CN209389138U - 金属双极板 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种金属双极板，包括：阳极底片(1)、阴极底片(2)；所述阳极底片(1)与所述阴极底片(2)之间设有密封垫(3)；所述阴极底片(2)与所述密封垫(3)相邻的一面设有冷却水流道板(4)，所述阴极底片(2)的另一面设有阴极流道板(5)；所述阳极底片(1)与所述密封垫(3)相背的一面设有阳极流道板(14)。本实用新型的金属双极板，与现有技术中整体式冲压成型的双极板不同，底片与流道板分体装配，不需采用昂贵的冲压模具设备，避免了冲压成型中材料内应力集中，工件开裂等隐患，生产成本低，工艺流程简单，具有很高的实用价值。

Description

金属双极板

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，具体涉及一种金属双极板。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种清洁环保，适用于汽车、飞机，便携式电源，备用电源的电化学发生装置。质子交换膜燃料电池是氢能新能源汽车发动机的核心部件，而双极板是质子交换膜燃料电池除了交换膜以外的另一个核心组成部分，占电池重量的70％以上，在电池总成本中也占接近一半，起到收集传导电流、分隔氧化剂和还原剂以及支撑电池等作用。

由于燃料电池特殊的工作环境，要求双极板除了具有类似金银等贵金属的高导电性，像石墨一样的强耐蚀性和像荷叶表面的疏水性外，同时还要具有高的机械强度、高的阻气能力和低成本、易加工等特性。直接采用贵金属制造双极板将使燃料电池具有极高的成本价格，而直接采用石墨制造双极板，双极板较厚，重量大，且易碎，撞击安全性差，不宜用来制造汽车发动机所用的电池电堆。

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冲压成型工艺，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冲压拉伸成型，然而在冲压过程中，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。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种金属双极板，模块化结构，制造成本低，加工工艺简单。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种金属双极板，包括：

阳极底片、阴极底片；阳极底片与阴极底片之间设有密封垫；

阴极底片与密封垫相邻的一面设有冷却水流道板，阴极底片的另一面设有阴极流道板；

阳极底片与密封垫相背的一面设有阳极流道板。

本实用新型的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，冷却水流道板、阴极流道板焊接连接在阴极底片上；和/或，阳极流道板焊接连接在阳极底片上。

优选的，阳极底片为金属平板件，和/或，阴极底片为金属平板件。

优选的，冷却水流道板沿金属双极板长度方向的截面为梯形或半弧形的冷却水波纹结构，冷却水波纹结构两面分别构成供冷却水沿金属双极板宽度方向流动的腔体结构。

优选的，阴极流道沿金属双极板宽度方向的截面为梯形或半弧形的阴极波纹结构，阴极流道上还设有阴极流道孔，阴极流道孔连通阴极波纹结构的两面，构成供工作介质在阴极波纹结构的两面之间流动的排水支路。

优选的，阴极波纹结构采用辊压工艺加工而成，阴极流道孔采用冲压工艺加工，连通阴极波纹结构的两面。

优选的，阳极流道板包括第一阳极流道板、第二阳极流道板，第一阳极流道板上设有沿金属双极板长度方向延伸的第一竖流道组；第二阳极流道板上设有沿金属双极板长度方向延伸的第二竖流道组，第二竖流道组的两端分别设有横流道组；

第一阳极流道板与第二阳极流道板叠置安装，第一竖流道组的两端贯穿横流道组，横流道组能够汇流阳极流道板的反应水，还能够将氢气分配到所有的第一竖流道组。

优选的，第一竖流道组为激光切割或冲压加工而成，第一竖流道组为直线形流道、蛇形流道或变截面流道；和/或，第二竖流道组为激光切割或冲压加工而成，第二竖流道组为直线形流道、蛇形流道或变截面流道；和/或，横流道组为激光切割或冲压加工而成，横流道组为直线形流道、蛇形流道或变截面流道。

优选的，阳极底片、阴极底片、冷却水流道板、阴极流道板、阳极流道板装配后，对金属双极板进行多弧离子镀工艺处理，在金属双极板表面形成耐蚀导电涂层。

一种金属金属双极板加工方法，包括：阳极底片、阴极底片、冷却水流道板、阴极流道板、阳极流道板分别独立加工成型；

将冷却水流道板、阴极流道板分别装配并固定在阴极底片上；和/或，将阳极流道板装配并固定在阳极底片上。

本实用新型提供的金属双极板至少具有下列有益效果：

本实用新型的金属双极板，与现有技术中整体式冲压成型的双极板不同，底片与流道板分体装配，不需采用昂贵的冲压模具设备，避免了冲压成型中材料内应力集中，工件开裂等隐患，生产成本低，工艺流程简单，具有很高的实用价值。

附图说明

图1为本实用新型实施例的金属双极板的装配示意图；

图2为本实用新型实施例的金属双极板去除密封垫后的局部侧视图；

图3为本实用新型实施例的冷却水流道板的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的阴极流道板的结构示意图；

图5为图3中A的放大图；

图6为本实用新型实施例的第一阳极流道板的结构示意图；

图7为本实用新型实施例的第二阳极流道板的结构示意图；

图8为本实用新型实施例的阳极流道板的结构示意图；

图9为本实用新型实施例中焊接工装结构示意图。

附图标记表示为：

1、阳极底片；2、阴极底片；3、密封垫；4、冷却水流道板；5、阴极流道板；6、冷却水波纹结构；7、阴极波纹结构；8、阴极流道孔；9、第一阳极流道板；10、第二阳极流道板；11、第一竖流道组；12、第二竖流道组；13、横流道组；14、阳极流道板；15、激光焊接机；16、固定螺栓；17、第一夹具板；18、第二夹具板；19、T形槽口；20、矩形槽口。

具体实施方式

结合参见图1至图8所示，一种金属双极板，包括：阳极底片1、阴极底片2；阳极底片1与阴极底片2之间设有密封垫3；阴极底片2与密封垫3相邻的一面设有冷却水流道板4，阴极底片2的另一面设有阴极流道板5；阳极底片1与密封垫3相背的一面设有阳极流道板。

本实用新型实施例提供的一种金属双极板，与现有技术中整体式冲压成型的双极板不同，底片与流道板分体装配，不需采用昂贵的冲压模具设备，避免了冲压成型中材料内应力集中，工件开裂等隐患，生产成本低，工艺流程简单，具有很高的实用价值。

本实施例中，冷却水流道板4、阴极流道板5焊接连接在阴极底片2上；和/或，阳极流道板焊接连接在阳极底片1上。

阳极底片1为金属平板件，和/或，阴极底片2为金属平板件。具体是利用高速冲床，按照设计图纸，将厚0.05-0.2mm的金属板材冲压出阳极底片1和阴极底片2。本实施例的阳极底片1和阴极底片2也可以通过线切割、激光切割、水刀切割等设备在金属板材上切割成型。阳极底片1和阴极底片2的材料可以为不锈钢、钛、铝或铜等金属材料。

本实施例中，冷却水流道板4沿金属双极板长度方向的截面为梯形或半弧形的冷却水波纹结构6，冷却水波纹结构6两面的波谷构成同时供两股冷却水沿金属双极板宽度方向流动的双腔结构。冷却水流道板4采用辊压工艺，将厚度0.05-0.2mm的金属板件辊压成截面为梯形或半弧形的冷却水波纹结构6，冷却水波纹结构6的波谷宽度为0.3-1mm，深度为0.1-1mm。本实施例的双腔结构，同时通过两股冷却水流动，与同样深度宽度的冷却槽相比，冷却水波纹结构6的冷却水通过量要大。

本实施中，阴极流道板5沿金属双极板宽度方向的截面为梯形或半弧形的阴极波纹结构7，阴极流道板5上还设有阴极流道孔8，阴极流道孔8连通阴极波纹结构7两面的波谷，构成供工作介质在阴极波纹结构7两面的波谷之间流动的排水支路。

阴极波纹结构7采用辊压工艺加工而成，使用0.05-0.2mm厚度的金属板通过辊压工艺加工出阴极波纹结构7，阴极波纹结构7的波谷宽度为 0.5-1.5mm，深度为0.1-1mm，波谷两侧壁的夹角为0-15°；阴极流道孔8采用冲压工艺加工，沿横向或斜向连通阴极波纹结构7两面的波谷，阴极流道孔 8均匀布置在阴极波纹结构7的波谷的两侧壁上。阴极流道孔8可以为孔径为 0.5-2mm的圆孔、方孔或异形孔。阴极流道孔8可以连通相邻的波谷，使波谷之间连接形成支路，阴极流道板5整体形成一种立体结构，一些小水滴在表面张力作用和空气吹扫压力下，汇聚成小股水流，更加利于水排出。同时，阴极流道板5上某些部位堵塞附着的水滴也不会完全堵塞空气通过，不会造成下游反应部位缺少反应空气的状况。

本实施例中，阳极流道板14包括第一阳极流道板9、第二阳极流道板10，第一阳极流道板9上设有沿金属双极板长度方向延伸的第一竖流道组11；第二阳极流道板10上设有沿金属双极板长度方向延伸的第二竖流道组12，第二竖流道组12的两端分别设有横流道组13。

第一竖流道组11为激光切割或冲压加工而成，第一竖流道组11为宽度 0.3-1mm的直线形流道、蛇形流道或变截面流道；和/或，第二竖流道组12为激光切割或冲压加工而成，第二竖流道组12为直线形流道、蛇形流道或变截面流道；和/或，横流道组13为激光切割或冲压加工而成，横流道组13为直线形流道、蛇形流道或变截面流道。

第一阳极流道板9与第二阳极流道板10采用焊接或粘接叠置安装，第一竖流道组11的两端贯穿横流道组13，横流道组13能够汇流阳极流道板14的反应水，还能够将氢气分配到所有的第一竖流道组11。第一阳极流道板9与第二阳极流道板10可以用碳纸碳布等其他材料制作，其材料的孔隙可更好的分配反应气体。

为保证工作介质更好的流入和流出阳极流道板14，第一阳极流道板9的介质出入口处分别设有T形槽口19，第二阳极流道板10的介质入口处分别设有矩形槽口20，当第一阳极流道板9与第二阳极流道板10叠置安装后，T形槽口19与矩形槽口20可以形成透水性更好的层叠式通道。

本实用新型还提供一种金属双极板加工方法，包括：阳极底片1、阴极底片2、冷却水流道板4、阴极流道板5、阳极流道板14分别独立加工成型；将冷却水流道板4、阴极流道板5分别装配并焊接固定在阴极底片2上；和/或，将阳极流道板14装配并固定在阳极底片1上。

本实施例中，阳极底片1、阴极底片2、冷却水流道板4、阴极流道板5、阳极流道板14通过如图9所示的焊接工装依次焊接装配。焊接工装包括第一夹具板17、第二夹具板18，第一夹具板17、第二夹具板18通过固定螺栓16 将流道板与底片固定后，通过激光焊接机15完成焊接。阳极流道板14与阳极底片1焊接装配时，需保证第二阳极流道板10与阳极底片1直接接触。

本实施例中，金属双极板装配完成后，对金属双极板进行多弧离子镀工艺处理，在金属双极板表面形成耐蚀导电涂层。

本实施例提供金属双极板采用底片与流道板的分体设计，焊接转配，加工工艺简单，制造成本低，不会造成工件开裂，具有可观的使用价值。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种金属双极板，其特征在于，包括：

阳极底片(1)、阴极底片(2)；所述阳极底片(1)与所述阴极底片(2)之间设有密封垫(3)；

所述阴极底片(2)与所述密封垫(3)相邻的一面设有冷却水流道板(4)，所述阴极底片(2)的另一面设有阴极流道板(5)；

所述阳极底片(1)与所述密封垫(3)相背的一面设有阳极流道板(14)。

2.根据权利要求1所述的金属双极板，其特征在于，所述冷却水流道板(4)、阴极流道板(5)焊接连接在所述阴极底片(2)上；和/或，所述阳极流道板(14)焊接连接在所述阳极底片(1)上。

3.根据权利要求1所述的金属双极板，其特征在于，所述阳极底片(1)为金属平板件，和/或，所述阴极底片(2)为金属平板件。

4.根据权利要求1所述的金属双极板，其特征在于，所述冷却水流道板(4)沿金属双极板长度方向的截面为梯形或半弧形的冷却水波纹结构(6)，所述冷却水波纹结构(6)两面分别构成供冷却水沿金属双极板宽度方向流动的腔体结构。

5.根据权利要求1所述的金属双极板，其特征在于，所述阴极流道板(5)沿金属双极板宽度方向的截面为梯形或半弧形的阴极波纹结构(7)，所述阴极流道上还设有阴极流道孔(8)，所述阴极流道孔(8)连通所述阴极波纹结构(7)的两面，构成供工作介质在所述阴极波纹结构(7)的两面之间流动的排水支路。

6.根据权利要求5所述的金属双极板，其特征在于，所述阴极波纹结构(7)采用辊压工艺加工而成，所述阴极流道孔(8)采用冲压工艺加工，连通所述阴极波纹结构(7)的两面。

7.根据权利要求1所述的金属双极板，其特征在于，所述阳极流道板(14)包括第一阳极流道板(9)、第二阳极流道板(10)，所述第一阳极流道板(9)上设有沿金属双极板长度方向延伸的第一竖流道组(11)；所述第二阳极流道板(10)上设有沿金属双极板长度方向延伸的第二竖流道组(12)，所述第二竖流道组(12)的两端分别设有横流道组(13)；

所述第一阳极流道板(9)与所述第二阳极流道板(10)叠置安装，所述第一竖流道组(11)的两端贯穿所述横流道组(13)，所述横流道组(13)能够汇流所述阳极流道板的反应水，还能够将氢气分配到所有的第一竖流道组(11)。