一种燃料电池的双极板及燃料电池的制作方法

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池的双极板及燃料电池。

背景技术：

燃料电池是利用燃料和氧化剂的电化学反应产生电能的装置，单个燃料电池单元提供的电压太小，因此需要将多个单个电池以堆叠的方式连续排列。在这种排列中，两个相邻的电池单元可以共用一个共同的极板，这个极板分别作为相邻的两个电池单元的阳极和阴极，即通过该极板将相邻两个电池单元串联，该极板作为其中一个电池单元的阳极，同时作为另一个电池单元的阴极，被称为双极板。

双极板在燃料电池工作过程中，起到了分配气体、导电、导热、排水等重要作用，寻找性能优良且成本低廉的双极板新材料和加工方法是燃料电池的重要课题。目前业内双极板类型分为金属双极板和石墨双极板等。

金属双极板具有功率高、成本低、抗压能力强的优点，但金属耐腐蚀性能较弱，同时燃料电池在工作时其中的质子交换膜会微量降解，导致生成的水的ph值为微弱酸性，会导致金属双极板氧电极侧的氧化膜增厚，降低电池性能。基于这种情况，需要采用纳米涂层的方式，使其在微观下组织连续、致密，且与基体结合良好。在加工工艺上，对金属板进行冲压时，金属板的一面加工成槽后，相应地，金属板的另一面会凸起，这使得两片金属板难以粘接，同时，金属板的质量大，导致燃料电池超重。

而石墨双极板具有耐腐蚀性强、导电导热性好的优点，但其气密性欠佳、成本较高、加工时间长。在加工工艺上，则主要采用cnc(computerizednumericalcontrol，计算机数字化控制)设备进行精修、流场设计与雕刻，制作时间长，不具备批量生产能力，其成本往往能占到电池电堆的三分之一，只能用在实验产品上。另外，石墨双极板强度低，容易破碎。

现有技术中，还有一种复合双极板，是使用金属板和石墨板复合而成，提高了石墨板的强度。但是该复合双极板是将金属板嵌入至石墨板的凹槽中形成，该结构增加了双极板的厚度，且散热效果不佳，金属板与石墨板之间容易夹有空气，如果不将金属板与石墨板之间的空气排干净，不仅会造成接触不良的现象，而且在燃料电池使用过程中，会使电池内部膨胀，损坏电池。

现有的复合双极板中，为了保证金属板与石墨板之间完全贴合，需要将金属板和石墨板之间的气体排出，通常的做法是使用导电胶将金属板和石墨板完全粘接，但是导电胶的价格昂贵，会增加双极板的制造成本。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种导电性好，韧性好的双极板及燃料电池。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种燃料电池的双极板，所述的双极板包括相互接触的石墨板和金属板，所述的石墨板背向金属板的一面设有第一流路，所述的金属板在正反面形成凹凸相间的沟槽，金属板背向石墨板一侧的沟槽构成第二流路，金属板面向石墨板的一侧的沟槽构成第三流路。

优选地，所述的石墨板为柔性石墨板，所述的第一流路是在所述的石墨板的表面压制形成。

优选地，所述的第一流路为氧化剂流路，所述的第二流路为燃料流路，所述的第三流路为能够供冷却剂或冷却气体通过的冷却流路。

优选地，所述的石墨板面对金属板的一面还设有与所述的第三流路相对应的凹槽，所述的凹槽与所述的第三流路拼接后形成能够供冷却剂或冷却气体通过的冷却流路。

优选地，所述的凹槽是在所述的石墨板表面压制形成。

优选地，所述的石墨板与金属板通过粘胶或双面胶粘接。

优选地，所述的金属板的凹凸相间的沟槽为波纹结构。

优选地，所述的金属板的表面镀有耐腐蚀材料。

优选地，所述的金属板为不锈钢板、铜板、铝板、镍板中的一种。

优选地，所述的沟槽沿直线延伸或沿波浪形曲线延伸。

本发明还提供一种燃料电池，所述的燃料电池包括所述的双极板。

本发明的燃料电池的双极板将石墨板与金属板结合，除了能克服石墨双极板强度低易损坏的缺陷，同时又能够解决金属双极板易腐蚀的问题之外，还通过将金属板设置成两侧凹凸相间的类蛇形结构，使得金属板与石墨板的接触面积被分隔为多个区域，每个接触区域的尺寸很小，因此在装配时其间的空气很容易通过流路排出，解决了现有技术中两板之间易夹杂空气的问题。另外，金属板与石墨板之间的第三流路可以作为冷却流路使用，该冷却流路能够使燃料电池迅速降温，散热效果好。同时，本发明的双极板组装成燃料电池的过程中，会受到挤压，由于金属板是凹凸相间的沟槽结构，在受到挤压时，金属板能够适应石墨板的形状产生微变形，从而与石墨板紧紧贴合，提高了双极板的导电率，降低了燃料电池的内阻。并且本发明的双极板只需要在金属板和石墨板的边缘处粘接即可，金属板和石墨板不使用粘胶的位置，可通过挤压力完成贴合。

附图说明

图1是本发明的柔性石墨板的结构示意图；

图2是本发明的金属板的结构示意图；

图3是本发明第一种实施例的双极板的结构示意图；

图4是本发明第二种实施例的双极板的结构示意图；

图5是本发明第三种实施例的金属板的结构示意图；

图6是图5的局部放大示意图。

其中：1、石墨板；11、第一流路；2、金属板；21、第二流路；12、第三流路。

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。

实施例一

如图1～3所示，双极板包括石墨板1和金属板2，石墨板1背向金属板2的侧面设有第一流路11，石墨板1为柔性石墨板，所述的第一流路11是在所述的石墨板1的表面压制形成，具体地，第一流路11是在石墨板1表面冲压或印压形成，在另一种方案中，柔性石墨板是石墨粉使用模具压制形成，在压制过程中形成第一流路11。相比于现有技术的石墨双极板使用雕刻技术加工流路的加工方式，本发明的石墨板的压制成槽的方式，生产效率高，成本低，可批量生产。所述的金属板2的至少一部分被冲压成波纹结构，在正反面形成凹凸相间的沟槽，沟槽沿直线延伸，金属板2背向石墨板1一侧的沟槽构成第二流路21，金属板2面向石墨板1的一侧的沟槽构成第三流路12。

在一种优选地实施方案中，沟槽的槽底为平面结构，沟槽的截面呈矩形结构，该结构能够使沟槽的槽底贴合于石墨板表面，以增大金属板2与石墨板1之间的贴合面积，增加单电池的导电率。

双极板组装成燃料电池的过程中，会受到挤压，由于金属板2是凹凸相间的沟槽结构，在受到挤压时，金属板2能够适应石墨板1的形状产生微变形，从而与石墨板1紧紧贴合，进一步提高了双极板的导电率，降低了燃料电池的内阻。所述的金属板2为不锈钢板、铜板、铝板、镍板中的一种，所述的金属板2的表面可以镀有耐腐蚀材料，增加金属板2的耐腐蚀程度。所述的石墨板1与金属板2的边缘处通过粘胶或双面胶粘接，在金属板2和石墨板1不使用粘胶的位置，可通过挤压力完成贴合。

本实施例中的双极板，将石墨板1与金属板2结合，即克服了石墨双极板强度低易损坏的缺陷，又能够解决金属双极板易腐蚀的问题。石墨板1的第一流路11是压制而成，相比现有技术中石墨双极板通过雕刻加工成槽的方法，本实施例的石墨板1的压制成槽的方式，生产效率高，成本低，可批量生产。

相比于现有技术的复合双极板，本实施例的双极板只有金属板2和石墨板1两层结构，厚度小，且在金属板2与石墨板1之间形成了冷却流路，由于金属板是凹凸相间的波纹结构，冷却流路与第二流路只间隔一层金属板的厚度，使冷却流路中的冷却剂和第二流路中的氧化剂的热传递效率提高。该冷却流路能够使燃料电池迅速降温，散热效果好。

该实施例中的双极板的即使金属板2和石墨板1之间夹有空气，在电池使用时，也能够从冷却流路中跑出，不会造成接触不良和损坏燃料电池的现象。另外，金属板与石墨板的接触面积被流路分隔为多个区域，每个接触区域的尺寸很小，因此在装配时，金属板与石墨板之间的空气很容易排出，解决了现有技术中两板之间易夹杂空气的问题。本发明的双极板只需要在金属板2和石墨板1的边缘处粘接，且只需使用普通的胶水和双面胶即可，不会影响双极板的导电率，生产成本减小。

实施例二

如图4所示，该实施例与实施例一不同之处在于，所述的石墨板1面对金属板2的一面还设有与所述的第三流路12相对应的凹槽，所述的凹槽与所述的第三流路12拼接后形成能够供冷却剂或冷却气体通过的冷却流路。所述的凹槽是在所述的石墨板1表面压制形成。具体地，该凹槽是在石墨板1表面冲压或印压形成，在另一种方案中，柔性石墨板1是石墨粉使用模具压制形成，在压制过程中形成该凹槽。在该实施例中，凹槽和第三流路12相拼接，增大了冷却流路的截面积，使燃料电池的散热效果更好。

实施例三

如图5和6所示，为本发明的实施例三的金属板2的正反面形成凹凸相间的沟槽，金属板2背向石墨板1一侧的沟槽构成第二流路21，金属板2面向石墨板1的一侧的沟槽构成第三流路12。所述的沟槽沿一波浪形曲线延伸。相比与实施例一的直线型沟槽的金属板，本实施例的波浪形沟槽的金属板的抗弯折性能更强，强度更高，另外，波浪形的沟槽能够加长第二流路的长度，加长氧气在金属板内的路径，氧气增多燃料电池的功率也就相应增大。相应地，波浪形沟槽也能够增长第三流路的长度，加长冷却剂在金属板内的路径，使双极板的散热性能更好，防止燃料电池超温。

以上所述实施例仅是为充分说是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。