一种燃料电池金属双极板的制作方法

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，特别涉及一种燃料电池金属双极板。

背景技术：

燃料电池是通过电催化反应将氧化剂和还原剂的化学能直接转换成电能的装置，是一种高效、安全、清洁、灵活的新型发电技术。其中的质子交换膜燃料电池因其具有效率高、能量密度大、反应温度低、无噪音、无污染等显著优点而在地面发电站、电动车和便携式电源等方面具有广泛的应用前景。燃料电池内部主要由质子交换膜、电化学反应催化剂、扩散层和双极板组成。当燃料电池工作时，其内部发生下述反应过程：反应气体在扩散层内扩散，当反应气体到达催化层时，在催化层内被催化剂吸附并发生电催化反应；阳极反应生成的质子通过质子交换膜内传递到阴极侧，电子经外电路到达阴极，同氧分子反应结合成水，同时放出热量。电极反应为：

阳极(负极)：h2→2h++2e

阴极(正极)：1/2o2+2h++2e→h2o

电池反应：h2+1/2o2→h2o

一个典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极放在两块导电的导流极板中间，两块导流板分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这样形成的一个燃料电池称为单电池，为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，需要将多个单电池通过直叠的方式串联成电池组，又叫燃料电池电堆。在燃料电池电堆中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。电堆通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起。目前的金属双极板大多存在以下问题：结构复杂，装配效率低，密封效果差。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种安全可靠，密封性强的燃料电池金属双极板，其采用如下技术方案：

一种燃料电池金属双极板，其包括第一单极板和第二单极板，所述第一单极板的正反面边缘分别设有第一焊接凸起和第一焊接凹槽，所述第二单极板的正反面边缘分别设有第二焊接凸起和第二焊接凹槽，所述第一焊接凸起和第二焊接凸起处通过激光焊接连接，所述第一焊接凹槽和第二焊接凹槽内均设有用于隔绝气体的填充胶，所述第一单极板的反面和第二单极板的反面之间形成冷却液进出口、冷却液流场和气体进出口，所述第一单极板的正面和第二单极板的正面均设有气体流场和气体进出孔，所述气体进出孔与气体进出口连通。

作为本发明的进一步改进，所述第一单极板和第二单极板结构相同。

作为本发明的进一步改进，所述第一单极板的正面设有若干流场支撑筋，所述流场支撑筋从所述第一单极板的一端延伸至另一端。

作为本发明的进一步改进，所述第一单极板的两端还设有气体扰流凸起，所述气体扰流凸起设于相邻两流场支撑筋的开口处。

作为本发明的进一步改进，所述流场支撑筋之间等间距设置。

作为本发明的进一步改进，所述第一单极板的反面设有冷却液流场支撑凸起。

作为本发明的进一步改进，所述第一单极板的两侧边缘均设有冷却液支撑点，所述第一单极板和第二单极板上的冷却液支撑点配合形成冷却液进出口。

作为本发明的进一步改进，所述第一单极板和第二单极板的正面均设有密封胶。

本发明的有益效果：

本发明的燃料电池金属双极板通过在第一单极板的正反面边缘分别设置第一焊接凸起和第一焊接凹槽，在第二单极板的正反面边缘分别设置第二焊接凸起和第二焊接凹槽，第一焊接凸起和第二焊接凸起处通过激光焊接连接，第一焊接凹槽和第二焊接凹槽内均设有用于隔绝气体的填充胶。本发明的燃料电池金属双极板结构简单，安全可靠，密封性强。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并匹配附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例中第一单极板和第二单极板的结构示意图；

图2是本发明实施例中燃料电池金属双极板的组装示意图一；

图3是本发明实施例中燃料电池金属双极板的组装示意图二；

图4是本发明实施例中燃料电池金属双极板的内部结构示意图；

图5是图4中a处的放大示意图；

图6是本发明实施例中燃料电池金属双极板中冷却液流向示意图；

图7是本发明实施例中燃料电池金属双极板中气体流向示意图。

标记说明：100、第一单极板；110、第一焊接凹槽；120、第一焊接凸起；130、两侧开口；131、冷却液进出口；132、冷却液支撑点；133、冷却液流场支撑凸起；140、两端开口；141、气体进出口；142、气体支撑点；143、气体进出孔；150、气体流场；151、流场支撑筋；152、气体扰流凸起；160、密封胶；200、第二单极板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1-7所示，为本实施例中的燃料电池金属双极板，该燃料电池金属双极板包括第一单极板100和第二单极板200，该双极板由第一单极板100和第二单极板200贴合焊接而成，在本实施例中，第一单极板100和第二单极板200结构相同，只需一副模具即可制作。

第一单极板100的正反面边缘分别设有第一焊接凸起120和第一焊接凹槽110，第一焊接凸起120通过冲压成型，第一焊接凸起120成型后其反面即形成第一焊接凹槽110。同样的，第二单极板的正反面边缘分别设有第二焊接凸起和第二焊接凹槽，第一焊接凸起120和第二焊接凸起处通过激光焊接连接。具体的，利用激光从第一焊接凹槽110内对第一焊接凸起120和第二焊接凸起的接触面进行激光焊接。第一焊接凹槽110和第二焊接凹槽内均设有用于隔绝气体的填充胶。

第一单极板100和第二单极板200的两侧均设有两侧开口130，第一单极板100的反面和第二单极板200的反面之间形成与两侧开口130连通的冷却液进出口131。优选的，第一单极板100和第二单极板200的反面两侧边缘均设有冷却液支撑点132，第一单极板100和第二单极板200上的冷却液支撑点132配合形成冷却液进出口131。第一单极板100和第二单极板200两侧的冷却液进出口131之间形成冷却液流场，第一单极板100和第二单极板200的反面设有冷却液流场支撑凸起。

如图6所示，图中箭头方向为本实施例中燃料电池金属双极板中冷却液流向。将冷却液进出口131设计在双极板两侧，冷却液进出口131尺寸面积较大，保证了流体流量，散热效果更好。

第一单极板100和第二单极板200的正面均设有密封胶160，用于隔绝冷却液。

第一单极板100和第二单极板200的两端均设有两端开口140，第一单极板100的反面和第二单极板200的反面之间形成与两端开口140连通的气体进出口141，第一单极板100的正面和第二单极板200的正面均设有气体流场150和气体进出孔143，气体进出孔143与气体进出口141连通。气体进出口141由于不需要考虑冷却液占用位置，其大小可以相应增大，相应的流体流量增大，保证了更大功率等级的气体需求。

第一单极板100和第二单极板200的正面均设有若干流场支撑筋151，流场支撑筋151从双极板的一端延伸至另一端。第一单极板100和第二单极板200的正面两端还设有气体扰流凸起152，气体扰流凸起152设于相邻两流场支撑筋151的开口处。优选的，流场支撑筋151之间等间距设置。气体扰流凸起152可以让进入的气体更加紊乱，提高气体分配的均匀性。

如图7所示，图中箭头方向为本实施例中燃料电池金属双极板中气体流向，图a表示第一单极板100正面的气体流向，图b表示第二单极板200正面的气体流向，第一单极板100和第二单极板200上箭头分别表示氧气和氢气流向。

本发明的燃料电池金属双极板通过在第一单极板的反面边缘设置第一焊接凸起，在第二单极板的反面边缘设置与第一焊接凸起接触的第二焊接凸起，第一焊接凸起和第二焊接凸起之间形成焊接凹槽，第一单极板的反面和第二单极板的反面通过焊接凹槽处焊接连接。本发明的燃料电池金属双极板结构简单，安全可靠，密封性强。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。