【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，具体涉及一种具有高度补偿功能的燃料电池用双极板。
技术介绍
1、燃料电池将燃料（如氢气）和氧化剂（如空气中的氧气）中的化学能直接转化成电能，其发电模块是燃料电池堆（简称电堆）。电堆中包含阳极侧端板，阳极侧集流板，单电池（几十到几百片），阴极侧集流板，阴极侧端板，其中单电池主要包括极板（阴极板和阳极板）和膜电极，膜电极包括阳极、质子交换膜（pem）和阴极，阳极包括阳极催化层和阳极侧气体扩散层（gdl），阴极包括阴极催化层和阴极侧气体扩散层，催化层一般在几个到十几个微米厚，gdl在约200微米厚，催化层与pem直接接触，gdl与极板直接接触。这些部件在一定的压力下（压强在1 mpa左右）通过紧固件（如绑带、螺杆、拉杆）组装在一起，形成一个完整的电堆。
2、电堆组装时的最佳压强是由下面几个因素决定的：1、密封：电堆中部件之间配置有密封圈，这些密封圈只有在达到一定的压缩比后才能实现可靠的密封；2、电阻和接触电阻：电极（阳极和阴极）中的气体扩散层是多孔材料，孔隙率高达80%，是电极中最容易被压缩的部件，其电阻随受压而减小，从0到约0.5 mpa（与碳纸的类型有关）电阻急剧下降，随后电阻随压强下降的幅度变缓。同时，gdl与极板之间的接触电阻随压强呈现类似的变化。3、gdl的机械强度：gdl由碳纤维组成，压强过大会导致碳纤维断裂，损坏gdl。基于上述这几个原因，组堆压力多控制在1 mpa左右。
3、在电堆运行过程中，由于高压流体的进入及电堆温度的升高，其高度会增加，但由于紧固件的限高作用，高度增
4、目前应对电堆中gdl与极板间接触电阻随电堆使用而增加的主要手段是在端板上安装弹簧或碟簧等具有一定程度弹性形变能力的组件，在gdl厚度下降后，通过弹簧或碟簧的反向弹力，使gdl与极板间的压强得以一定程度的补偿。但随着电堆启、停次数的增加，gdl厚度的发生不可恢复的下降，弹簧或碟簧自身的反弹力逐渐减小，对gdl与极板间的压强的补偿能力逐渐变小，gdl与极板间的压强严重低于装堆时的压强，电堆的性能出现明显且不可恢复的下降。弹簧或碟簧虽然延缓了gdl与极板间接触电阻增加的时间，但效果并不好。
技术实现思路
1、本专利技术正是基于上述问题，提出了一种具有高度补偿功能的燃料电池用双极板，通过本专利技术的方案，每一个双极板都起到了一个弹簧的作用，不仅可以避免电极过压，还可以保证电堆中每个单电池的受力均匀。
2、有鉴于此，本专利技术的一方面提出了一种具有高度补偿功能的燃料电池用双极板，包括：
3、阳极板和阴极板；
4、所述阳极板包括多个第一冷却液沟槽、多个第一冷却液侧楞脊、多个氢气沟槽和多个氢气侧楞脊；
5、所述阴极板包括多个第二冷却液沟槽、多个第二冷却液侧楞脊、多个空气沟槽和多个空气侧楞脊；
6、所述第一冷却液侧楞脊和/或所述第二冷却液侧楞脊为弧形。
7、可选地，所述第一冷却液侧楞脊的第一弧度和/或所述第二冷却液侧楞脊的第二弧度的确定方法包括：
8、获取所述阳极板的第一材料数据、第一厚度、第一宽度、第一组堆压强范围，以及所述阴极板的第二材料数据、第二厚度、第二宽度、第二组堆压强范围；
9、根据所述第一材料数据、所述第一厚度、所述第一宽度、所述第一组堆压强范围、所述第二材料数据、所述第二厚度、所述第二宽度、所述第二组堆压强范围确定所述第一冷却液侧楞脊的第一弧度和/或所述第二冷却液侧楞脊的第二弧度。
10、可选地，所述根据所述第一材料数据、所述第一厚度、所述第一宽度、所述第一组堆压强范围、所述第二材料数据、所述第二厚度、所述第二宽度、所述第二组堆压强范围确定所述第一冷却液侧楞脊的第一弧度和/或所述第二冷却液侧楞脊的第二弧度的步骤，包括：
11、对所述第一材料数据对应的第一样品材料进行抗压强度、抗疲劳性能的机械测试，获得第一弹性模量、第一降伏强度数据；
12、对所述第二材料数据对应的第二样品材料进行抗压强度、抗疲劳性能的机械测试，获得第二弹性模量、第二降伏强度数据；
13、建立第一有限元分析模型，导入所述阳极板的第一楞结构模型和所述阴极板的第二楞结构模型以及所述第一弹性模量、所述第一降伏强度数据、所述第一厚度、所述第一宽度、所述第二弹性模量、所述第二降伏强度数据、所述第二厚度、所述第二宽度以针对不同材料板厚参数以及不同弧度变量值，进行静力和疲劳耦合分析，并根据所述第一组堆压强范围和/或所述第二组堆压强范围在模型中施加不同的紧固压强；
14、结合最佳压强需求，选择在模拟的各工况下，材料应力和变形在预设的第一范围内和/或第二范围对应的弧度值分别作为所述第一弧度和/或所述第二弧度。
15、可选地，所述第一冷却液侧楞脊的第一弧度和/或所述第二冷却液侧楞脊的弧度的第二弧度的确定方法，还包括：
16、获取与所述阳极板配套使用的第一气体扩散层的第一厚度变化范围以及与所述阴极板配套使用的第二气体扩散层的第二厚度变化范围；
17、获取所述第一气体扩散层的第一材料机械性能和所述第二气体扩散层的第二材料机械性能；
18、根据所述第一厚度变化范围、所述第二厚度变化范围、所述第一材料数据、所述第二材料数据、所述第一材料机械性能、所述第二材料机械性能，确定所述阳极板、所述阴极板、所述第一气体扩散层、所述第二气体扩散层的弹性模量估算合理的接触压力范围，并转换为弧度设计的合理范围；
19、根据所述第一材料数据和所述阳极板的属性数据确定所述阳极板对应的第一加工工艺；
20、根据所述第二材料数据和所述阴极板的属性数据确定所述阴极板对应的第二加工工艺；
21、分别确定所述第一加工工艺对弧度的第一限制范围、所述第二加工工艺对弧度的第二限制范围；
22、获取所述阳极板的第一流道结构设计数据、所述阴极板的第二流道结构设计数据；
23、根据所述第一流道结构设计数据确定所述第一冷却液侧楞脊的第一整体匹配要求，并根据所述第二流道结构设计数据确定所述第二冷却液侧楞脊的第二整体匹配要求；
24、结合所述第一整体匹配要求和/或所述第二整体匹配要求调整所述第一冷却液侧楞脊的第一弧度和/或所述第二冷却液侧楞脊的弧度的第二弧度。
25、可选地，所述根据所述第一厚度变化范围、所述第二厚度变化范围、所述第一材料数据、所述第二材料数据、所述第一材料机械性能、所述第二材料机械性能，确定所述阳极板、所述阴极本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有高度补偿功能的燃料电池用双极板，其特征在于，包括：阳极板和阴极板；
2.根据权利要求1所述的具有高度补偿功能的燃料电池用双极板，其特征在于，所述第一冷却液侧楞脊的第一弧度和/或所述第二冷却液侧楞脊的第二弧度的确定方法包括：
3.根据权利要求2所述的具有高度补偿功能的燃料电池用双极板，其特征在于，所述根据所述第一材料数据、所述第一厚度、所述第一宽度、所述第一组堆压强范围、所述第二材料数据、所述第二厚度、所述第二宽度、所述第二组堆压强范围确定所述第一冷却液侧楞脊的第一弧度和/或所述第二冷却液侧楞脊的第二弧度的步骤，包括：
4.根据权利要求3所述的具有高度补偿功能的燃料电池用双极板，其特征在于，所述第一冷却液侧楞脊的第一弧度和/或所述第二冷却液侧楞脊的弧度的第二弧度的确定方法，还包括：
5.根据权利要求4所述的具有高度补偿功能的燃料电池用双极板，其特征在于，所述根据所述第一厚度变化范围、所述第二厚度变化范围、所述第一材料数据、所述第二材料数据、所述第一材料机械性能、所述第二材料机械性能，确定所述阳极板、所述阴极板、所述第一气体
6.根据权利要求5所述的具有高度补偿功能的燃料电池用双极板，其特征在于，所述分别确定所述第一加工工艺对弧度的第一限制范围、所述第二加工工艺对弧度的第二限制范围的步骤，包括：
7.根据权利要求6所述的具有高度补偿功能的燃料电池用双极板，其特征在于，所述根据所述第一流道结构设计数据确定所述第一冷却液侧楞脊的第一整体匹配要求，并根据所述第二流道结构设计数据确定所述第二冷却液侧楞脊的第二整体匹配要求的步骤，包括：
8.根据权利要求7所述的具有高度补偿功能的燃料电池用双极板，其特征在于，所述双极板的制造方法包括：
9.根据权利要求8所述的具有高度补偿功能的燃料电池用双极板，其特征在于，所述使用数控折弯机，导入弧形楞型面数据，逐步折弯成型出多片曲面状楞件的步骤，包括：
10.根据权利要求9所述的具有高度补偿功能的燃料电池用双极板，其特征在于，所述根据所述第一加工工艺确定对应的第一制造设备的第一制造设备参数，并结合所述第一制造设备参数确定所述第一加工工艺中对弧度大小的敏感值达到第一阈值的第一工序的步骤，包括：
11.根据权利要求7所述的具有高度补偿功能的燃料电池用双极板，其特征在于，所述双极板的制造方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种具有高度补偿功能的燃料电池用双极板，其特征在于，包括：阳极板和阴极板；
2.根据权利要求1所述的具有高度补偿功能的燃料电池用双极板，其特征在于，所述第一冷却液侧楞脊的第一弧度和/或所述第二冷却液侧楞脊的第二弧度的确定方法包括：
3.根据权利要求2所述的具有高度补偿功能的燃料电池用双极板，其特征在于，所述根据所述第一材料数据、所述第一厚度、所述第一宽度、所述第一组堆压强范围、所述第二材料数据、所述第二厚度、所述第二宽度、所述第二组堆压强范围确定所述第一冷却液侧楞脊的第一弧度和/或所述第二冷却液侧楞脊的第二弧度的步骤，包括：
4.根据权利要求3所述的具有高度补偿功能的燃料电池用双极板，其特征在于，所述第一冷却液侧楞脊的第一弧度和/或所述第二冷却液侧楞脊的弧度的第二弧度的确定方法，还包括：
5.根据权利要求4所述的具有高度补偿功能的燃料电池用双极板，其特征在于，所述根据所述第一厚度变化范围、所述第二厚度变化范围、所述第一材料数据、所述第二材料数据、所述第一材料机械性能、所述第二材料机械性能，确定所述阳极板、所述阴极板、所述第一气体扩散层、所述第二气体扩散层的弹性模量并估算合理的接触压力范围，并转换为弧度设计的合理范围的步骤，...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐志刚，
申请(专利权)人：新研氢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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