[發明專利]一種板料沖壓成型金屬雙極板

有效

• 申請號: 200710011002.0
• 申請日: 2007-04-18
• 公開（公告）號: CN101290994A
• 公開（公告）日: 2008-10-22
• 發明（設計）人: 陽貽華;李丹;臧振明;孫佰文
• 申請（專利權）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/24;H01M4/86
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 馬馳;周秀梅

技術領域

本發明涉及質子交換膜燃料電池的雙極板，具體地說是一種可用于質子交換膜燃料電池的板料沖壓成型金屬雙極板結構，其可提高雙極板利用率。

背景技術

PEMFC直接把儲存在燃料(如氫氣)和氧化劑(如空氣)中的化學能轉化為電能，在地面發電站、交通運輸和便攜電源等領域都具有巨大的應用前景。PEMFC單電池的電壓很低(0.6～0.7V)，為了獲得有用的電流和電壓，需要把多個單電池串聯起來構成一個電池堆。分割相鄰兩個單電池的隔板叫雙極板。雙極板是PEMFC的一個多功能組件，它的基本作用是向燃料電池電極提供反應物和為電池堆內相鄰電池提供電連接，同時從電池內排出產物水和反應熱。良好的雙極板必須滿足許多材料和結構要求：

1.具有良好的電導率(≥10scm^-1)；

2.具有良好得導熱系數(≥20Wcm^-1K^-1)；

3.良好的氣密性(＜10^-4mbar?cm³s^-1cm^-2)；

4.在酸性水氣、氧氣和熱的條件下耐腐蝕；

5.體積小重量輕；

6.材料便宜和加工成本低。

良好的電導率是保證在滿負荷工作時雙極板的電壓損失小于3％；良好的導熱系數是保證具有較低的溫度梯度。

石墨具有良好的電導率和優良的耐腐蝕性能，密度也很低，是傳統PEMFC雙極板的首選材料。但是，石墨缺乏機械強度，柔軟性不好，導致石墨雙極板比較厚，而且機加工流場耗時長，成本過大，無法滿足PEMFC商業化要求的大規模廉價生產。

利用聚合物和石墨粉(或碳粉)混合制備復合雙極板是PEMFC的另一個選擇，它具有成本低、重量輕和容易生產等優點。氣體分布通道可以采用真空或壓縮等方式直接加工在雙極板上，不需要機械加工。復合雙極板的特性主要取決于石墨粉與聚合物的比例，和聚合物的種類。盡管有大量的關于制備復合雙極板的專利文獻，但是，目前還沒有商業化的廉價產品出售，其主要原因是制備帶氣體流場的復合雙極板的模具價格昂貴，脫膜困難，成品率低，導致復合雙極板價格依然昂貴。

金屬具有良好的導電、導熱特性和柔韌性，多少年來人們一直在探討包括不銹鋼、鋁和鈦等板作為PEMFC雙極板的可能性，也取得了可喜的進步。金屬雙極板通常采用兩種形式，一種是流場與集流板分開的方式，即集流板采用不銹鋼等技術光板，金屬網流場金屬網，如美國專利US6,207,310[文獻1.Wilson；Mahlon?S.；Zawodzinski；Christine，”Fuel?cellwith?metal?screen?flow-field”，[P].US6,207,310]，其不足之處是金屬網固定困難，多層網很難保證所有節電池的匹配均勻。另一種方式是采用沖壓或擠壓等方式把流場直接壓制在薄金屬板上，把具有陽極流場的單極板和具有陰極流場的陰極板焊接或粘結在一起，構成雙極板，中間形成排熱流體通道[文獻2.Rock；Jeffrey?A，“Stamped?bipolar?plate?for?PEM?fuel?cellstack”，[P]US?6,503,653]。但實際上，要想利用兩片單極直接粘結或焊接在一起，即能滿足兩板之間的水通道，又保證足氣體通過公用管道進入各個流場通道的暢通，在沖壓板結構上是很難實現的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可擴大雙極板有效利用面積的板料沖壓成型金屬雙極板。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種板料沖壓成型金屬雙極板，包括一個金屬陽極單極板，一個金屬陰極單極板，陽極單極板和陰極單極板上分別設置有氧化劑、還原劑及冷卻介質的公用通道，在陽極單極板與陰極單極板之間設置有水框，水框內填充有作為排熱水流場的拉伸金屬網；所述氧化劑公用通道、還原劑公用通道、冷卻介質公用通道及陽極單極板和陰極單極板的邊沿均向外翻折有筒狀的突起。

所述突起的高度為0.2～0.5mm；所述金屬陽極單極板的外側表面上可成型有陽極流場；所述金屬陰極單極板的外側表面上可成型有陰極流場。

本發明具有如下優點：

1.利用沖壓過程使需要密封部分的單極板突起0.2～0.5mm，代替傳統的密封溝槽，降低了密封件占雙極板面積，大幅度的提高了雙極板的有效利用面積，提高了雙極板利用率。

2.陽極流場板、陰極流場板和水流場可以獨立優化，使各個流場能夠為滿足燃料電池反應具有最佳的結構。