一种质子交换膜燃料电池的金属冲压双极板制造技术

本实用新型专利技术涉及一种质子交换膜燃料电池的金属冲压双极板，属于双极板结构技术领域。上述双极板包括由金属板制成的阴极板和阳极板，阴极板与阳极板反面相互配合并通过焊接形成冷却水流场流道；冷却水流场流道两端分别通过冷却水分配流道连通冷却水进口和冷却水出口，冷却水分配流道包括设置在上下两侧的平行流道和与平行流道连通的垂直流道；平行流道与冷却水流场流道平行，垂直流道与冷却水流场流道垂直连通；平行流道的末端设置密封件，冷却水经由平行流道进入垂直流道。本实用新型专利技术在冷却水分配流道的末端分别设置有密封件，从而改变冷却水的湍流方向，使得冷却水分配更加均匀。匀。匀。

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池的金属冲压双极板


[0001]本技术涉及燃料电池
，具体提供一种质子交换膜燃料电池的金属冲压双极板。

技术介绍

[0002]质子交换膜氢燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称PEMFC)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。
[0003]氢燃料电池两电极的反应分别为：阳极(负极)：2H2–
4e＝4H
+
；阴极(正极)：O2+4e+4H
+
＝2H2O。由于质子交换膜只能传导质子，因此氢质子可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外电路才能到达阴极。当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。以阳极为参考时，阴极电位为1.23V。也即每一单电池的发电电压理论上限为1.23V。接有负载时输出电压取决于输出电流密度，通常在0.5～1V之间。将多个单电池层叠组合就能构成输出电压满足实际负载需要的燃料电池堆。
[0004]燃料电池是一种直接利用氢能发电的装置，将氢气与氧气反应产生的化学能转化成可用的的电能，因此双极板中两侧的流场通入反应气体氢气和空气。由于反应放热，所以双极板中需要通入冷却水降温，从而将反应生成的热带走，维持电堆整体温度的稳定性。
[0005]双极板主要起到支撑、阻气、集流和导电作用。广泛应用的双极板有：石墨板和金属板。石墨双极板存在以下缺点：1、石墨易碎，组装时容易损坏。2、石墨双极板的切割加工周期长，精度要求高，成本高。3、石墨双极板石墨化温度往往高于2500℃，其升温程序非常严格以避免石墨双极板发生收缩和弯曲等变形问题，因此时间长、成本较高。
[0006]而金属双极板具有优异的导电、导热性能、机械加工性、致密性，以及强度高、阻气性好等优势，可以为汽车应用提供良好的动力密度、低温(－40℃)启动保障，适合大批量低成本生产。考虑到车辆空间限制问题，金属双极板被国内外车企，尤其是乘用车企寄予了厚望。
[0007]但是，现有的金属双极板的设计，冷却水的流场分配区域与气体流场分配区域重合，在进行冲压设计和加工时，很不方便。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术中存在的问题，本技术提供一种质子交换膜燃料电池的金属冲压双极板，本技术在冷却水分配流道的末端分别设置有密封件，使得所述冷却水流场流道与冷却水分配流道垂直连通，将最初从两侧走的冷却水截断，从而改变冷却水的湍流方向，使得冷却水分配更加均匀，同时将气体流场流道和冷却水流场流道分隔开，使得加工更为方便。
[0009]为解决上述技术问题，本技术提供技术方案如下：
[0010]本技术提供一种质子交换膜燃料电池的金属冲压双极板，包括由金属板制成的阴极板和阳极板，所述阴极板和阳极板的中部凹凸沟槽构成了流道，所述流道包括中间部分的流场流道、流场流道两端的分配流道和分配流道连通的进出口通道，所述分配流道的一端与流场流道连通，另一端分别连通氢气进出口通道、空气进出口通道和冷却水进出口通道；所述阴极板正面凹凸沟槽形成空气流场流道，所述阳极板正面凹凸沟槽形成氢气流场流道，所述阴极板与阳极板反面相互配合并通过焊接形成冷却水流场流道；所述冷却水流场流道两端分别通过冷却水分配流道连通冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水分配流道包括设置在上下两侧的平行流道和与平行流道连通的垂直流道；所述平行流道与冷却水流场流道平行，所述垂直流道与冷却水流场流道垂直连通；所述平行流道的末端设置密封件，冷却水经由平行流道进入垂直流道。
[0011]与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
[0012]本技术中冷却水的流场布局更加合理：冷却水最初从两侧走，通过密封件对冷却水进行截断，从而改变冷却水主体湍流方向，同时可以根据不同的流量，更改此处流道的宽度和形状，使得冷却水分配更加均匀。此种进水结构整体简单，加工方便；
[0013]本技术的流场分开设计，互不干涉：空气流场流道和氢气流场流道的气体分配流道中部是贴合在一起的，冷却水不从这个区域流过，所以空气流场和氢气流场气体分配流道的设计可以不用过多考虑水流场的影响，从而使气体分配区域设计更加方便，中部的贴合也可以使双极板结构强度更高，加工更加简单；
[0014]本技术具有较好的结构优势：相对市场上冷却水从气流的分配区域中部经过，此设计结构强度更高，加工简单，成本更低；相对于市场上冷却水的开口在侧面的设计，此设计可以使电堆宽度减少，重量更轻，体积密度更高；同时，相比石墨双极板成本更低。
附图说明
[0015]图1为本技术质子交换膜燃料电池的金属双极板的爆炸图；
[0016]图2为本技术质子交换膜燃料电池的金属双极板焊接后示意图；
[0017]图3为本技术质子交换膜燃料电池中冷却水在双极板上的分布示意图；
[0018]图4为本技术质子交换膜燃料电池阴极板的正面结构示意图；
[0019]图5为本技术质子交换膜燃料电池阳极板的正面结构示意图。
具体实施方式
[0020]为使本技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0021]如图1
‑
5所示，本技术提供一种质子交换膜燃料电池的金属冲压双极板，包括由金属板制成的阴极板1和阳极板2，阴极板1和阳极板2的中部凹凸沟槽构成了流道，流道包括中间部分的流场流道3、流场流道3两端的分配流道4和分配流道4连通的进出口通道，分配流道4的一端与流场流道3连通，另一端分别连通氢气进出口通道5、空气进出口通道6和冷却水进出口通道7；阴极板1正面凹凸沟槽形成空气流场流道3
‑
1，阳极板2正面凹凸沟槽形成氢气流场流道3
‑
2，阴极板1与阳极板2反面相互配合并通过焊接形成冷却水流场流
道3
‑
3；冷却水流场流道3
‑
3两端分别通过冷却水分配流道4
‑
3连通冷却水进口7
‑
1和冷却水出口7
‑
2，冷却水分配流道4
‑
3包括设置在上下两侧的平行流道8和与平行流道8连通的垂直流道9；平行流道8与冷却水流场流道3
‑
3平行，垂直流道9与冷却水流场流道3
‑
3垂直连通；平行流道8的末端设置密封件10，冷却水经由平行流道8进入垂直流道9。
[0022]本技术通过在冷却水分配流道的末端设置有密封件，使得冷却水流场流道与冷却水分配流道垂直连通，从而使原来的冷却水平流改成湍流，使得冷却水分配的更加均匀。
[0023]进一步的，空气流场流道3
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池的金属冲压双极板，包括由金属板制成的阴极板和阳极板，所述阴极板和阳极板的中部凹凸沟槽构成了流道，所述流道包括中间部分的流场流道、流场流道两端的分配流道和与分配流道连通的进出口通道，所述分配流道的一端与流场流道连通，另一端分别连通氢气进出口通道、空气进出口通道和冷却水进出口通道；其特征在于，所述阴极板正面凹凸沟槽形成空气流场流道，所述阳极板正面凹凸沟槽形成氢气流场流道，所述阴极板与阳极板反面相互配合并通过焊接形成冷却水流场流道；所述冷却水流场流道两端分别通过冷却水分配流道连通冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水分配流道包括设置在上下两侧的平行流道和与平所述行流道连通的垂直流道；所述平行流道与冷却水流场流道平行，所述垂直流道与冷却水流场流道垂直连通；所述平行流道的末端设置密封件，冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱维，庞森，任致行，沈军，谢佳平，
申请(专利权)人：海卓动力青岛能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：