一种用于燃料电池的阴极流场板及其加工方法技术

一种用于燃料电池的阴极流场板及其加工方法，阴极流场板包括：流场板本体；流场板本体上设有矩形凹面框；矩形凹面框内具有至少四条流道沟槽；所述矩形凹面框内至少有两条流道沟槽同矩形凹面框成一定锐角夹角，并同时至少有两条流道沟槽与上述沟槽成相反角度；所述矩形凹面框内的流道沟槽间的部分为导电板；所述导电板上设有矩阵分布的菱形点块立体结构；所述加工方法包括：在流场板本体上加工出一个矩形凹面框；在所述矩形凹面框内加工出菱形点块，最终形成菱形点块立体结构的阴极流场板。本发明专利技术提供的阴极流场板，提供足够的自呼吸气体交换通道，使得氧气供给更加均匀，防止水滴阻塞所述流场板通孔，有效地增加开孔率，降低膜电极死区面积。

A Cathode Flow Field Plate for Fuel Cell and Its Processing Method

A cathode flow field plate for fuel cell and its processing method include: the flow field plate body; a rectangular concave frame is arranged on the flow field plate body; at least four channel grooves are arranged in the rectangular concave frame; at least two channel grooves in the rectangular concave frame are angled with the rectangular concave frame at a certain angle, and at least two channel grooves are phase formed with the grooves. The reverse angle; the part between the channel grooves in the rectangular concave frame is a conductive plate; the conductive plate has a three-dimensional structure of diamond-shaped points with matrix distribution; the processing method includes: a rectangular concave frame is machined on the body of the flow field plate; a diamond-shaped point block is machined in the rectangular concave frame, and finally a cathode flow field plate with a three-dimensional structure of diamond-shaped points block is formed. The cathode flow field plate provided by the invention provides sufficient self-breathing gas exchange channels, makes oxygen supply more uniform, prevents water droplets from blocking the through holes of the flow field plate, effectively increases the opening rate and reduces the dead zone area of the membrane electrode.

【技术实现步骤摘要】
一种用于燃料电池的阴极流场板及其加工方法
本专利技术属于燃料电池领域，具体涉及一种用于燃料电池的阴极流场板及其加工方法。
技术介绍
在燃料电池中，阴极氧气供给对电池性能具有关键性的影响。自呼吸式燃料电池阴极结构需要暴露在空气环境中，供给的氧气依赖扩散和对流作用，需要穿越阴极流场板、扩散层和微孔层到达阴极催化层，才能完成催化反应。燃料电池的阴极流场板具有传导电子、传输氧气和支撑膜电极的作用。目前采用的电池主要采用孔洞集电板和平行集电板，但设计过程中发现：对于燃料电池阴极来说，更高的阴极流场板开孔率会减少阴极膜电极上的死区，提高催化剂的利用率，能够有效改善电池性能，而受到设计加工方法和材料的限制，目前孔洞流场板和平行流场板很难达到60％以上的开孔率。传统点状流场板开孔率较高，但是缺乏适用于自呼吸式燃料电池的气体通道。如果采用完全敞开结构，燃料电池的膜电极又缺乏有效机械支撑和电流收集，电池性能也较差。此外，在燃料电池反应过程中，阴极电化学反应会逐渐生成过量的水堵塞孔洞，抑制氧气传递，降低电池性能，威胁到电池长时间运行的稳定性。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本专利技术提供一种用于燃料电池的阴极流场板及其加工方法。本专利技术提供的技术方案是：一种用于燃料电池的阴极流场板，包括：流场板本体；所述流场板本体上设有矩形凹面框；所述矩形凹面框内具有至少两条贯通所述流场板本体的流道沟槽；所述矩形凹面框内的流道沟槽间的部分为导电板；所述导电板上设有矩阵分布的菱形点块立体结构。优选的，所述导电板的数目至少为1；当所述导电板的数目为多个时，多个所述导电板平行设置。优选的，所述菱形点块为多个，呈矩阵型均匀分布于每个所述导电板上。优选的，所述导电板与所述矩形凹面框的锐角夹角范围为：45°～75°。优选的，所述阴极流场板的表面进行镀金和镀氮化钛处理；所述阴极流场板的材质为金属板，所述阴极流场板的厚度范围为：2mm～10mm。优选的，所述导电板的宽度范围为：0.5mm～2mm；所述流道沟槽的宽度范围为：0.5mm～2mm；所述流道沟槽和所述导电板宽度的比例范围为：1:2～2:1；所述菱形点块的高度范围为：1mm～5mm。基于同一专利技术目的，本法明还提供一种用于燃料电池的阴极流场板的加工方法，包括：在流场板本体上加工出一个矩形凹面框；在所述矩形凹面框内加工出菱形点块，最终形成菱形点块立体结构的阴极流场板。优选的，所述在所述矩形凹面框内加工出菱形点块，最终形成菱形点块立体结构的阴极流场板，包括：在所述矩形凹面框内加工出同所述矩型凹面框呈一定角度，且贯通所述流场板本体的正向沟槽。优选的，所述在所述矩形凹面框内加工出菱形点块，最终形成菱形点块立体结构的阴极流场板，还包括：在所述矩形凹面框内再加工出与所述正向沟槽呈相反角度且不贯通所述流场板本体的反向沟槽；两种呈相反角度的沟槽在所述矩形凹面框内形成菱形点块。优选的，所述在所述矩形凹面框内加工出菱形点块，包括：根据液滴在所述菱形点块上生成的大小，调整所述正向沟槽的宽度和所述菱形点块的高度、边长及间距。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有以下有益效果：(1)本专利技术提供的一种用于燃料电池的阴极流场板，包括：流场板本体；所述流场板本体上设有矩形凹面框；所述矩形凹面框内具有至少两条贯通所述流场板本体的流道沟槽；所述矩形凹面框内的流道沟槽间的部分为导电板；所述导电板上设有矩阵分布的菱形点块立体结构；本专利技术提供的阴极流场板，提供足够的自呼吸气体交换通道，使得氧气供给更加均匀，防止水滴阻塞所述流场板通孔，有效地增加开孔率，降低膜电极死区面积。(2)本专利技术提供的技术方案，采用导电板支撑菱形点块立体结构，保证性能稳定，对比传统的点状流场板，本专利技术发的流场板能提供足够的自呼吸气体交换通道；对比平行流场板，矩阵分布使得氧气供给更加均匀。(3)本专利技术提供的技术方案，采用菱形点块立体结构，在堆体竖直摆放时，采用菱形点块的斜面结构会有效地疏导生成的水滴，使其以淌滴的形式排出流场，不会阻塞孔洞。(4)本专利技术提供的技术方案，采用金属板作为阴极流场板材料，在其表面镀金和镀氮化钛处理，以防止流场板受到腐蚀。(5)本专利技术提供的技术方案，采用的流道沟槽，可以提高开孔率，高的开孔率可以改善膜电极阴极气体传输能力，可以根据极板材料和膜电极的特点优化选择合适的流道沟槽和导电板宽度。(6)本专利技术提供的技术方案，矩形凹面框和导电板所成角度可以使得菱型点变得更加细长，增加菱型斜面陡峭度，进而提高双极板的排水能力，可以根据阴极板材料和膜电极的特点优化选择合适的矩形凹面框和导电板的角度。附图说明图1为本专利技术的阴极流场板结构示意图；图2为图1的西北轴侧视图；图3为本专利技术的阴极流场板加工步骤1示意图，其中(a)为阴极流场板加工正视图，(b)为阴极流场板加工西北轴侧视图；图4为本专利技术的阴极流场板加工步骤2示意图，其中(a)为阴极流场板加工正视图，(b)为阴极流场板加工西北轴侧视图；图5为本专利技术的阴极流场板加工步骤3示意图，其中(a)为阴极流场板加工正视图，(b)为阴极流场板加工西北轴侧视图；其中，1-流场板本体；2-流道沟槽；3-导电板；4-菱形点块；5-矩形凹面框。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。如图1至图5所示，本实施例提供的一种用于燃料电池的阴极流场板，包括：流场板本体；所述流场板本体1上设有矩形凹面框5；所述矩形凹面框5内具有至少两条贯通所述流场板本体1的流道沟槽2；所述矩形凹面框5内的流道沟槽2间的部分为导电板3；所述导电板3上设有矩阵分布的菱形点块4立体结构。优选的，所述导电板3的数目至少为1；当所述导电板3的数目为多个时，多个所述导电板3平行设置。优选的，所述菱形点块4为多个，呈矩阵型均匀分布于每个所述导电板3上。优选的，所述导电板3与所述矩形凹面框5的锐角夹角范围为：45°～75°。优选的，所述阴极流场板的表面进行镀金和镀氮化钛处理；所述阴极流场板的材质为金属板，所述阴极流场板的厚度范围为：2mm～10mm。优选的，所述导电板3的宽度范围为：0.5mm～2mm；所述流道沟槽2的宽度范围为：0.5mm～2mm；所述流道沟槽2和所述导电板3宽度的比例范围为：1:2～2:1；所述菱形点块4的高度范围为：1mm～5mm。基于同一专利技术构思，本实施例还提供一种用于燃料电池的阴极流场板的加工方法，包括：在流场板本体1上加工出一个矩形凹面框5；在所述矩形凹面框5内加工出菱形点块4，最终形成菱形点块立体结构的阴极流场板。优选的，所述在所述矩形凹面框内加工出菱形点块，最终形成菱形点块立体结构的阴极流场板，包括：在所述矩形凹面框内加工出同所述矩型凹面框呈一定角度，且贯通所述流场板本体的正向沟槽。优选的，所述在所述矩形凹面框内加工出菱形点块，最终形成菱形点块立体结构的阴极流场板，还包括：在所述矩形凹面框内再加工出与所述正向沟槽呈相反角度且不贯通所述流场板本体的反向沟槽；两种呈相反角度的沟槽在所述矩形凹面框内形成菱形点块。优选的，所述在所述矩形凹面框内加工出菱形点块，包括：根据液滴在所述菱形点块上生成的大小，调整所述正向沟槽的宽度和所述菱形点块的高度、边长及间距。正向沟槽为流道沟槽，反向沟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于燃料电池的阴极流场板，其特征在于，包括：流场板本体；所述流场板本体上设有矩形凹面框；所述矩形凹面框内具有至少两条贯通所述流场板本体的流道沟槽；所述矩形凹面框内的流道沟槽间的部分为导电板；所述导电板上设有矩阵分布的菱形点块立体结构。

【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池的阴极流场板，其特征在于，包括：流场板本体；所述流场板本体上设有矩形凹面框；所述矩形凹面框内具有至少两条贯通所述流场板本体的流道沟槽；所述矩形凹面框内的流道沟槽间的部分为导电板；所述导电板上设有矩阵分布的菱形点块立体结构。2.如权利要求1所述的阴极流场板，其特征在于，所述导电板的数目至少为1；当所述导电板的数目为多个时，多个所述导电板平行设置。3.如权利要求1所述的阴极流场板，其特征在于，所述菱形点块为多个，呈矩阵型均匀分布于每个所述导电板上。4.如权利要求1所述的阴极流场板，其特征在于，所述导电板与所述矩形凹面框的锐角夹角范围为：45°～75°。5.如权利要求1所述的阴极流场板，其特征在于，所述阴极流场板的表面进行镀金和镀氮化钛处理；所述阴极流场板的材质为金属板，所述阴极流场板的厚度范围为：2mm～10mm。6.如权利要求1所述的阴极流场板，其特征在于，所述导电板的宽度范围为：0.5mm～2mm；所述流道沟槽的宽度范围为：0.5mm～2mm；所述流道沟槽和所述导电板...

【专利技术属性】
技术研发人员：王一拓，田君，佟蕾，胡道中，陈潇，赵鼎，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11