石墨条(4)，所述的石墨条(4)与密封垫(3)形成氢气侧流场(5)。
2.根据权利要求1所述的石墨双极板，其特征在于：所述的第一基板(11)与第二基板(12)之间设有石墨条(4)，该第一基板(11)与第二基板(12)之间的石墨条(4)之间的空隙形成冷却水流场(6)。
3.根据权利要求1所述的石墨双极板，其特征在于：所述的第二基板(12)在远离第一基板(11)的一侧也设有石墨条(4)，该第二基板(12)在远离第一基板(11)的一侧石墨条(4)与密封垫(3)形成空气侧流场(7)。
4.根据权利要求1所述的石墨双极板，其特征在于：所述的基板(1)上设有石墨条(4)预装槽。
5.根据权利要求4所述的石墨双极板，其特征在于：所述的石墨条(4)为直接压制成条型再直接安装于石墨条(4)预装槽中。
6.根据权利要求5所述的石墨双极板，其特征在于：所述的石墨条(4)粘结于石墨条(4)预装槽中。
7.根据权利要求6所述的石墨双极板，其特征在于：所述的形成空气侧流场(7)的石墨条(4)的粘合方向垂直于形成氢气侧流场(5)的石墨条(4)粘合方向。
8.根据权利要求1所述的石墨双极板，其特征在于：所述的石墨条(4)在该石墨双极板组装受压后呈波浪形。
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