[發明專利]一種簡單結構的金屬沖壓雙極板

有效

• 申請號: 201410715713.6
• 申請日: 2014-11-28
• 公開（公告）號: CN105702968B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 艾軍;侯明;鄭利民;邵志剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M8/0258
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明涉及一種金屬沖壓雙極板，所述金屬沖壓雙極板由兩個零件組成，包括陽極側單極板和陰極側單極板，通過焊接等方法將陽極側單極板和陰極側單極板裝配成為金屬沖壓雙極板。所述金屬沖壓雙極板包括陽極側流場、陰極側流場和冷卻劑流場；在所述金屬沖壓雙極板的上下兩端設置有燃料氣體總管、氧化劑氣體總管及冷卻劑總管；在所述金屬沖壓雙極板周邊及燃料氣體總管、氧化劑氣體總管、冷卻劑總管四周周邊設置密封槽，用來設置密封墊以分別密封燃料氣體、氧化劑氣體及冷卻劑。所述金屬沖壓雙極板的結構非常簡單，僅具有陽極側單極板及陰極側單極板兩個零件，因此制造和后續的裝配工序都相對簡單，非常適于大規模加工制造并降低成本，有助于推進燃料電池的實際應用。

技術領域

本發明涉及用于燃料電池技術領域，具體涉及一種簡單結構的燃料電池用金屬沖壓雙極板。

背景技術

質子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種可以室溫快速啟動的低噪音、高能量轉換效率的零排放發電裝置。質子交換膜燃料電池可用于移動電源、便攜電源、車載電源、固定式電站等，可以滿足多領域的用電需要，是最接近于實際應用的燃料電池之一。

雙極板是質子交換膜燃料電池的重要部件之一，起到分布流體、收集電流、管理生成水和管理生成熱的重要作用，維持電池處于良好的工作狀態。傳統的雙極板如石墨雙極板、復合雙極板都存在一些限制其應用環境和提高性能的因素，如石墨雙極板抗震性差，無法制造得更輕薄，裝配力難于控制，成本高；復合雙極板雖然在機械強度方面有了長足進步，但由于其采用的材料及零部件較多，加工裝配相對繁瑣，其質量比功率、體積比功率也難于進一步提高，成本也難于進一步降低。相對而言，金屬雙極板可以加工非常輕薄，在質量比功率、體積比功率方面均有大幅提高，同時能夠滿足導電性優良、傳熱性好、機械強度高等要求。而且采用沖壓加工單極板，適于大規模生產，可以嚴格控制其成本。

由于金屬沖壓雙極板所具有的優勢，其應用越來越廣泛。但是目前開發應用的金屬雙極板多采用三個、甚至更多零件，來實現雙極板的功能。如TOYOTA公司的一種金屬雙極板(美國專利Pub No.：US 2014/0045101 A1)，其結構上不但具有兩個單極板，還需要一個帶有冷卻劑流道中間夾層，即具有三個零件。再如HONDA公司的一種金屬雙極板(美國專利Pub.No.:US2014/0248549 A1)，其結構上不僅有兩個單極板，而且其冷卻劑流場是靠每個單極板背面上的彈性密封原件在一定的裝配壓力作用下形成的，即該種金屬雙極板具有四個零件。采用的零件越多，材料種類越多，則加工、裝配的成本會越高，其在加工、裝配和運行過程中出現問題的幾率也會提高，同時會增加后續維護、維修成本，對燃料電池的連續運行不利。

發明內容

本發明提供的金屬沖壓雙極板在結構上僅具有兩個零件，且只有焊接(或者粘接)一道裝配工序。因此，本發明的金屬沖壓雙極板可以進一步降低雙極板的加工成本，這有助于推動金屬雙極板的應用，更有助于改善燃料電池存在的成本高的問題，推進其實際應用的進程。

本發明的技術方案：將雙極板的所有功能結構集成到兩個單極板上，尤其是將冷卻劑流場分別整合到陽極側單極板和陰極側單極板背面，從而在兩個單極板裝配后，形成一個完整的冷卻劑流場，這樣就能夠充分利用陽極側單極板和陰極側單極板的正反面結構、空間。本發明的金屬沖壓雙極板只有兩個零件，只有焊接(或者粘接)一道裝配工序，因此，即降低了加工制造的成本，也減少了加工制造出現問題的幾率，提高了成品率；同時這也會減少后續運行過程中，金屬沖壓雙極板出問題的幾率，進而減少了維護、維修及停車次數，降低運行成本并節約時間成本。本發明的金屬沖壓雙極板是將如下的主要雙極板功能結構集成到陽極側單極板和陰極側單極板的正、反面上(以與膜電極相接觸的單極板板面為正面，與膜電極不相接觸的板面為背面)：

a.陽極側流場、陰極側流場和冷卻劑流場；

b.燃料氣體總管、氧化劑氣體總管和冷卻劑總管；

c.陽極板側密封槽、陰極板側密封槽；