一种阴极封闭式的空冷型铝金属双极板的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池领域，具体涉及一种阴极封闭式的空冷型铝金属双极板。


背景技术：

2.目前，质子交换膜燃料电池(pemfc)主要分为液体冷却式燃料电池、空冷式燃料电池两大类，液体冷却式燃料电池的功率密度较高，但是需要配备复杂的辅助系统，如由空压机、增湿器、中冷器等组成的空气供给子系统，由氢瓶、减压阀、氢气比例阀、氢气循环泵或氢气引射器组成的氢气供给子系统，由冷却水箱、冷却水泵、去离子水过滤器、节温器等组成的热管理子系统，以及复杂的控制系统，系统复杂程度较高，难以降低成本，给系统的集成度带来了不小的麻烦。而空冷式燃料电池的系统较为简单，即由风扇构成的简单的空气子系统，由氢瓶、减压阀、尾排电磁阀等组成的简易的氢气供给子系统。空气子系统中供给的空气一方面作为反应气体，另一方面作为冷却介质，但由于其冷却能力有限，导致燃料电池不能在高功率密度下运行。因此，为了简化系统结构，同时能够保证燃料电池能够在高功率密度下稳定运行，需要开发一种冷却能力较强的空冷式双极板。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种阴极封闭式的空冷型铝金属双极板，以解决空冷式燃料电池冷却效率较低的问题。
4.本实用新型采用如下技术方案：一种阴极封闭式的空冷型铝金属双极板，包括铝金属阳极板、铝金属阴极板和多个粘接密封垫。
5.铝金属阳极板沿左右方向水平设置，铝金属阳极板上端面上设有沿左右方向设置且开口朝上的第一凹槽。第一凹槽内设有多个沿左右方向设置的第一凸脊。多个第一凸脊沿前后方向间隔设置，且将第一凹槽分隔为多个相互连通的第一沟槽，以流通空气。第一沟槽内设有多个沿左右方向间隔设置的第一凸块。铝金属阳极板下端面设有多个开口朝下的第一缺口。第一缺口设在第一凸块下侧，且一一对应。
6.铝金属阳极板左侧设有第一阳极进气口和第一阴极出气口。第一阳极进气口和第一沟槽连通。铝金属阳极板右侧设有第一阳极出气口和第一阴极进气口。第一阳极出气口和第一沟槽连通。
7.铝金属阴极板沿左右方向水平地设置在铝金属阳极板下方，下端面上设有沿左右方向设置且开口朝下的第二凹槽。第二凹槽内设有多个沿左右方向设置的第二凸脊。多个第二凸脊沿前后方向间隔设置，且将第二凹槽分隔为多个相互连通的第二沟槽，以流通空气。第二沟槽内设有多个沿左右方向间隔设置的第二凸块。铝金属阴极板下端面设有多个开口朝上的第二缺口。第二缺口设在第二凸块下侧，且一一对应。
8.铝金属阴极板左侧设有第二阴极出气口和第二阳极进气口。第二阴极出气口和第二沟槽连通。铝金属阴极板右侧设有第二阴极进气口和第二阳极出气口。第二阴极进气口
和第二沟槽连通，且第一阳极进气口和第二阳极进气口上下对应、第一阳极出气口和第二阳极出气口上下对应、第一阴极进气口和第二阴极进气口上下对应以及第一阴极出气口和第二阴极出气口上下对应。
9.多个粘接密封垫设在铝金属阳极板和铝金属阴极板之间，用于使第一阳极进气口和第二阳极进气口密封连通、第一阳极出气口和第二阳极出气口密封连通、第一阴极进气口和第二阴极进气口密封连通以及第一阴极出气口和第二阴极出气口密封连通。且使第一缺口和第二缺口构成冷却介质通道。铝金属阳极板和铝金属阴极板构成的空冷型铝金属双极板结构设置为封闭式的阴极进出气结构。
10.进一步地，铝金属阳极板厚度为0.075～0.2mm。
11.进一步地，铝金属阴极板厚度为0.075～0.2mm。
12.进一步地，第一沟槽的槽宽为0.4～1.5mm、槽深为0.4～1.5mm。第一凸脊的脊宽为 0.4～1.5mm。
13.进一步地，第二沟槽的槽宽为0.4～1.5mm、槽深为0.4～1.5mm。第二凸脊的脊宽为 0.4～1.5mm。
14.进一步地，相邻的两个第一凸块的间距为5～20mm，第一凸块在左右方向上的长度为 2～10mm，第一凸块的高度为0.2～1.0mm。
15.进一步地，相邻的两个第二凸块的间距为5～20mm，第二凸块在左右方向上的长度为 2～10mm，第二凸块的高度为0.2～1.0mm。
16.进一步地，铝金属阳极板的表面覆有高导电性耐腐蚀涂层，涂层为贵金属涂层、碳基涂层。
17.进一步地，铝金属阴极板的表面覆有高导电性耐腐蚀涂层，涂层为贵金属涂层、碳基涂层。
18.进一步地，铝金属阳极板和铝金属阴极板的成型方式可为冲压成型、辊压成型、液压成型、软模成型和刻蚀成型。
19.本实用新型的有益效果是：第一凸块和第二凸块的周期性分布形成蛇形气场，可有效地改变气流流动方向，有利于反应后的气体向气体扩散层内流动，以及利于生成水的排出。同时，冷却介质流过第一缺口和第二缺口构成的冷却介质通道带走热量。两板三场式的阴极封闭式的空冷型铝金属双极板结构提高了电池散热效率，使得电池有望在更高电流密度下持续稳定运行。
20.进一步地，使用铝板材制作的铝金属阳极板和铝金属阴极板，质量较轻，易于实现轻量化设计，有利于在无人机领域展开应用，且铝的散热效果较好。采用铝薄片作为基材更容易实现燃料电池的低温冷启动。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本实用新型的一种阴极封闭式的空冷型铝金属双极板的实施例的结构示意
图；
23.图2为本实用新型的实施例的爆炸图；
24.图3为本实用新型的实施例的铝金属阳极板的结构示意图；
25.图4为本实用新型的实施例的铝金属阴极板的结构示意图；
26.图中：100、铝金属阳极板；110、第一凸脊；120、第一沟槽；130、第一凸块；141、第一阳极进气口；142、第一阳极出气口；151、第一阴极进气口；152、第一阴极出气口；200、铝金属阴极板；210、第二凸脊；220、第二沟槽；230、第二凸块；241、第二阳极进气口；242、第二阳极出气口；251、第二阴极进气口；252、第二阴极出气口；260、第二缺口；300、粘接密封垫。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.本实用新型的一种阴极封闭式的空冷型铝金属双极板的实施例，如图1至图4所示：一种阴极封闭式的空冷型铝金属双极板，包括铝金属阳极板100、铝金属阴极板200和多个粘接密封垫300。
29.铝金属阳极板100沿左右方向水平设置，铝金属阳极板100上端面上设有沿左右方向设置且开口朝上的第一凹槽。第一凹槽内设有多个沿左右方向设置的第一凸脊110。多个第一凸脊 110沿前后方向间隔设置，且将第一凹槽分隔为多个相互连通的第一沟槽120，以流通空气。第一沟槽120内设有多个沿左右方向间隔设置的第一凸块130。铝金属阳极板100下端面设有多个开口朝下的第一缺口。第一缺口设在第一凸块130下侧，且一一对应。第一凸脊110、第一沟槽120和第一凸块130构成阳极流场。
30.铝金属阳极板100左侧设有第一阳极进气口141和第一阴极出气口152。第一阳极进气口 141和第一沟槽120连通。铝金属阳极板100右侧设有第一阳极出气口142和第一阴极进气口 151。第一阳极出气口142和第一沟槽120连通。
31.铝金属阴极板200沿左右方向水平地设置在铝金属阳极板100下方，下端面上设有沿左右方向设置且开口朝下的第二凹槽。第二凹槽内设有多个沿左右方向设置的第二凸脊210。多个第二凸脊210沿前后方向间隔设置，且将第二凹槽分隔为多个相互连通的第二沟槽220，以流通空气。第二沟槽220内设有多个沿左右方向间隔设置的第二凸块230。铝金属阴极板200下端面设有多个开口朝上的第二缺口260。第二缺口260设在第二凸块230下侧，且一一对应。第二凸脊210、第二沟槽220和第二凸块230构成阴极流场。
32.铝金属阴极板200左侧设有第二阴极出气口252和第二阳极进气口241。第二阴极出气口 252和第二沟槽220连通。铝金属阴极板200右侧设有第二阴极进气口251和第二阳极出气口 242。第二阴极进气口251和第二沟槽220连通，且第一阳极进气口141和第二阳极进气口241 上下对应、第一阳极出气口142和第二阳极出气口242上下对应、第一阴极进气口151和第二阴极进气口251上下对应以及第一阴极出气口152和第二阴极出气口252上下对应。
33.多个粘接密封垫300设在铝金属阳极板100和铝金属阴极板200之间，用于使第一
阳极进气口141和第二阳极进气口241密封连通、第一阳极出气口142和第二阳极出气口242密封连通、第一阴极进气口151和第二阴极进气口251密封连通以及第一阴极出气口152和第二阴极出气口252密封连通。且使第一缺口和第二缺口260构成冷却介质通道。铝金属阳极板100 和铝金属阴极板200构成了两板三场式的阴极封闭式的空冷型铝金属双极板结构。阳极流场为平行流场、蛇形流场。阴极流场为平行流场、蛇形流场。铝金属阳极板100和铝金属阴极板 200构成的空冷型铝金属双极板结构设置为封闭式的阴极进出气结构。
34.空气从第一阳极进气口141和第二阳极进气口241进入第一沟槽120内，第一凸块130 的使用使得气流形成的阳极气场为蛇形气场，带走热量。空气从第一阴极进气口151和第二阴极进气口251进入第二沟槽220内，第二凸块230的使用使得气流形成的阴极气场为蛇形气场，带走热量。第一凸块130和第二凸块230的周期性分布形成的蛇形气场，可有效地改变气流流动方向，有利于反应气体向气体扩散层内流动与生成水的排出。同时，冷却介质流过第一缺口和第二缺口260构成的冷却介质通道带走热量。两板三场式的阴极封闭式的空冷型铝金属双极板结构提高了电池散热效率，使得电池有望在更高电流密度下持续稳定运行。
35.在本实施例中，铝金属阳极板100厚度为0.1mm。
36.在本实施例中，铝金属阴极板200厚度为0.1mm。
37.在本实施例中，第一沟槽120的槽宽为0.7mm、槽深为0.5mm。第一凸脊110的脊宽为0.8mm。
38.在本实施例中，第二沟槽220的槽宽为0.8mm、槽深为0.5mm。第二凸脊210的脊宽为0.7mm。
39.在本实施例中，相邻的两个第一凸块130的间距为10mm，第一凸块130在左右方向上的长度为5mm，第一凸块130的高度为0.2mm。
40.在本实施例中，相邻的两个第二凸块230的间距为10mm，第二凸块230在左右方向上的长度为5mm，第二凸块230的高度为0.2mm。
41.在本实施例中，铝金属阳极板100的表面覆有高导电性耐腐蚀涂层，涂层为纳米金涂层。
42.在本实施例中，铝金属阴极板200的表面覆有高导电性耐腐蚀涂层，涂层为碳膜涂层。
43.在本实施例中，铝金属阳极板100和铝金属阴极板200的成型方式可为冲压成型、辊压成型、液压成型、软模成型和刻蚀成型。
44.结合上述实施例，本实用新型的使用原理和工作过程如下：空气从第一阳极进气口141 和第二阳极进气口241进入第一沟槽120内，第一凸块130的使用使得气流形成的阳极气场为蛇形气场，带走热量。空气从第一阴极进气口151和第二阴极进气口251进入第二沟槽220 内，第二凸块230的使用使得气流形成的阴极气场为蛇形气场，带走热量。第一凸块130和第二凸块230的周期性分布，可有效地改变气流流动方向，有利于反应气体向气体扩散层内流动与生成水的排出。同时，冷却介质流过第一缺口和第二缺口260构成的冷却介质通道带走热量。两板三场式的阴极封闭式的空冷型铝金属双极板结构提高了电池散热效率，使得电池有望在更高电流密度下持续稳定运行。
45.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本
实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。