CN113629266B - 高透气性复合金属燃料电池双极板及制备方法 - Google Patents

高透气性复合金属燃料电池双极板及制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及高透气性复合金属燃料电池双极板及制备方法，其包括阴极板和阳极板，阴极板与阳极板之间夹接有质子交换膜，质子交换膜与阳极板和阴极板之间均设置有催化剂层，阴极板和阳极板相互靠近的侧壁均固定有脊，所述阴极板和阳极板均开设有充气腔，阴极板和阳极板上表面均开设有进气口，进气口与充气腔连通；阴极板和阳极板靠近质子交换膜的侧壁开设有透气孔；催化剂层嵌设在脊内，且催化剂层分别与阴极板和阳极板相互靠近的侧壁抵接，本申请具有提高双极板的透气性的效果。

Description

高透气性复合金属燃料电池双极板及制备方法
技术领域
本申请涉及燃料电池的技术领域，尤其是涉及高透气性复合金属燃料电池双极板及制备方法。
背景技术
双极板的功能是提供气体流道，防止电池气室中的氢气与氧气串通，并在串联的阴阳两极之间建立电流通路。双极板的材料大致可以分为三类，分别为炭质材料、金属材料和金属与炭质的复合材料;双极板作为染料电池的关键零部件之一，要求具有较高的电导率，较低的电阻和较好的机械强度。
现有的双极板包括两块极板，即阴极板和阳极板，阴极板与阳极板之间夹接有质子交换膜，两块极板焊接形成单电池，多个单电池形成电堆；焊接形成的双极板具有隔离相邻电池中的气体的作用，同时能对整个电堆起到支撑作用。
针对上述中的相关技术，发明人认为极板的透气性直接影响到电池的性能，存在有膜电极区域透气性差导致气体扩散不均匀的缺陷。
发明内容
为了解决双极板透气性差的缺陷，本申请提供高透气性复合金属燃料电池双极板及制备方法。
第一方面，本申请提供高透气性复合金属燃料电池双极板，采用如下技术方案：阴极板和阳极板，阴极板与阳极板之间夹接有质子交换膜，质子交换膜与阳极板和阴极板之间均设置有催化剂层，阴极板和阳极板相互靠近的侧壁均固定有脊，阴极板和阳极板均开设有充气腔，阴极板上表面开设有进气口，进气口与充气腔连通；阴极板和阳极板靠近质子交换膜的侧壁开设有透气孔；催化剂层嵌设在脊内，且催化剂层分别与阴极板和阳极板相互靠近的侧壁抵接。
通过采用上述技术方案，使用时将氢气通过进气口充入阳极板的充气腔内，同时将氧气通过进气口充入阴极板的充气腔内，此时氢气通过透气孔传出充气腔与催化剂层接触，穿出充气腔与催化剂层接触，此时主要将氢气和氧气分别充入充气腔内，在透气孔的作用下，氢气和氧气分别经过透气孔穿出，相比于氢气或者氧气只能从流道内流通提高了双极板的透气性。
优选的，脊为空心管状结构，脊周向外壁开设有出气口；脊的始端开设有通孔，通孔与充气腔连通。
通过采用上述技术方案，此时充气腔内的气体能通过通孔进入到脊内，并通过出气口穿出脊，此时增加了气体与催化剂层的接触面积，进而达到了双极板使用稳定性的效果，同时提高了双极板的透气性。
优选的，透气孔从背离催化剂层的一端向靠近催化剂层的一端逐渐呈扩口状。
通过采用上述技术方案，气体从靠近充气腔内穿出时，气体与催化剂层的接触面积更大，进而提高了催化剂层对气体的催化速率，同时保证气体能顺利从充气腔内穿出，进而达到了保证双极板透气性的效果。
优选的，脊包括传送部和连通部，传送部长度方向与阴极板长度方向相同，连通部为弧形管状结构，传送部通过连通部形成首尾依次连通的蛇形管状的脊。
通过采用上述技术方案，传送部和连通部的设置提高了脊与催化剂层的接触面积，进而实现了增加出气口与催化剂层的接触面积，进而达到了提高双极板透气性的效果，同时提高了氢气和氧气的转化率。
优选的，出气口沿脊的长度方向等距开设，且出气口沿脊的周向均匀分布。
通过采用上述技术方案，等距分布的出气口，提高了气体与催化剂层的接触的均匀性，同时达到了保证气体均匀扩散的效果。
优选的，充气腔内固定连接有导向板，导向板靠近透气孔的侧壁，从靠近进气口的一端到远离进气口的一端逐渐向靠近透气孔的一侧倾斜。
通过采用上述技术方案，当气体由进气口充入到充气腔内时，导向板的设置能实现对氢气和氧气的导向，进而减少了氢气或者氧气在充气腔内的时间，同时更加便于氢气和氧气由透气孔穿出充气腔，进而达到了提高双极板透气性的效果。
第二方面，本申请提供高透气性复合金属燃料电池双极板的制备方法，采用如下技术方案：
高透气性复合金属燃料电池双极板的制备方法，包括以下步骤：
S1、阳极板和阴极板材料选择；
S2、阳极板和阴极板防腐蚀处理；
S3、阳极板和阴极板的制造成型；
S4、阳极板和阴极板焊接；保证阴极板和阳极板开设有透气孔的侧壁位于相互靠近的一侧。
通过采用上述技术方案，常用的材料有炭质材料、金属材料和复合材料三种，根据不同的使用需求选择不同的材料制作阴极板和阳极板。
优选的，在步骤S3中，使用模压设备分别将阴极板和阳极板开设有透气孔的一侧与未开设透气孔的侧壁进行模压，再将模压产生的产品进行焊接，形成阴极板或者阳极板。
通过采用上述技术方案，将阴极板或者阳极板进行拆分在将其进行焊接，在保证生产质量的同时达到了方便生产的效果。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.进气口、充气腔和透气孔配合使用，提高了阴极板和阳极板焊接而成的双极板的透气性；
2.空心管状的脊提高了氢气或者氧气与催化剂层的接触面积，同时保证了气体与催化剂层接触的均匀性；
3.导向板的设置能便于氢气和氧气通过透气孔传送向脊内，同时能便于氢气和氧气通过透气口穿出充气腔，进而达到了提高双极板透气性的效果。
附图说明
图1是本申请实施例的整体结构示意图；
图2是为显示脊的部分零件示意图；
图3是为显示导向板的部分零件剖视图；
图中，1、阴极板；2、阳极板；3、质子交换膜；4、催化剂层；5、脊；51、传送部；52、连通部；53、出气口；54、通孔；6、充气腔；7、进气口；8、透气孔；9、导向板。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开高透气性复合金属燃料电池双极板。
参考图1和图2，高透气性复合金属燃料电池双极板包括阴极板1和阳极板2，阴极板1与阳极板2之间设置有质子交换膜3，质子交换膜3与阴极板1和阳极板2之间均设置有催化剂层4；阴极板1和阳极板2相互靠近的侧壁均固定连接有脊5，脊5为空心管状结构，且脊5包括传送部51和连通部52，传送部51长度方向与阴极板1长度方向相同，连通部52为弧形管状结构，传送部51通过连通部52形成首尾依次连通的蛇形管装结构的脊5。
参考图2和图3，阴极板1和阳极板2均开设有充气腔6，阴极板1和阳极板2上表面开设有进气口7，进气口7与充气腔6连通；阳极板2和阴极板1靠近催化剂层4的一侧均开设有透气孔8，透气孔8从背离催化剂层4的一端到靠近催化剂层4的一端的逐渐呈扩口状；催化剂层4分别与阳极板2和阴极板1相互靠近的侧壁抵接；脊5周向外壁开设有出气口53，脊5的始端开设有通孔54，通孔54与充气腔6连通；出气口53沿脊5的长度方向等距开设，且出气口53沿机的周向均匀分布。
参考图2和图3，使用时将气体通过进气口7充入充气腔6内，此时充气腔6内的气体经过透气孔8流向催化剂层4经过催化剂层4催化，同时充气腔6内的气体通过通孔54流向脊5内，此时在经过出气口53排出脊5外，进而实现了达到了提高双极板透气性的效果，同时脊5的设置提高了气体分布的均匀性。
参考图2和图3，充气腔6内固定连接有导向板9，导向板9靠近透气孔8的侧壁，从靠近进气口7的一端到远离进气口7的一端逐渐向靠近透气孔8的一侧倾斜。
本申请实施例高透气性复合金属燃料电池双极板的实施原理为：充气腔6、进气口7和透气孔8的设置提高了双极板的透气性，同时脊5、出气孔、通孔54与充气腔6配合使用，提高了气体与催化剂层4接触的均匀性。
本申请实施例还公开高透气性复合金属燃料电池双极板的制备方法。
包括以下步骤：
S1、阳极板2和阴极板1材料选择；
S2、阳极板2和阴极板1防腐蚀处理；
S3、阳极板2和阴极板1的制造成型；使用模压设备分别将阴极板1和阳极板2开设有透气孔8的一侧与未开设透气孔8的侧壁进行模压，再将模压产生的产品进行焊接，形成阴极板1或者阳极板2；
S4、阳极板2和阴极板1焊接；保证阴极板1和阳极板2开设有透气孔8的侧壁位于相互靠近的一侧。
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.高透气性复合金属燃料电池双极板，包括阴极板(1)和阳极板(2)，阴极板(1)与阳极板(2)之间夹接有质子交换膜(3)，质子交换膜(3)与阳极板(2)和阴极板(1)之间均设置有催化剂层(4)，阴极板(1)和阳极板(2)相互靠近的侧壁均固定有脊(5)，其特征在于：所述阴极板(1)和阳极板(2)均开设有充气腔(6)，阴极板(1)和阳极板(2)上表面均开设有进气口(7)，进气口(7)与充气腔(6)连通；阴极板(1)和阳极板(2)靠近质子交换膜(3)的侧壁开设有透气孔(8)；催化剂层(4)嵌设在脊(5)内，且催化剂层(4)分别与阴极板(1)和阳极板(2)相互靠近的侧壁抵接；脊(5)为空心管状结构，脊(5)周向外壁开设有出气口(53)；脊(5)的始端开设有通孔(54)，通孔(54)与充气腔(6)连通。
2.根据权利要求1所述的高透气性复合金属燃料电池双极板，其特征在于：所述透气孔(8)从背离催化剂层(4)的一端向靠近催化剂层(4)的一端逐渐呈扩口状。
3.根据权利要求1所述的高透气性复合金属燃料电池双极板，其特征在于：所述脊(5)包括传送部(51)和连通部(52)，传送部(51)长度方向与阴极板(1)长度方向相同，连通部(52)为弧形管状结构，传送部(51)通过连通部(52)形成首尾依次连通的蛇形管状的脊(5)。
4.根据权利要求1所述的高透气性复合金属燃料电池双极板，其特征在于：所述出气口(53)沿脊(5)的长度方向等距开设，且出气口(53)沿脊(5)的周向均匀分布。
5.根据权利要求1所述的高透气性复合金属燃料电池双极板，其特征在于：所述充气腔(6)内固定连接有导向板(9)，导向板(9)靠近透气孔(8)的侧壁，从靠近进气口(7)的一端到远离进气口(7)的一端逐渐向靠近透气孔(8)的一侧倾斜。
6.根据权利要求1-5任意一项权利要求所述的高透气性复合金属燃料电池双极板的制备方法，包括以下步骤：
S1、阳极板(2)和阴极板(1)材料选择；
S2、阳极板(2)和阴极板(1)防腐蚀处理；
S3、阳极板(2)和阴极板(1)的制造成型；
S4、阳极板(2)和阴极板(1)焊接；保证阴极板(1)和阳极板(2)开设有透气孔(8)的侧壁位于相互靠近的一侧。
7.根据权利要求6所述的高透气性复合金属燃料电池双极板的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，使用模压设备分别将阴极板(1)和阳极板(2)开设有透气孔(8)的一侧与未开设透气孔(8)的侧壁进行模压，再将模压产生的产品进行焊接，形成阴极板(1)或者阳极板(2)。
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