[發明專利]一種燃料電池金屬雙極板及其制造方法

在審

• 申請號: 202010558037.1
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111554951A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 楊鳳銀;陳莉;周嵬;王潔;宋羽飛;周川
• 申請（專利權）人: 南京攀峰賽奧能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/026;H01M8/0276;H01M8/0286;H01M8/1007
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 鄧唯

本發明涉及一種燃料電池金屬雙極板及其制造方法，屬于質子交換膜燃料電池技術領域。本發明提供的雙極板的結構中，陰極流場脊上分布有圓孔，有利于脊下反應氣體與生成水的傳輸，也有利于脊處反應熱量的散發，有助于提高電流密度及其分布均勻性，同時提高燃料電池的性能與壽命；陰極流場槽兩側均勻地分布有斜向柵格，一方面迫使經過流場脊的部分未反應氣體流入陰極流場槽，流入陰極流場槽的這部分氣體對原本流經陰極流場槽的反應氣體起到氣堵的作用，即背壓作用，有利于提高燃料電池的電流密度。

技術領域

本發明涉及一種燃料電池金屬雙極板及其制造方法，屬于質子交換膜燃料電池技術領域。

背景技術

氫能是公認的清潔能源，具有“能量密度高、零排放、效率高、來源廣、可再生”的特點，符合環保和可持續發展的要求。而氫能源產業向來被譽為“沒有天花板的產業”，產業鏈巨大，涉及面廣，對相關產業和經濟發展有巨大帶動性。

氫的獲取不僅可以通過可再生能源制備，也可以借助傳統能源低碳化技術制取，氫能獲取方式的技術革命有助于推動我國傳統能源企業的跨越式發展，實現化石能源清潔化與清潔能源規模化愿景。

隨著國家對清潔能源的日益重視，我國開始加大對氫燃料電池領域的規劃和支持力度，政策出臺也越來越集中。2019年，氫能源發展首次進入政府工作報告，燃料電池成為我國新能源戰略重要一極。在技術破冰、國家支持政策非常明確的情況下，各地方支持政策、配套措施持續跟進。

燃料電池作為氫能產業鏈條的核心應用環節，其技術可靠度決定了氫能產業的進程，經過多年發展，我國燃料電池技術獲得長足進步，但在產業化方面還存在不足之處，如燃料電池電流密度偏低、燃料電池壽命有待提高等。

燃料電池的流場由槽與脊構成，氣體進入流場槽后在擴散作用下進入氣體擴散層后到達催化層表面參與反應，而氣體由流場槽到達流場脊所對應的催化層表面所經歷的路程較長，不利于提高燃料電池的電流密度及其分布均勻性，特別是在高電流密度下，流場脊所對應的催化層表面的反應氣體供給不足，不利于提高燃料電池的性能。另外，流場脊處的反應生成水也不易排出，易于造成水淹，影響燃料電池的壽命。

另外，目前PEMFC發動機的耐久性與預期有一定的差距。其中，PEMFC電堆（又名“氫燃料電池堆”，簡稱“電堆”）的壽命是影響PEMFC發動機的耐久性的重要因素，而電堆的密封性能是影響電堆壽命的關鍵因素之一。氫燃料電池堆是由多個單體電池以串聯方式層疊組合而成。單體電池電極連接時，必須要有嚴格的密封，密封不良會導致氫氣泄露，降低氫的使用率，影響氫燃料電池堆的效率，嚴重時會導致電池無法工作，影響電堆壽命。特別是高壓高功率密度氫燃料電池堆具有進氣壓力大的特點，對氣體密封的要求更為嚴格。從密封結構來看，質子交換膜燃料電池為多層結構，每一層中均包含能夠獨立進行電化學反應的物質輸送流道，為了防止反應物氫氣、空氣及冷卻液泄露，層與層之間設計有相應的密封結構，密封結構的可靠性直接決定了燃料電池的使用壽命。目前，國內主流的密封工藝有點膠密封與預制成形密封。對于點膠密封工藝，是采用點膠機在雙極板表面進行點膠，固化后的膠條有高低的誤差（雙極板上膠條的最高點與最低點差值＞50μm），特別是點膠節點與起始點很難處理，一方面容易導致雙極板氣密性不能合格，影響電堆的正常運行，另一方面由于膠條有高低的誤差，影響氣體擴散層的壓縮量的均勻性，從而影響電堆的壽命。采用預制成形（密封墊片）密封是指在雙極板上安裝硅橡膠密封墊片并與膜電極邊框進行擠壓密封，目前的預制成形密封墊片與雙極板的一體化操作過程繁瑣，效率不高，且難以實現連續化與自動化。

發明內容

本發明第一個目的是提供了一種新的雙極板結構，能夠有效提高催化層表面的反應氣體供給，提高電池性能。本發明的另一個目的是根據目前預制成形密封方法的缺點進行技術創新，提出了一種簡單、高效、高精度、成本低廉、易于實現連續化與自動化的燃料電池密封方法。