一种具有支撑面的自吸式双极板的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种具有支撑面的自吸式双极板。
【背景技术】
[0002]燃料电池是将氢气的化学能转化为电能的装置，其优点是产物是水，零排放无污染，噪音低，转化效率高。工作温度可在低温环境下运行，是移动电源和基站电源和固定电源的首选。燃料电池是由膜电极、双极板、集电板、端板和紧固件组成。由于聚合物膜燃料电池单片电压低，在实际应用中，是由多个电池单元叠加在一起进行串联起来，形成电堆。传统的双极板设计由于密封圈受力不均匀存在漏气隐患，燃料电池利用燃料气体发电，由于气体分子量小，容易泄露，对电堆的密封防止气体泄露要求较高。在燃料电池工作的过程中如果发生气体泄露，不但造成燃料气体的浪费，而且还会电堆性能的下降，更严重的会造成电堆烧堆现象的发生，导致电堆的永久性损坏对燃料电池电堆的性能和安全造成严重的影响。
[0003]目前解决此类问题主要通过两种方法:
[0004]—、涂胶密封法，在双极板氢气面非流道区域涂胶，然后将膜电极边沿与双极板的氢气面进行粘合，待胶固化后方能进行装堆和活化测试。该技术的缺点:1、双极板氢气面，涂胶粘接，影响电堆外观美感，不利于燃料电池产业化的生产；2、涂胶粘接密封，固化周期长，不利于电堆的自动化生产，影响电堆生产效率；3、涂胶粘接密封不便于电堆模块化生产与电堆模块单元维修与更换；
[0005]二、采用组合式自吸双极板，由氢气流场板和支撑面构成，两者可以用胶粘或直接叠放在一起构成双极板。该技术缺点:1、通过胶粘技术使氢气流场板和支撑面粘接成双极板，增加了双极板生产工序，增加了了双极板的成本，降低双极板生产效率，不利于电堆的批量化生产和产业化进程；2、通过叠加的方式将氢气流场板和支撑面叠加形成双极板，增加了接触电阻，由于部件增多增加了装堆难度，两板的加工精度要求更高，增加了电堆的成本，不利于燃料电池产业化发展。
[0006]授权公告号为CN 100440595C的发明专利“质子交换膜燃料电池薄金属双极板”，包括阳极流场板和阴极流场板，所述阳极流场板的流场形式为单通道蛇行流场，所述阴极流场板的氧化剂分配管道为两端分别于阴极流场板侧面贯通的开放性沟槽，所述阳、阴极流场板成形后进行良电导耐腐涂层处理；所述阳极流场板的通道沟槽的横截面为半圆形，所述开放性沟槽的横截面为正方形或半圆形；所述两个流场板之间设置有支撑面，所述支撑的厚度为两个流场板上沟槽深度之和，所述两个流场板上沟槽的位置为相互正交，所述两个流场板的沟槽分别背向支撑面，所述两个流场板的背面接触，在所述支撑面上与所述阴极流场板接触的一面设置沟槽，所述支撑面上的沟槽与所述阴极流场板上的氧化剂分配管道沟槽的形状及位置分别一致。该技术方案通过设置支撑面与阳极流场板、阴极流场板结合，增强了金属双极板的强度。但是将阳极流场板、阴极流场板通过螺栓与支撑面组装成一体，影响整体气密性，对金属双极板的性能产生影响，同时不利于加工，增加了装堆难度。
[0007]授权公告号为CN 102324471B的发明专利“一种自锁紧燃料电池密封组件结构”，它涉及燃料电池单体，燃料电池单体包括双极板、膜电极组件；双极板由上单极板和下单极板组成，上单极板下面设有上流道、上密封槽道，下单极板上面设有下流道、上密封槽道，上密封槽道设有上密封圈，下密封槽道设有下密封圈，上密封圈和下密封圈的截面形状均呈凹形，上密封圈和下密封圈的凹形部分面向气体流场区域；上流道和下流道均位于膜电极组件的膜电极支撑部件处，质子交换膜的边部与膜电极支撑部件的环形支撑台阶之间由粘结剂层粘结固定；密封圈在组装时利用双极板与膜电极组件的垂直压力压紧，同时也借助电池内部气体与大气压的压力差，使得密封圈开口张开，与密封面贴的更紧，在密封圈内形成自锁紧。该技术方案通过膜电极支撑部件利用双极板与膜电极组件之间的压力使得密封圈与密封面贴的更紧，但没有解决上单极板与下单极板之间的气密性问题，且质子交换膜与膜电极支撑部件之间通过粘结层粘结固定，不能完全保证密封性能。
【发明内容】
[0008]发明目的:基于目前双极板的各种弊端，本发明设计具有支撑面的自吸式双极板，双极板在氧气流场设置支撑面，在与膜电极的接触过程中双极板上密封圈受力更均匀，从根源上杜绝漏气隐患。
[0009]技术方案:本发明所述的具有支撑面的自吸式双极板，包括双极板，双极板的两个表面分别设置有氢气流场和氧气流场；所述氧气流场包括与所述双极板表面等高的氧气流道脊、相邻氧气流道脊之间形成贯穿所述双极板侧面的氧气流道，所述双极板一侧为氧气进口、另一侧为氧气出口 ；所述氧气流场的四周由双极板表面围绕形成支撑面，所述氧气流场四周的支撑面上设置有支撑面密封圈槽。氧气流道脊辅助支撑面起到一定的支撑作用；双极板的两个侧面上分别设有与所述氧气流道对应的氧气进口、氧气出口，氧气进口、氧气出口穿过支撑面内部与氧气流道连通。将本发明提供的具有支撑面的自吸式双极板与膜电极等组成电堆，电堆内部具有一定的压力，由于设置了支撑面，在膜电极与支撑面之间压力的作用下使得支撑面密封圈槽内的密封圈发生形变、密封圈和膜电极边沿接触更紧密，从而保证电堆的气密性；同时本发明设计的支撑面可以对密封圈形变产生的反作用力进行承托，使密封圈各个部位受力均匀，杜绝了由于受力不均造成的密封圈与膜电极接触不好造成的漏气，耐压值可以达到5Mpa，支撑面的设置也保证了膜电极的接触压力更加均衡，减小膜电极的变形。将空气或氧气通入贯穿双极板侧面的氧气流道，在空气或氧气与膜电极反应的过程中、流动过程为双极板提供风冷，降低与膜电极反应过程所产生的热量，本发明在减小整体结构尺寸的情况下，既实现了氧气流道又提供降温通道。
[0010]进一步完善上述技术方案，所述氢气流场包括氢气进口、氢气出口以及连通所述氢气进口、氢气出口的氢气流道；所述氢气进口、氢气出口沿垂直方向贯穿所述双极板并在所述支撑面上形成支撑面氢气进口、支撑面氢气出口，所述支撑面在所述支撑面氢气进口、支撑面氢气出口处均设有支撑面氢气密封圈槽。设置在支撑面氢气密封圈槽的密封圈在支撑面和膜电极之间的压力下接触紧密，气密性良好。
[0011]进一步地，所述双极板在所述氢气流场的表层外围设有氢面密封圈槽。设置在氢面密封圈槽的密封圈在双极板与膜电极之间的压力下与膜电极边接触紧密，气密性良好。
[0012]进一步地，为了减少双极板的生产工序，降低双极板的成本，提高双极板的生产效率，将所述双极板采用机械加工或模压或注塑成一体化结构。设计成一体化双极板结构，利于加工，减少了接触电阻，延长了电堆的使用寿命，提高了电堆的性能；采用多种方式加工，生产方便，适用性强，提高了生产效率和加工精度，便于燃料电池堆的规模化