CN2552171Y - 一种质子交换膜燃料电池用的双极板结构 - Google Patents

一种质子交换膜燃料电池用的双极板结构 Download PDF

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张熙贵
钦佩
李志林
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Abstract

本实用新型涉及一种质子交换膜燃料电池用的双极板结构。其特征在于电流场板和密封板条；流场板由三个层面构成。在极板边缘中心到凹凸槽顶端和底端的高度相等，密封橡胶高度合适，以便密封后质子交换膜非活性部分和活性部分能处在同一个平面上。可以根据需要通过模压或冲压制成条状流场、蛇形流场和点状流场中一种。可塑性的柔性石墨和导电的普通金属网(板)通过简单的机械加工而获得加工容易、造价低廉的双极板。

Description

一种质子交换膜燃料电池用的双极板结构
技术领域
本实用新型涉及一种质子交换膜燃料电池用的双极板结构，更确切地说是可以根据需要通过模压或冲压方法制作成多种形状的流场板结构。属于燃料电池领域。
背景技术
质子交换膜燃料电池(Proton Exchanged Membrane Fuel Cell，PEMFC)被誉为21世纪前50年的最为理想能源之一。其集中优势表现为能量转换效率高(大于50％)、清洁无污染、安静、可在室温条件下快速启动等等。因而，质子交换膜燃料电池有望在未来成为电动汽车、家庭、影院、旅馆、超市等公私场所的主要能源，成为移动、非移动能源的生力军。特别是作为电动车的主电源，质子交换膜燃料电池是世界各国科研工作者研究方向的首选对象。但是和其它的燃料电池一样，质子交换膜燃料电池的制造成本偏高，造成了商业化运做的巨大困难。其中，双极板的设计和加工费用是影响质子交换膜燃料电池成本非常重要的因素。加拿大的巴拉德动力公司(BallardPower System Co.)开发的MK5 5KW质子交换膜型燃料电池采用的多通道蛇形流场石墨板，仅其流场加工成本就占了整个电池成本的60～70％。可以肯定的是，如果双极板的制造费用不能得到有效地降低，质子交换膜燃料电池大规模进入商品市场机会难以出现。所以，降低双极板的制造费用是当务之急。目前，质子交换膜燃料电池所采用的双极板材料分为石墨和金属两大类型。其中石墨类多为普通无孔石墨板材。虽然这种材料的导电性好、无腐蚀问题，但脆性大，机械加工困难，并且普通石墨板的厚度不能低于0.3mm，否则流场加工难度极大。金属类双极板主要集中在不锈钢和钛、铌等抗腐蚀能力强的金属及其合金，也有少量报道采用普通金属(如镁、铜等)表面改性的方法来获得双极板材料。金属类双极板的优点是导电性好，极板厚度可以很小，流场设计加工容易，加工精度也很高；缺点是存在氢脆现象，存在腐蚀问题，且价格仍然偏高。表面改性的普通金属板因其改性难度较大、技术尚未成熟，研究保密程度高而使其实际应用受到了很大的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种质子交换膜燃料电池用双极板结构，避免和克服目前质子交换膜燃料电池双极板结构设计存在的不足之处。
本发明提供的一种质子交换膜燃料电池的双极板结构，由两个主要部分组成：流场板和密封板条。流场板由三个层面构成，中间为普通导电金属板(网)，上下两层为可塑性强的柔性石墨层，可以根据需要通过模压或者冲压制作成多种形状的流场结构，如条状流场、蛇型流场和点状流场等。为了严格保证气密性，防止窜气，在极板边缘非电化学活性部分开有沟槽；同时在加工时使流场板边缘中心到凹凸槽顶端和底端的高度相等，并保证密封橡胶高度合适，以便密封后质子交换膜非活性部分和活性部分处在同一平面上，达到完全可靠密封的目的。
本发明的一个积极效果是，使用简单的机械加工就可以获得多种形状的流场板，并且加工容易，材料和制造成本都很低。也即用可塑性的柔性石墨和导电的普通金属板(网)通过简单的机械加工而获得加工容易、造价低廉的质子交换膜电池用的双极板。
附图说明
图1是使用冲压的方式获得的条状流道双极板结构示意图。
图2是使用模压方式获得的蛇型流道结构双极板结构示意图。
其中：图2-1是蛇形流道结板；图2-2是双极板结构示意图；图2-3是流道板的三个层面和沟槽剖面图。
具体实施方式
实施例1
将金属薄板1和柔性石墨薄板2通过冲压的方式得到条状流道双极板(参见附图1，图中只画出了完整双极板结构的一半)。为了严格保证气密性，防止窜气，加工时，在极板边缘非电化学活性部分开有沟槽3，供绝缘橡胶板条密封三合一组件使用。同时在加工时使流场板边缘中心到凹凸槽顶端和底端的高度相等，并保证密封橡胶高度合适，以便密封后质子交换膜非活性部分和活性部分能处在同一个平面上，达到完全可靠密封的目的。
本实施例制造的双极板可以作为多单体串/并联质子交换膜电池的双极板，也可以用于一个单体电池中，只不过在后一种结构中，不需要在极板下端加工安装绝缘橡胶板条的沟槽。
实施例2
将金属薄板1和柔性石墨薄板2通过模压的方式得到蛇型流道双极板(参见附图2)。为了严格保证气密性，防止窜气，加工时，在极板边缘非电化学活性部分开有沟槽3，供绝缘橡胶垫圈密封三合一组件使用。同时在加工时使流场板边缘中心到凹凸槽顶端和底端的高度相等，并保证密封橡胶高度合适，以便密封后质子交换膜非活性部分和活性部分能处在同一个平面上，达到完全可靠密封的目的。
本实施例制造的双极板可以用于钮扣式质子交换膜燃料电池作双极板，图中双极板为在单体电池结构使用的情形，也可以在多单体串/并联电池结构中使用。不同之处在于，后一种情况需要在加工时使流场板边缘中心到凹凸槽顶端和底端的高度相等，并保证密封橡胶高度合适，以便密封后质子交换膜非活性部分和活性部分能处在同一个平面上，达到完全可靠密封的目的。

Claims (3)

1.一种质子交换膜燃料电池用的双极板结构，其特征在于：
(1)它由流场板和密封板条组成；
(2)流场板由三个层面构成；
(3)在极板边缘非电化学活性部分开有沟槽，流场板边缘中心到凹凸槽底端和顶端的高度相等，使密封后非活性部分和活性部分处在同一平面上。
2.按权利要求1所述的质子交换膜燃料电池用的双极板结构，其特征在于组成流场板的三个层面是中间为普通导电金属板或金属网，上、下两层为可塑性强的柔性石墨层。
3.按权利要求1或2所述的质子交换膜燃料电池用的双极板结构，其特征在于流场板或为条状或为蛇形或为点状流场。
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