双极板及其制备方法和具有其的燃料电池技术

本发明专利技术公开了一种双极板及其制备方法和具有其的燃料电池，制备方法包括：将金属板冲压形成带有冷却液沟槽的金属支撑层；将复合前驱体粉料平铺于金属支撑层的一侧，通过模压在金属支撑层的一侧形成带有复合材料流场的复合流场层，构成复合单板；将两个复合单板的金属支撑层的另一侧贴合连接，两个复合单板的冷却液沟槽构成冷却液流场，一个复合材料流场构成燃料流场，另一个复合材料流场构成氧化剂流场，得到双极板。根据本发明专利技术实施例的双极板的制备方法，能够制成兼具金属双极板和复合双极板的优点的双极板，即该双极板具有耐腐蚀性好、机械强度高、阻气性能强、导电导热率高、表面疏水能力强、加工工艺简单和便于构建冷却液流场等优点。

Bipolar plates, their preparation methods and fuel cells with them

The invention discloses a bipolar plate, a preparation method and a fuel cell with the bipolar plate. The preparation method includes: stamping the metal plate to form a metal support layer with a coolant groove; laying the composite precursor powder on one side of the metal support layer, forming a composite flow field layer with composite flow field on one side of the metal support layer by moulding, forming two composite veneers; The other side of the metal supporting layer of the composite veneer is joined together. The coolant grooves of the two composite veneers constitute the coolant flow field, one composite flow field constitutes the fuel flow field, the other composite flow field constitutes the oxidant flow field, and the bipolar plate is obtained. According to the preparation method of the bipolar plate according to the embodiment of the present invention, the bipolar plate with the advantages of both metal bipolar plate and composite bipolar plate can be made, that is, the bipolar plate has the advantages of good corrosion resistance, high mechanical strength, strong gas resistance, high conductivity and heat conductivity, strong surface hydrophobicity, simple processing technology and easy construction of cooling fluid flow field.

【技术实现步骤摘要】
双极板及其制备方法和具有其的燃料电池
本专利技术涉及燃料电池
，尤其是涉及一种双极板、具有所述双极板的燃料电池和双极板的制备方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种可以将燃料(通常为氢气或甲醇)和氧化剂(氧气或空气)的化学能直接转换成电能的一种装置，具有能量转换效率高、对环境无污染、结构简单、发电效率受负载变化影响小等优点，被认为是最具有发展前景的一类电池。特别是最近几年，随着新能源汽车的快速发展，燃料电池车(FCV)及质子交换膜燃料电池技术也得到了快速的提升。燃料电池是FCV的心脏，其核心零部件包括膜电极(MEA)、气体扩散层(GDL)及双极板(Bipolar)等几部分。其中，MEA是电化学反应的主要场所，GDL是气体扩散和水产物的主要通道，而双极板则是气体输运、收集电流的载体。相关技术中的双极板按材质分为石墨双极板、金属双极板和复合双极板三类，其中：石墨双极板耐腐蚀性好、价格低，但机械强度低、加工工艺繁琐、不利于批量化生产；金属双极板机械强度高、阻气性能强、导电导热率高，但耐腐蚀性差、板材易弯曲不利于封装、流场加工工艺难度大；复合双极板通常为石墨、树脂、添加剂等材料复合而成，表面疏水能力强、加工工艺简单，但机械强度低、电导率差、阻气性能不佳。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种双极板，该双极板兼具金属双极板和复合双极板的优点，即具有耐腐蚀性好、机械强度高、阻气性能强、导电导热率高、表面疏水能力强、加工工艺简单和便于构建冷却液流场等优点。本专利技术还提出一种具有所述双极板的燃料电池。本专利技术还提出一种双极板的制备方法。根据本专利技术的第一方面的实施例提出一种双极板，所述双极板包括：第一复合单板，所述第一复合单板包括第一金属支撑层和第一复合流场层，所述第一复合流场层设于所述第一金属支撑层的一侧且构造有燃料流场，所述第一金属支撑层的另一侧构造有第一冷却液沟槽；第二复合单板，所述第二复合单板包括第二金属支撑层和第二复合流场层，所述第二复合流场层设于所述第二金属支撑层的一侧且构造有氧化剂流场，所述第二金属支撑层的另一侧构造有第二冷却液沟槽；所述第一金属支撑层的所述另一侧与所述第二金属支撑层的所述另一侧相连，所述第一冷却液沟槽和所述第二冷却液沟槽共同构成冷却液流场。根据本专利技术实施例的双极板，兼具金属双极板和复合双极板的优点，即具有耐腐蚀性好、机械强度高、阻气性能强、导电导热率高、表面疏水能力强、加工工艺简单和便于构建冷却液流场等优点。根据本专利技术的一些具体实施，所述第一金属支撑层的所述另一侧与所述第二金属支撑层的所述另一侧通过复合粘结剂相连，所述复合粘结剂的成分和比例与所述第一复合流场层和所述第二复合流场层相同。进一步地，所述第一金属支撑层的所述另一侧设有第一密封沟槽，所述第二金属支撑层的所述另一侧设有与所述第一密封沟槽位置对应的第二密封沟槽，所述复合粘结剂设于所述第一密封沟槽和所述第二密封沟槽内。根据本专利技术的一些具体示例，所述第一金属支撑层构造有第一燃料进口、第一氧化剂进口、第一冷却液进口、第一燃料出口、第一氧化剂出口和第一冷却液出口；所述第二金属支撑层构造有第二燃料进口、第二氧化剂进口、第二冷却液进口、第二燃料出口、第二氧化剂出口和第二冷却液出口；所述第一燃料进口和第二燃料进口共同构成与所述燃料流场连通的燃料进口，所述第一氧化剂进口和第二氧化剂进口共同构成与所述氧化剂流场连通的氧化剂进口，所述第一冷却液进口和所述第二冷却液进口共同构成与所述冷却液流场连通的冷却液进口，所述第一燃料出口和第二燃料出口共同构成与所述燃料流场连通的燃料出口，所述第一氧化剂出口和第二氧化剂出口共同构成与所述氧化剂流场连通的氧化剂出口，所述第一冷却液出口和所述第二冷却液出口共同构成与所述冷却液流场连通的冷却液出口。进一步地，所述第一密封沟槽邻近所述第一金属支撑层的边缘设置且围绕所述第一冷却液沟槽、所述第一燃料进口、所述第一氧化剂进口、所述第一冷却液进口、所述第一燃料出口、所述第一氧化剂出口和所述第一冷却液出口；所述第二密封沟槽邻近所述第二金属支撑层的边缘设置且围绕所述第二冷却液沟槽、所述第二燃料进口、所述第二氧化剂进口、所述第二冷却液进口、所述第二燃料出口、所述第二氧化剂出口和所述第二冷却液出口。根据本专利技术的一些具体示例，所述第一密封沟槽的深度为0.3mm～0.6mm，所述第一密封沟槽的宽度为2.0mm～3.5mm；所述第二密封沟槽的深度为0.3mm～0.6mm，所述第二密封沟槽的宽度为2.0mm～3.5mm。根据本专利技术的一些具体示例，所述第一冷却液沟槽的深度为0.3mm～0.6mm，所述第一冷却液沟槽在所述第一金属支撑层上的正投影的面积占所述第一金属支撑层的总面积的60％～89％；所述第二冷却液沟槽的深度为0.3mm～0.6mm，所述第二冷却液沟槽在所述第二金属支撑层上的正投影的面积占所述第二金属支撑层的总面积的60％～89％。根据本专利技术的一些具体示例，所述第一金属支撑层和所述第二金属支撑层的厚度相等且为0.05mm～0.12mm；所述第一复合流场层和所述第二复合流场层的厚度相等且为0.4mm～1.0mm。根据本专利技术的一些具体实施，所述第一金属支撑层和所述第二金属支撑层的材料相同且为不锈钢和钛合金中的一种；所述第一复合流场层和所述第二复合流场层的材料相同且包括石墨材料、树脂材料和导电添加剂，所述石墨材料、所述树脂材料和所述导电添加剂的质量比为(60～85)：(14～32)：(1～8)。进一步地，所述石墨材料包括膨胀石墨、天然石墨和人造石墨；所述树脂材料包括酚醛树脂、环氧树脂和聚酰亚胺；所述导电添加剂包括碳纳米管、石墨烯和气相生长炭纤维。根据本专利技术的第二方面的实施例提出一种燃料电池，所述燃料电池包括根据本专利技术的第一方面的实施例所述的双极板。根据本专利技术实施例的燃料电池，通过利用根据本专利技术的第一方面的实施例所述的双极板，具有耐腐蚀性好、机械强度高、阻气性能强、导电导热率高、表面疏水能力强、加工工艺简单和便于构建冷却液流场等优点。根据本专利技术的第三方面的实施例提出一种双极板的制备方法，所述双极板的制备方法包括：获取金属板，将金属板冲压形成带有冷却液沟槽的金属支撑层；获取复合前驱体粉料，将所述复合前驱体粉料平铺于所述金属支撑层的一侧，通过模压在所述金属支撑层的一侧形成带有复合材料流场的复合流场层，所述金属支撑层及其上的复合流场层构成复合单板；将两个所述复合单板的金属支撑层的另一侧贴合连接，两个所述复合单板的冷却液沟槽共同构成冷却液流场，两个所述复合单板中的一个的复合材料流场构成燃料流场且另一个的复合材料流场构成氧化剂流场，得到双极板。根据本专利技术实施例的双极板的制备方法，能够制成兼具金属双极板和复合双极板的优点的双极板，即该双极板具有耐腐蚀性好、机械强度高、阻气性能强、导电导热率高、表面疏水能力强、加工工艺简单和便于构建冷却液流场等优点。根据本专利技术的一些具体实施，在对所述金属板冲压时，同时冲压出密封沟槽；将所述复合前驱体粉料平铺于所述金属支撑层的一侧时，同时将所述复合前驱体粉料平铺于所述密封沟槽；在连接两个所述复合单板的金属支撑层的另一侧时，将两个所述复合单板的边缘及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双极板，其特征在于，包括：第一复合单板，所述第一复合单板包括第一金属支撑层和第一复合流场层，所述第一复合流场层设于所述第一金属支撑层的一侧且构造有燃料流场，所述第一金属支撑层的另一侧构造有第一冷却液沟槽；第二复合单板，所述第二复合单板包括第二金属支撑层和第二复合流场层，所述第二复合流场层设于所述第二金属支撑层的一侧且构造有氧化剂流场，所述第二金属支撑层的另一侧构造有第二冷却液沟槽；所述第一金属支撑层的所述另一侧与所述第二金属支撑层的所述另一侧相连，所述第一冷却液沟槽和所述第二冷却液沟槽共同构成冷却液流场。

【技术特征摘要】
1.一种双极板，其特征在于，包括：第一复合单板，所述第一复合单板包括第一金属支撑层和第一复合流场层，所述第一复合流场层设于所述第一金属支撑层的一侧且构造有燃料流场，所述第一金属支撑层的另一侧构造有第一冷却液沟槽；第二复合单板，所述第二复合单板包括第二金属支撑层和第二复合流场层，所述第二复合流场层设于所述第二金属支撑层的一侧且构造有氧化剂流场，所述第二金属支撑层的另一侧构造有第二冷却液沟槽；所述第一金属支撑层的所述另一侧与所述第二金属支撑层的所述另一侧相连，所述第一冷却液沟槽和所述第二冷却液沟槽共同构成冷却液流场。2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述第一金属支撑层的所述另一侧与所述第二金属支撑层的所述另一侧通过复合粘结剂相连，所述复合粘结剂的成分和比例与所述第一复合流场层和所述第二复合流场层相同。3.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于，所述第一金属支撑层的所述另一侧设有第一密封沟槽，所述第二金属支撑层的所述另一侧设有与所述第一密封沟槽位置对应的第二密封沟槽，所述复合粘结剂设于所述第一密封沟槽和所述第二密封沟槽内。4.根据权利要求3所述的双极板，其特征在于，所述第一金属支撑层构造有第一燃料进口、第一氧化剂进口、第一冷却液进口、第一燃料出口、第一氧化剂出口和第一冷却液出口；所述第二金属支撑层构造有第二燃料进口、第二氧化剂进口、第二冷却液进口、第二燃料出口、第二氧化剂出口和第二冷却液出口；所述第一燃料进口和第二燃料进口共同构成与所述燃料流场连通的燃料进口，所述第一氧化剂进口和第二氧化剂进口共同构成与所述氧化剂流场连通的氧化剂进口，所述第一冷却液进口和所述第二冷却液进口共同构成与所述冷却液流场连通的冷却液进口，所述第一燃料出口和第二燃料出口共同构成与所述燃料流场连通的燃料出口，所述第一氧化剂出口和第二氧化剂出口共同构成与所述氧化剂流场连通的氧化剂出口，所述第一冷却液出口和所述第二冷却液出口共同构成与所述冷却液流场连通的冷却液出口。5.根据权利要求4所述的双极板，其特征在于，所述第一密封沟槽邻近所述第一金属支撑层的边缘设置且围绕所述第一冷却液沟槽、所述第一燃料进口、所述第一氧化剂进口、所述第一冷却液进口、所述第一燃料出口、所述第一氧化剂出口和所述第一冷却液出口；所述第二密封沟槽邻近所述第二金属支撑层的边缘设置且围绕所述第二冷却液沟槽、所述第二燃料进口、所述第二氧化剂进口、所述第二冷却液进口、所述第二燃料出口、所述第二氧化剂出口和所述第二冷却液出口。6.根据权利要求3-5中任一项所述的双极板，其特征在于，所述第一密封沟槽的深度为0.3mm～0.6mm，所述第一密封沟槽的宽度为2.0mm～3.5mm；所述第二密封沟槽的深度为0.3mm～0.6mm，所述第二密封沟槽的宽度为2.0mm～3.5mm。7.根据权利要求1-5中任一项所述的双极板，其特征在于，所述第一冷却液沟槽的深度为0.3mm～0.6mm，所述第一冷却液沟槽在所述第一金属支撑层上的正投影的面积占所述第一金属支撑层的总面积的60％～89％；所述第二冷却液沟槽的深度为0.3mm～0.6mm，所述第二冷却液沟槽在所述第二金属支撑层上的正投影的面积占所述第二金属支撑层的总面积的60％～89％。8.根据权利要求1-5中任一项所述的双极板，其特征在于，所述第一金属支撑层和所述第二金属支撑层的厚度相等且为0.05mm～0.12mm；所述第一复合流场层和所述第二复合流场层的厚度相等且为0.4mm～1.0mm。9.根据权利要求1-5中任一项所述的双极板，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张喆，郑学森，徐少禹，张媛，
申请(专利权)人：北京福田戴姆勒汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11