一种熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板的制备方法，包括以下步骤：1)选取五块不锈钢板，并加工制备中心板、阳极框板、阴极框板、阳极流场板及阴极流场板；2)将阳极流场板、阳极框板、中心板、阴极框板以及阴极流场板进行回火及整平处理，再将中心板、阳极框板和阴极框板通过激光焊接技术相连接，焊接完成后，在焊接位置涂刷密封材料层，最后将阳极流场板和阴极流场板分别放入第一通孔及第二通孔中，得熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板，该方法能够实现熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板的制备，且加工成本低，双极板的厚度及重量较小，密封性较高，省时省力。

Preparation of light bipolar plate for molten carbonate fuel cell

【技术实现步骤摘要】
一种熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板的制备方法
本专利技术属于氢能与燃料电池
，涉及一种熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板的制备方法。
技术介绍
熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是一种工作于650℃的高温燃料电池，具有不需要贵金属作催化剂、燃料来源广、噪音低、污染物基本达到近零排放、发电效率高、可实现热电联供等优点，适合于百千瓦级至兆瓦级分布式电站或固定电站，具有良好的发展前景。双极板是所有燃料电池的关键技术之一，其作用是分隔氧化气体和燃料气体，起集电和导电的作用，并构成气体流动的通道，同时还防止气体向外界泄露。此外，通过双极板的连接作用，将单个电池串联起来构成燃料电池堆，进行大功率的发电。因此，作为燃料电池的双极板，必须同时具备很高的导电性和平整度，合理的气流分配，而且自身重量还要轻些。而作为熔融碳酸盐燃料电池的双极板，除了具备上述要求外，由于在熔融盐腐蚀条件下运行，要求双极板具有抗氧化和还原以及抗电解质腐蚀的作用，并与其它组件之间有很好的热膨胀匹配特性，以防止由于密封不好而导致的燃料泄露。同时，由于熔盐的腐蚀作用，双极板的流道经常由于腐蚀而损坏，继续使用容易发生气体泄露。经过对现有技术的文献检索发现，美国专利号为6777126，该专利描述了一种由多层结构叠加而成的双极板，非常有利于工业化的生产。但在设计中，专门加入了冷却气体或液体的通路，但实际中，在燃料电池特别是熔融碳酸盐燃料电池双极板的设计中，并不需要有专门的冷却通道。中国专利号为CN1731608A，该专利描述了一种熔融碳酸盐燃料电池的双极板，其制作方法是先加工一个中心板，在板上四周开长方形的小孔，然后加工与中心板同样大小的掩模板，掩模板Y方向开大孔作为放置多孔波纹板的空间。这种方法比较繁琐，而且制作掩模板过程中去掉的大孔部分材料不能充分利用，造成材料的浪费。此外，按照该专利加工的双极板厚度也将达到5～7mm，而且该专利中心板四周加工的长方形孔实际上不利于电池堆的密封。中国专利号为CN101459253，该专利描述的双极板采用数控加工或腐蚀方法进行加工，为保证双极板的平整度，厚度在5～8mm，重量及加工成本都比较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板的制备方法，该方法能够实现熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板的制备，且加工成本低，双极板的厚度及重量较小，密封性较高，省时省力。为达到上述目的，本专利技术所述的熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板的制备方法所述熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板包括阳极流场板、阳极框板、中心板、阴极框板及阴极流场板，其中，阳极框板的中部开设有用于镶嵌阳极流场板的第一通孔，阴极框板的中部开设有用于镶嵌阴极流场板的第二通孔，阳极框板、中心板和阴极框板通过激光焊接技术相焊接，中心板四个角的位置处均设有通气孔；包括以下步骤：1)选取五块不锈钢板，在第一块不锈钢板上加工通气孔，并将第一块不锈钢板作为中心板，在第二块不锈钢板的中部加工第一通孔，并将第二块不锈钢板作为阳极框板，在第三块不锈钢板的中部加工第二通孔，并将第三块不锈钢板作为阴极框板；在第四块不锈钢板的表面采用线切割技术加工出阳极流道，并将第四块不锈钢板作为阳极流场板；在第五块不锈钢板的表面采用线切割技术加工出阴极流道，并将第五块不锈钢板作为阴极流场板；2)将阳极流场板、阳极框板、中心板、阴极框板以及阴极流场板进行回火及整平处理，再将中心板、阳极框板和阴极框板通过激光焊接技术相连接，焊接完成后，在焊接位置涂刷密封材料层，最后将阳极流场板和阴极流场板分别放入第一通孔及第二通孔中，得熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板。密封材料由熔盐电解质、水玻璃及LiAlO2粉末组成，且密封材料干燥后的熔点为650℃。阳极框板的厚度、阴极框板的厚度及中心板的厚度均为1-2mm；阳极框板、阴极框板及中心板的外形轮廓相同。阳极流场板的厚度及阴极流场板的厚度均为0.5-1mm。阳极流道及阴极流道均为蛇形流道。所述蛇形流道的厚度为0.5-1mm。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板的制备方法在具体操作时，基于线切割技术与激光焊接技术相结合，实现熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板的，具体的，采用线切割技术加工制备阳极流场板和阴极流场板，以替代传统机械加工或者腐蚀加工槽道的工序，缩短加工时间，简化加工工艺，降低加工成本，省时省力。另外，采用激光焊接技术将阳极框板、中心板和阴极框板相焊接，焊接完成后，在焊接位置涂刷密封材料层，密封性能较好，且密封材料层可根据实际运行情况随时进行补充，作为熔融碳酸盐燃料电池长寿命的重要保障，且阳极流场板、阳极框板、中心板、阴极框板及阴极流场板均采用不锈钢板加工而成，双极板的厚度及重量较小，且具有抗氧化、抗还原以及抗电解质腐蚀的作用，使得双极板的性能得到提高。附图说明图1为本专利技术的拆分图；图2为本专利技术中阳极框板2与阳极流场板1的装配图；图3为本专利技术中阳极框板2的结构示意图；图4为本专利技术中中心板3的结构示意图；图5为本专利技术中阳极流场板1的结构示意图。其中，1为阳极流场板、2为阳极框板、3为中心板、4为阴极框板、5为阴极流场板、6为通气孔、7为第一通孔、8为第二通孔。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参考图1至图5，熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板包括阳极流场板1、阳极框板2、中心板3、阴极框板4及阴极流场板5，其中，阳极框板2的中部开设有用于镶嵌阳极流场板1的第一通孔7，阴极框板4的中部开设有用于镶嵌阴极流场板5的第二通孔8，阳极框板2、中心板3和阴极框板4通过激光焊接技术相焊接，中心板3四个角的位置处均设有通气孔6。本专利技术所述的熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板的制备方法包括以下步骤：1)选取五块不锈钢板，在第一块不锈钢板上加工通气孔6，并将第一块不锈钢板作为中心板3，在第二块不锈钢板的中部加工第一通孔7，并将第二块不锈钢板作为阳极框板2，在第三块不锈钢板的中部加工第二通孔8，并将第三块不锈钢板作为阴极框板4；在第四块不锈钢板的表面采用线切割技术加工出阳极流道，并将第四块不锈钢板作为阳极流场板1；在第五块不锈钢板的表面采用线切割技术加工出阴极流道，并将第五块不锈钢板作为阴极流场板5；2)将阳极流场板1、阳极框板2、中心板3、阴极框板4以及阴极流场板5进行回火及整平处理，再将中心板3、阳极框板2和阴极框板4通过激光焊接技术相连接，焊接完成后，在焊接位置涂刷密封材料层，最后将阳极流场板1和阴极流场板5分别放入第一通孔7及第二通孔8中，得熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板。阳极框板2的厚度、阴极框板4的厚度及中心板3的厚度均为1-2mm；阳极流场板1的厚度及阴极流场板5的厚度均为0.5-1mm。阳极框板2、阴极框板4及中心板3的外形轮廓相同；阳极流道及阴极流道均为蛇形流道；所述蛇形流道的厚度为0.5-1mm。。中心板3、阳极框板2和阴极框板4通过激光焊接技术组合一起，焊接中保证其气密性。为保证双极板在长寿命(四万小时以上)周期运行中，激光焊接部分的脱焊风险，在激光焊接部分同时涂刷密封材料层，该密封材料层以熔盐电解质为主体，以水玻璃、LiAlO2粉末为辅助，浆料具有一定的流动性与粘性，其干燥后熔点在650℃左右。本专利技术中阳极流场板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板的制备方法，其特征在于，所述熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板包括阳极流场板(1)、阳极框板(2)、中心板(3)、阴极框板(4)及阴极流场板(5)，其中，阳极框板(2)的中部开设有用于镶嵌阳极流场板(1)的第一通孔(7)，阴极框板(4)的中部开设有用于镶嵌阴极流场板(5)的第二通孔(8)，阳极框板(2)、中心板(3)和阴极框板(4)通过激光焊接技术相焊接，中心板(3)四个角的位置处均设有通气孔(6)；包括以下步骤：1)选取五块不锈钢板，在第一块不锈钢板上加工通气孔(6)，并将第一块不锈钢板作为中心板(3)，在第二块不锈钢板的中部加工第一通孔(7)，并将第二块不锈钢板作为阳极框板(2)，在第三块不锈钢板的中部加工第二通孔(8)，并将第三块不锈钢板作为阴极框板(4)；在第四块不锈钢板的表面采用线切割技术加工出阳极流道，并将第四块不锈钢板作为阳极流场板(1)；在第五块不锈钢板的表面采用线切割技术加工出阴极流道，并将第五块不锈钢板作为阴极流场板(5)；2)将阳极流场板(1)、阳极框板(2)、中心板(3)、阴极框板(4)以及阴极流场板(5)进行回火及整平处理，再将中心板(3)、阳极框板(2)和阴极框板(4)通过激光焊接技术相连接，焊接完成后，在焊接位置涂刷密封材料层，最后将阳极流场板(1)和阴极流场板(5)分别放入第一通孔(7)及第二通孔(8)中，得熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板。...

【技术特征摘要】
1.一种熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板的制备方法，其特征在于，所述熔融碳酸盐燃料电池轻型双极板包括阳极流场板(1)、阳极框板(2)、中心板(3)、阴极框板(4)及阴极流场板(5)，其中，阳极框板(2)的中部开设有用于镶嵌阳极流场板(1)的第一通孔(7)，阴极框板(4)的中部开设有用于镶嵌阴极流场板(5)的第二通孔(8)，阳极框板(2)、中心板(3)和阴极框板(4)通过激光焊接技术相焊接，中心板(3)四个角的位置处均设有通气孔(6)；包括以下步骤：1)选取五块不锈钢板，在第一块不锈钢板上加工通气孔(6)，并将第一块不锈钢板作为中心板(3)，在第二块不锈钢板的中部加工第一通孔(7)，并将第二块不锈钢板作为阳极框板(2)，在第三块不锈钢板的中部加工第二通孔(8)，并将第三块不锈钢板作为阴极框板(4)；在第四块不锈钢板的表面采用线切割技术加工出阳极流道，并将第四块不锈钢板作为阳极流场板(1)；在第五块不锈钢板的表面采用线切割技术加工出阴极流道，并将第五块不锈钢板作为阴极流场板(5)；2)将阳极流场板(1)、阳极框板(2)、中心板(3)、阴极框板(4)以及阴极流场板(5)进行回火及整平处理，再将中心板(3)、阳极...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞云，程健，卢成壮，许世森，王保民，杨冠军，黄华，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11