一种固体氧化物燃料电池阴极气体流场板及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种固体氧化物燃料电池阴极气体流场板，用于均匀分配氧化气和收集阴极电流，其由多个相互平行连接且尺寸相同的齿形波纹块构成，齿形波纹块由两个错开距离(7)后平行排列连接的齿形波纹条(3，4)构成，齿形波纹条(3，4)由多个相互交替连接的平顶凸台(2)和平板(1)构成，平顶凸台(2)呈齿形轮廓状，平板(1)连接所述平顶凸台(2)的根部，以形成齿形波纹状，平顶凸台(2)横截面形状为等腰梯形去掉下底边后的形状。本发明专利技术中燃料电池的阴极气体流场板可克服常见流场设计存在的气体压降大和燃料利用率低的问题。采用滚压成型工艺制备该流场板，其工艺简单，可精密成型，产品合格率高。

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物燃料电池阴极气体流场板及其制备方法
本专利技术涉及固体氧化物燃料电池
，具体涉及一种固体氧化物燃料电池阴极气体流场板及其辊压成型的制备方法。
技术介绍
随着阳极支撑型固体氧化物燃料电池(简称SOFC)的发展，新型电极和电解质材料的不断开发以及其电解质的薄膜化，SOFC的工作温度逐渐降低，采用低成本的耐热合金材料作为SOFC连接体材料成为可能。在平板式SOFC电堆中，连接体起到支撑电池、收集电流、分隔燃料气和氧化气的作用。通常在连接体阴极气体流场板上设计流道，流道不仅可以提高电池堆中气流分布的均匀性，而且可以促进单电池中的传质传热。合理的气体流场结构设计，要保证每一片电池有足够的压差，以提高电堆中单体电池间气流的均匀性。由于气道还作为连接体和阴极之间的电连接，同时起到分配氧化气和收集阴极电流的作用，所以在设计中一定要考虑气道和电极之间的接触面积，使接触电阻降到最低。阴极流场板气道的设计一直受到研究者的重视，根据流道的几何形状可将其分为：蛇形流场、平行流场、改进型的平行流场、变截面流场等。蛇形流场最突出的优点是在流道中的动态气流量大，流速快，但对于活性面积较大的电池而言，蛇形流道由于流道过长，引起压降较大和电流密度分布不均；平行流场设计简单，流道较短，气体流动阻力较小，适合做大活性面积的低压电池流场，但由于反应气体在流道中存留的时间短，不能充分反应，造成气体利用率低；改进型的平行流场是根据压力梯度来改进而设计的，此设计使反应气体能更好地扩散，但压力损失有所增加；变截面流场的加工难度很大，加工成本高，不利于商业化。由于阴极气体流场板不仅要实现气流的均匀分配和分布，同时要实现电堆的电连接，因此，对阴极气体流场板的成型加工及加工精度要求特别高。台湾元智大学(JournalofPowerSources,2008,185(2):1115-112)研究电化学刻烛成形工艺，虽然能够提高电流密度，但是其工艺效率较低，而且成形的流道表面光洁度不高，需要后续处理。美国弗吉利亚联邦大学(JournalofPowerSources,2007,172(2):725-733)研制出的液压胀形与压力焊接成形工艺能在一个工步上完成阴阳极板的液压成形和焊接成形，但只适用于阴、阳极板对称的情况。日本东北大学材料研究所(InternationalJournalofHydrogenenergy,2008,33(20):5678-5685)对镍基金属玻璃在过冷状态下采用热压铸成形工艺制备流场板，但此工艺技术含量较高，不易于标准化生产操作。近期还有研究波纹型的阴极流场板，以冲压成型工艺制备该种流场板，但是这种冲压工艺的模具设计复杂，而且成型的波纹板回弹变形大，精度低，由于是薄板冲压，也容易产生裂纹，产品合格率低，无法商业化生产。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种固体氧化物燃料电池阴极气体流场板及其制备方法，其目的在于提供一种阴极流场板，其具有的流场设计可克服常见的蛇形流场、平行流场、改进型的平行流场中存在的气体压降大以及燃料利用率低等问题，采用滚压成型工艺制备方法，其工艺简单，可精密成型，产品合格率高。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种燃料电池阴极气体流场板，用于支撑电池结构，收集电流，分隔燃料气和氧化气，其特征在于：其由多个相互平行连接且尺寸相同的齿形波纹块构成，所述齿形波纹块由两个错开距离后平行排列连接的齿形波纹条构成，所述齿形波纹条由多个相互交替连接的平顶凸台和平板构成，所述平顶凸台呈齿形轮廓状，所述平板连接所述平顶凸台的根部，以形成齿形波纹状；所述平顶凸台横截面形状为等腰梯形去掉下底边后的形状；所述平顶凸台和平板厚度相同，且无缝连接，且所述多个平板的尺寸均相同，所述多个平顶凸台的尺寸均相同。进一步的，所述平板的宽度和长度分别和所述平顶凸台顶面的宽度和长度相同。进一步的，所述齿形波纹板为整块材质相同的金属薄板在外界压力下塑性变形而得。进一步的，齿形波纹条间错开的距离同时小于所述平顶凸台顶面的宽度和所述平板的宽度。进一步的，所述平顶凸台顶面的宽度和所述平板的宽度均为1.4mm。进一步的，所述平顶凸台的高度为0.9mm。进一步的，所述平顶凸台的最大宽度处的宽度为2.4mm。本
技术实现思路
还提供了一种制备如上所述的固体氧化物燃料电池阴极气体流场板的滚压轮，其包括一对相互咬合的从动滚压轮和主动滚压轮，所述一对滚压轮可相对转动，其可用于生产如上所述的固体氧化物燃料电池阴极气体流场板。按照本专利技术的第二个方面，还提供了一种如上所述的燃料电池阴极气体流场板的制备方法，采用滚压成型工艺，该滚压成型工艺包括如下步骤：S1：设计并加工滚压轮，其中，根据平面板材到滚压轮圆周的点对点映射，设计一对可相互咬合的主动滚压轮和从动滚压轮，将其加工完成后装配在固定所述一对滚压轮的轧机上；S2：调整主动滚压轮和从动滚压轮间的间隙，其中，根据待加工的金属薄板的厚度调节所述间隙，所述间隙即为一对滚压轮相互咬合时咬合部位的凸模顶面和凹模底面间的距离；S3：开启一对滚压轮并加工，其中，给所述一对滚压轮提供驱动力使其相对滚动，喂送待加工的金属薄板，进行加工。进一步的，所述步骤S3中，沿着固定轨道向一对所述滚压轮喂送待加工的金属薄板，以防止走偏而保证加工精度。进一步的，所述步骤S2中，所述间隙为0.4～0.6mm。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术中流场板结构保证了气流横向混合和湍流，使气体充分接触而保证燃料成分利用，还显著提高气体的均匀性，且其无过长的流道，克服了蛇形流场过长而导致气体压降大的问题。2、本专利技术中的波纹板的反弧面为平顶凸台的顶面，其为一平面，将其设计为平面，可减少其制备过程中回弹变形，且可增加电池阴极和气体流场板的接触面积，因此大大降低了接触电阻，明显提高了电池的输出性能。3、本专利技术中采用滚压成型工艺的制备方法，其主动轧辊齿和从动轧辊齿同时进入啮合状态，板材受力比较均匀，不易被压裂，相比于冲压成型工艺，其成型精度高，产品合格率高。附图说明图1(a)是本专利技术实施例中燃料电池阴极气体流场板结构示意图；图1(b)是本专利技术实施例中燃料电池阴极气体流场板包含齿形波纹条结构示意图；图1(c)是本专利技术实施例中燃料电池阴极气体流场板包含的平顶凸台和平板结构示意图；图2是本专利技术实施例中燃料电池阴极气体流场板局部剖面图；图3是本专利技术实施例中制造燃料电池阴极气体流场板的一对滚压轮结构示意图；图4是本专利技术实施例中一对滚压轮加工状态示意图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-平板2-平顶凸台3-齿形波纹条4-齿形波纹条5-凸模顶面6-凹模底面7-错开距离具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1(a)是本专利技术实施例中燃料电池阴极气体流场板结构示意图，图1(b)是流场板包含的齿形波纹条结构示意图，该图中只给出了齿形波纹条本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体氧化物燃料电池阴极气体流场板，用于均匀分配氧化气和收集阴极电流，其特征在于，其由多个相互平行连接且尺寸相同的齿形波纹块构成，所述齿形波纹块由两个错开距离(7)后平行排列连接的齿形波纹条(3，4)构成，所述齿形波纹条(3，4)由多个相互交替连接的平顶凸台(2)和平板(1)构成，所述平顶凸台(2)呈齿形轮廓状，所述平板(1)连接所述平顶凸台(2)的根部，以形成齿形波纹状；所述平顶凸台和平板厚度相同，且无缝连接，且所述多个平板(1)的尺寸均相同，所述多个平顶凸台(2)的尺寸均相同。

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池阴极气体流场板，用于均匀分配氧化气和收集阴极电流，其特征在于，其由多个相互平行连接且尺寸相同的齿形波纹块构成，所述齿形波纹块由两个错开距离(7)后平行排列连接的齿形波纹条(3，4)构成，所述齿形波纹条(3，4)由多个相互交替连接的平顶凸台(2)和平板(1)构成，所述平顶凸台(2)呈齿形轮廓状，所述平板(1)连接所述平顶凸台(2)的根部，以形成齿形波纹状；所述平顶凸台和平板厚度相同，且无缝连接，且所述多个平板(1)的尺寸均相同，所述多个平顶凸台(2)的尺寸均相同；所述齿形波纹板为整块材质相同的金属薄板在外界压力下塑性变形而得，所述塑性变形为滚压成型工艺。2.如权利要求1所述的一种固体氧化物燃料电池阴极气体流场板，其特征在于，所述平板(1)的宽度和长度分别和所述平顶凸台(2)顶面的宽度和长度相同。3.如权利要求1或2所述的一种固体氧化物燃料电池阴极气体流场板，其特征在于，齿形波纹条(3)和齿形波纹条(4)错开的距离(7)同时小于所述平顶凸台顶面的宽度和所述平板(1)的宽度。4.如权利要求3所述的一种固体氧化物燃料电池阴极气体流场板，其特征在于，所述平...

【专利技术属性】
技术研发人员：李箭，李凯，颜冬，贾礼超，王欣，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42