一种用于燃料电池的双极板及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种用于燃料电池的双极板以及制造相关双极板的方法。所述双极板包括：(1)基板，所述基板表面设置有气体流道，所述基板边缘设置有边框，所述边框上设置有开口以供同极气体出入，并且所述基板上设置有至少一个穿孔；以及(2)位于所述穿孔中的导电填充物，所述导电填充物与所述基板组合形成电阻率小于等于1x10-4Ω·m的双极板，其中，所述基板是陶瓷板或塑料板。本发明专利技术的用于燃料电池的双极板由许多原本不能达到美国能源部要求、导电性非常不好、却非常廉价易得且容易加工的材料制成，制成的双极板完全满足美国能源部的要求，从而在提高双极板性能的同时，极大的拓宽了双极板的选材范围，极大的降低了双极板的制造成本。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请号为201410341642.8，申请日为2014年7月17日，专利技术名称为“一种用于燃料电池的双极板及其制造方法”的专利技术专利申请的分案申请
本专利技术涉及一种用于燃料电池的双极板及其制造方法。
技术介绍
燃料电池电堆双极板(以下称“双极板”)是燃料电池电堆系统的核心组成部分之一，其质量约占整个电堆系统的80％，其制造成本约占整个燃料电池电堆系统的总制造成本的45％。燃料电池电堆双极板主要包括极板和流场两部分；其中，极板的主要功能是导电、集电，流场的主要功能是阻隔阴阳两极气体并在每个单极侧引导气体流动。基于燃料电池电堆功能的需要，在制造双极板时，只有选取同时具备导电性、气密性、导热性、耐腐蚀性以及一定的结构强度等性质的材料，才能制造出满足美国能源部规定的燃料电池双极板基本工作条件的双极板。由于燃料电池电堆的主要作用是发电，因此导电、集电是双极板的基本功能，所以在选择制造双极板的材料时，需要优先满足导电性的功能需求，选择导电性好的材料。又因为一般导电性好的材料导热性也比较好，而且燃料电池电堆只有达到一定的温度才能工作，因此导电导热是电堆系统工作的基本条件。所以，在制造燃料电池电堆双极板时，通常选择同时具备导电性和导热性的材料，并且这种材料的导电性和导热性都应该达到美国能源部规定的双极板基本工作条件。双极板的基板(以下称“基板”)是双极板最主要的部分，能够发挥双极板的极板和流场功能，是双极板的基础部分。由于基板是双极板的基础部分，因此在制造基板时，通常也应选择同时具备导电性和导热性的材料，并且这种材料的导电性和导热性也都应该达到美国能源部规定的双极板基本工作条件。目前，基板采用的材料主要有两类：一类是同时具备导热性和导电性的单一材料，比如金属、纯石墨等。另一类是混合了导热导电材料后而同时具备导热性和导电性的复合材料，如复合石墨等。无论是单一材料还是复合材料，这种基板材料所同时具备的导电性和导热性都能达到美国能源部规定的燃料电池双极板基本工作条件。然而，虽然纯石墨具有高导电、高导热、耐腐蚀等优点，但是其仍然存在机械强度低、易碎，加工成本高等缺点，这就限制了石墨双极板的大规模使用。金属材料虽然具备高导电、高导热、机械强度高的特点，但是其不耐腐蚀，重量过大，这也使得其推广面临巨大的障碍。复合石墨材料相比于石墨材料虽然提高了机械强度，但其加工难度依然很大，加工成本也没有明显降低。同时，由于这种混合材料中的树脂部分一般不具备导电性和导热性，所以降低了双极板的性能。由此可见，由于双极板，主要是双极板的基板需要具备的性能比较多，能够全面满足其各种性能需求的可选材料非常少。因此在选择材料的时候，不得不在优先满足部分性能需求的同时降低对另一部分性能的要求，这就降低了燃料电池的效率，同时对燃料电池的性能产生了一定的影响。同时，这种选择材料的局限性，还增加了燃料电池的体积、重量，加大了制造的难度，提高了制造成本，成为了一个巨大的技术瓶颈，在多方面严重阻碍了燃料电池发展。燃料电池电堆双极板的制造技术是燃料电池发电部分的两大核心技术之一。目前，世界各国对于双极板材料的研究都投入了巨大的力量，以寻求一种在提升双极板性能的同时拓宽选材范围，最大限度地降低制造成本和加工难度的燃料电池的双极板及其制造方法。本专利技术提供的双极板及其制造方法解决了这个问题，并大幅度降低了双极板的制造成本，如大规模推广，必将在未来的燃料电池市场建立巨大的竞争优势。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种不受选材约束且成本低廉的双极板。所述双极板包括：(1)基板，所述基板表面设置有气体流道，所述基板边缘设置有边框，所述边框上设置有开口以供同极气体出入，并且所述基板上设置有至少一个穿孔；以及(2)位于所述穿孔中的导电填充物，所述导电填充物与所述基板组合形成电阻率小于等于1x10-4Ω·m的双极板，其中，所述基板是陶瓷板或塑料板。优选地，所述基板由导热率不小于20W/MK的材料制成。在本专利技术的一种实施方式中，所述基板由导热陶瓷或导热塑料制成。其中，所述导热陶瓷为氮化铝陶瓷或氧化铝陶瓷。所述导热塑料选自下列材料之一：导热液晶聚合物LCP、导热聚苯硫醚PPS、导热含氟聚合物PPA和导热聚酰胺PA。其中，导热液晶聚合物LCP为E2，导热聚苯硫醚PPS为E5101或D5108，导热含氟聚合物PPA为E3603，导热聚酰胺PA为E3607。在本专利技术的一种实施方式中，所述穿孔设置为使通过穿孔中每1平方毫米导电结构件的截面积的电流载流量不超过5安培。优选地，所述基板上还覆盖有第二导电层，所述第二导电层沿基板表面延伸至所述穿孔中的导电填充物。在可选的实施方式中，通过将导电材料附着在所述基板上，使该导电材料填充于所述穿孔内从而形成所述导电填充物。在可选的实施方式中，所述导电填充物通过3D打印填入所述穿孔中。所述导电填充物由金属或非金属或其化合物制成。优选地，所述金属选自下列金属中的至少一种：铜、金、银、镁、钼、钨、镍和铝，所述非金属选自下列材料中的至少一种：碳、硅和硒。在本专利技术优选的实施方式中，所述基板还包括设置在所述基板和所述导电填充物上的防腐层。所述防腐层由金属或非金属或其化合物制成。其中，所述金属选自下列金属中的至少一种：镍、钛、金、铂、铬和锌，所述非金属为碳或硅。在本专利技术更为优选的实施方式中，所述防腐层上还设置有导热集电体层。所述导热集电体层由金属泡沫体或非金属泡沫体制成。其中，所述金属泡沫体的金属选自下列金属中的至少一种：镍、钛、锌和铬。本专利技术的另一目的在于提供一种制造本专利技术的上述双极板的方法，所述方法包括：提供基板；在所述基板上设置至少一个穿孔；将导电填充物填充于所述穿孔中；从而形成电阻率小于等于1x10-4Ω·m的双极板；其中所述基板是塑料板或陶瓷板，所述基板表面设置有气体流道，所述基板边缘设置有边框，所述边框上设置有开口以供同极气体出入。所述穿孔设置为使通过穿孔中每1平方毫米导电结构件的截面积的电流载流量不超过5安培。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述方法还包括在所述基板上覆盖第二导电层，所述第二导电层沿基板表面延伸至所述穿孔中的导电填充物。在本专利技术的可选实施方式中，将所述导电材料附着在所述基板上，使该导电材料填充于所述穿孔内从而形成所述导电填充物。在本专利技术的可选实施方式中，所述导电填充物通过3D打印填入所述穿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池的双极板，其中，所述双极板包括：(1)基板，所述基板表面设置有气体流道，所述基板边缘设置有边框，所述边框上设置有开口以供同极气体出入，并且所述基板上设置有至少一个穿孔；以及(2)位于所述穿孔中的导电填充物，所述导电填充物与所述基板组合形成电阻率小于等于1x10‑4Ω·m的双极板，其中，所述基板是陶瓷板或塑料板。

【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池的双极板，其中，所述双极板包括：
(1)基板，所述基板表面设置有气体流道，所述基板边缘设置有边框，
所述边框上设置有开口以供同极气体出入，并且所述基板上设置有至少一个
穿孔；以及
(2)位于所述穿孔中的导电填充物，所述导电填充物与所述基板组合形
成电阻率小于等于1x10-4Ω·m的双极板，
其中，所述基板是陶瓷板或塑料板。
2.如权利要求1所述的双极板，其中，所述基板上还覆盖有第二导电层，
所述第二导电层沿基板表面延伸至所述穿孔中的导电填充物。
3.如权利要求1所述的双极板，其中，通过将导电材料附着在所述基板
上，使该导电材料填充于所述穿孔内从而形成所述导电填充物。
4.如权利要求1所述的双极板，其中，所述导电填充物通过3D打印填
入所述穿孔中。
5.如权利要求1至4中任一项所述的双极板，其中，所述穿孔设置为使
通过穿孔中每1平方毫米导电结构件的截面积的电流载流量不超过5安培。
6.如权利要求1至4中任一项所述的双极板，其中，所述导电填充物由
金属或非金属或其化合物制成。
7.如权利要求6所述的双极板，其中，所述金属选自下列金属中的至少
一种：铜、金、银、镁、钼、钨、镍和铝，所述非金属选自下列材料中的至
少一种：碳、硅和硒。
8.如权利要求1所述的双极板，其中，所述基板由导热率不小于20W/MK

\t的材料制成。
9.如权利要求8所述的双极板，其中，所述基板由导热陶瓷或导热塑料
制成。
10.如权利要求8所述的双极板，其中，所述导热陶瓷为氮化铝陶瓷或
氧化铝陶瓷。
11.如权利要求8所述的双极板，其中，所述导热塑料选自下列材料之
一：导热液晶聚合物LCP、导热聚苯硫醚PPS、导热含氟聚合物PPA和导热
聚酰胺PA。
12.如权利要求11所述的双极板，其中，导热液晶聚合物LCP为
导热聚苯硫醚PPS为或导
热含氟聚合物PPA为导热聚酰胺PA为13.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：向前，
申请(专利权)人：北京锦源创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11