[實用新型]一種微型燃料電池雙極板微流道加工刀具

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220516907.X
• 申請日: 2012-10-10
• 公開（公告）號: CN202805438U
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張仕偉;孫瓏;羅文杰;關(guān)沃歡;李華宙
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: B28D1/20
• 分類號: B28D1/20;B23D13/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及燃料電池制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種微型燃料電池雙極板微流道加工刀具。

背景技術(shù)

面向便攜式電子設(shè)備、便攜式軍用設(shè)備、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及微系統(tǒng)應(yīng)用的微型燃料電池正受到愈來愈廣泛的關(guān)注。由于微型燃料電池主要工作在常溫或中低溫的場合；因此目前各國均以微型質(zhì)子交換膜燃料電池（μPEMFC）?和微型直接甲醇燃料電池（μDMFC）作為研究重點。

雙極板作為微型質(zhì)子交換膜燃料電池堆中的主要部件之一，是電池組中體積最大和質(zhì)量最重的組成部件，約占整個質(zhì)子交換膜燃料電池總重量的80%，主要起著分隔反應(yīng)氣體、收集電流、將各個單電池串聯(lián)起來并通過流場為反應(yīng)氣進入電極及排水提供通道的作用。高質(zhì)量的流場板使得氣體擴散充分、傳質(zhì)效率高，電流密度均勻，提高電池電性能，同時，也可以有效降低電池堆的尺寸和重量。

微型燃料電池首先要解決的是雙極板微流道的微細制備成形；其次是如何提高功率密度，以保證PEMFC和DMFE微型化的同時，能產(chǎn)生足夠的功率。目前，MEMS技術(shù)是微型燃料電池雙極板微流道制備的主流技術(shù)，利用MEMS?中的光刻、腐蝕、濺射及體/表面加工等技術(shù)，可在硅晶片上刻蝕出微流道，然后利用薄膜制備技術(shù)在表面制備出Pt層、Au層等收集電流。另外，也可利用UV–LIGA和電鑄工藝制備雙極板微流道，首先用UV-LIGA工藝在基板上沉積微通道，再在表面上電鑄Cu作為導(dǎo)電層，但Cu在燃料電池工作環(huán)境中易被腐蝕。

MEMS技術(shù)制備的微流道寬度一般在300-500μm之間，深度在200-300μm之間，由于MEMS?技術(shù)衍生于微電子技術(shù)，需要超凈環(huán)境，工藝復(fù)雜，主要加工對象被限制在硅等材料上，而硅屬于脆性材料，難以制成薄板，不利于提高體積比功率和質(zhì)量比功率，亦不利于電堆的裝配，且硅的電導(dǎo)率較低，降低燃料電池的性能。

高純度的電導(dǎo)石墨是目前應(yīng)用最廣泛的雙極板材料，一般采用石墨粉、粉碎的焦碳與可石墨化的樹脂或者瀝青按比例混合，并在石墨化爐中嚴(yán)格按照一定的升溫程序，進行石墨化，再經(jīng)切割和研磨，制備成厚度2-5mm的石墨板。最后，再采用加工中心或者用電腦刻繪機在其表面刻繪需要的流場。這種方法難以加工出寬度在500μm以下的微流道，并且所需設(shè)備昂貴復(fù)雜，加工成本高。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的發(fā)明目的是針對現(xiàn)有微流道加工的技術(shù)不足，提供一種提高微流道加工精度的微型燃料電池雙極板微流道的加工刀具。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為：

提供一種微型燃料電池雙極板微流道的加工方法，包括如下步驟：

（1）在基板上鉆孔加工得到燃料氣體和氧化劑的輸入、輸出孔，并加工出相應(yīng)的主流道；

（2）將多齒刀具裝夾在普通刨床上并且緊定刀架，調(diào)整刨床加工行程及切削深度和切削速度；

（3）啟動刨床，進行單次微流道“正向—回程”雙行程加工；

（4）單次加工完成后，增加切削深度繼續(xù)加工，直到總切削深度達到所要求的微流道深度后停止，制得燃料電池微流道雙極板。

優(yōu)選地，所述的微流道為直形或蛇形。

優(yōu)選地，所述的基板材料為石墨或金屬。

優(yōu)選地，步驟（2），刨床加工行程為兩主流道的中心距離。

進一步提供一種微型燃料電池雙極板微流道的加工刀具，所述刀具具有多個使用線切割方法加工而成的刀齒，且每個刀齒具有相同的前后角；其中,前角????????????????????????????????????????????????為-45°～-60°，后角為0°～+15°。

優(yōu)選地，所述刀齒的數(shù)量等于微流道條數(shù)，刀齒的齒寬等于微流道寬度，所述刀齒的齒高比微流道深度大100μm～200μm，刀齒的齒間距為微流道脊寬。

優(yōu)選地，所述微流道的寬度為100μm～400μm、深度為100μm～400μm。?

本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：

（1）在相同流道總面積下，本實用新型的微流道與常規(guī)微流道相比，微流道數(shù)目更多，氣體傳質(zhì)路徑更均勻，更有利于氣體的均勻擴散、分布；因此，本實用新型的微流道雙極板能在低溫、低壓的微型化應(yīng)用場合下具有非常高的燃料和氧化劑傳質(zhì)效率。

(2)本實用新型的加工刀具與雙極板的接觸是面接觸，在切削時，雙極板整體受力均勻，能有效避免薄型雙極板（厚度低于1mm）因彈性變形或受力不均等原因而引起加工缺陷，非常適合于薄型雙極板的加工，從而提高燃料電池的功率密度。