一种燃料电池双极板的电解加工装置及加工方法

本发明涉及电解加工领域，特别是涉及一种燃料电池双极板的电解加工装置及加工方法。

背景技术：

为了缓和环境和能源问题，当今许多国家都大力研究和发展新的可替代能源。传统能源固有的局限性给太阳能、生物质能、风能、氢能等新能源的发展提供了契机。燃料电池作为迅速发展的新能源之一，具有非常广泛的应用前景，具有清洁、高效、可靠等众多优点。其中，燃料电池双极板的材料选用以及结构制造上的困难是一直限制其广泛应用的重要瓶颈之一。

具有蛇形阵列群槽结构的燃料电池双极板是由多个并排布置的蛇形流道单元组成。相较于传统直通型流道，蛇形流道不会因不同反应流道距燃料入口端远近不一造成燃料浓度分布的不均匀；且蛇形流道能迅速排出燃料电池生成的水，不易出现直通型流道易发生的水堵塞流道的情况；而相同活性面积采用多通道有利于减少流道的转折，可有效降低压力损失，通道并联有利于反应气体以及冷却水在通道内的均匀分布，能实现电流密度及电池温度的均匀分布，同时单根流道堵塞，不妨碍其他流道会发挥作用。因此寻求能够高效率高精度制造出具有蛇形阵列群槽结构的燃料电池双极板对燃料电池的应用推广显得极为重要。针对燃料电池的蛇形阵列群槽结构，常用的加工方法有铣削加工、化学刻蚀、电火花放电等。电解加工是一种利用电化学反应中阳极金属溶解原理去除材料的特种加工方法，具有加工效率高、表面质量好、工具无损耗，加工成本低等优点，通过简单的单向运动就可以加工出复杂的蛇形阵列群槽结构，是燃料电池双极板蛇形阵列群槽结构的高效低成本制造技术，具有广阔的应用前景。

电解加工过程中，工具阴极和工件阳极之间需要提供高速流动的电解液，以及时带走电解加工产物，保证阳极溶解的持续进行。拷贝式电解加工通常采用侧流式流场方式，能够满足大部分零件的加工需求。但对于蛇形阵列群槽结构，在加工过程中，由于其表面群槽延伸方向不一，所以在垂直于流动方向上的槽内电解液流动受阻较大；此外由于槽板加工面积较大，所以侧流式流场电解液流程过长，最终会造成加工区电解液流速不均，产物排除不及时等，这将大幅影响槽板的尺寸精度和表面质量，例如姜小琛等在论文“工具振动进给的双极板群槽电解加工”中提供了一种侧流式拷贝电解加工的方法来制造燃料电池直槽双极板，在加工蛇形阵列群槽结构时会存在流场不均匀导致加工表面流纹严重等问题；陈晓磊等在论文“微通道阵列的电化学直写加工”中提供了一种射流电解加工的方法来制造燃料电池直槽双极板，在加工蛇形阵列群槽结构时会存在运动轨迹复杂甚至无法一次性加工成型的问题。因此，发明一种采用新的通液方式的电解加工装置使得加工区流速均匀并提高产物排除效率，对于电解加工蛇形阵列群槽结构加工质量的提升有着重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种燃料电池双极板的电解加工装置及加工方法，以改善加工效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种燃料电池双极板的电解加工装置，包括由上到下依次层叠安装的工具底座、间隔进液导流块和蛇形流道阴极；其中，所述电解加工装置的加工对象为燃料电池双极板工件，且所述燃料电池双极板工件被加工后具有蛇形阵列群槽结构；

所述蛇形流道阴极具有所述蛇形阵列群槽结构相对应的蛇形阵列阴极刃，所述蛇形阵列阴极刃之间贯穿有蛇形阵列通槽；所述蛇形阵列通槽按照电解液流动方向分为具有出液口的第一通槽和具有无出液口的第二通槽，且所述第一通槽和所述第二通槽间隔顺序分布；

所述工具底座的内腔，与所述间隔进液导流块和所述蛇形流道阴极的部分通槽均贯通连接，且所述第二通槽与所述间隔进液导流块的进液口正对连通。

可选的，还包括稳流腔；所述稳流腔套在所述间隔进液导流块和所述蛇形流道阴极的外侧。

可选的，所述第一通槽的出液口与和所述稳流腔的泄流槽正对连通。

可选的，所述稳流腔通过弹簧结构与所述工具底座相连，以实现所述稳流腔套在所述间隔进液导流块和所述蛇形流道阴极外侧的功能，并且加工时，在所述弹簧结构的作用下，所述稳流腔与所述燃料电池双极板工件贴合。

可选的，当所述蛇形阵列通槽的蛇形槽的数量为偶数时，所述第一通槽和所述第二通槽按照交替排布方式排列；当所述蛇形阵列通槽的蛇形槽的数量为奇数时，所述蛇形阵列通槽设置有多个通槽组，且相邻所述第一通槽之间设置有一个或者两个所述第二通槽；所述通槽组包括两个连续排列的第二通槽。

可选的，所述间隔进液导流块包括一个或者多个蛇形槽，且所述间隔进液导流块的蛇形槽与所述蛇形阵列通槽中的第二通槽对应设置。

可选的，所述工具底座、所述间隔进液导流块、所述蛇形流道阴极均由金属导电材料制成。

可选的，所述稳流腔为非金属材料制成的框形结构。

一种应用于燃料电池双极板的电解加工装置的加工方法，包括：

将电解加工装置与加工电源的负极连接，燃料电池双极板工件与所述加工电源的正极连接；

控制电解液从工具底座的进液口流入，经过间隔进液导流块和第二通槽后流入加工区，接着流经蛇形阵列阴极刃后所述电解液向两侧翻转，以使所述电解液沿着所述蛇形阵列阴极刃的宽度方向流入相邻的第一通槽，最后所述电解液从所述第一通槽的出液口流经稳流腔的泄流槽流出。

可选的，还包括：

加工时，控制所述稳流腔与所述燃料电池双极板工件贴合；

加工结束后，控制所述电解加工装置整体抬升以更换燃料电池双极板工件。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种燃料电池双极板蛇形阵列群槽结构的电解加工装置，通过采用电解液正冲翻液的流通方式进行电解加工，解决了采用传统电解液侧流式流场加工燃料电池双极板蛇形阵列群槽结构时加工区电解液流速不均，易造成加工区电解产物排出不及时，导致加工尺寸精度差、表面流纹严重、甚至发生短路等问题，改善了加工效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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。

图1为本发明燃料电池双极板蛇形阵列群槽结构的电解加工装置的结构图；

图2为本发明燃料电池双极板蛇形阵列群槽结构的电解加工装置的爆炸示意图；

图3为本发明蛇形流道阴极的剖面图；

图4为本发明蛇形流道阴极的俯视图；

图5为本发明蛇形槽条数不同时蛇形流道阴极的结构示意图；图5(a)为本发明蛇形槽条数为偶数时蛇形流道阴极的三维结构示意图，图5(b)为本发明蛇形槽条数为偶数时蛇形流道阴极的剖面图，图5(c)为本发明蛇形槽条数为奇数时蛇形流道阴极的三维结构示意图，图5(d)为本发明蛇形槽条数为奇数时蛇形流道阴极的剖面图；

图6为本发明应用于燃料电池双极板的电解加工装置的加工方法的流程图。

符号说明：工具底座1、间隔进液导流块2、蛇形流道阴极3、稳流腔4、第一通槽31、第二通槽32。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种燃料电池双极板蛇形阵列群槽结构的电解加工装置，以改善加工效果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-2所示，本实施例提供了一种燃料电池双极板的电解加工装置，包括工具底座1、间隔进液导流块2、蛇形流道阴极3和稳流腔4；电解加工装置的加工对象为燃料电池双极板工件，且燃料电池双极板工件被加工后具有蛇形阵列群槽结构，即加工后形成的燃料电池双极板是由多条相互平行的蛇形槽组成。

其中，工具底座1、间隔进液导流块2和蛇形流道阴极3由上至下依次层叠安装，且稳流腔4套在间隔进液导流块2和蛇形流道阴极3的外侧。

工具底座1上设置有进液口，且工具底座1的内腔与间隔进液导流块2和蛇形流道阴极3内部的部分通槽贯通连接。稳流腔4上设置有泄流槽。

如图3-4所示，蛇形流道阴极具有蛇形阵列群槽结构相对应的蛇形阵列阴极刃，蛇形阵列阴极刃之间贯穿有蛇形阵列通槽；蛇形阵列通槽是由多条相互平行的蛇形槽组成，且蛇形阵列通槽中部分通槽上设置有出液口、部分通槽无出液口，即蛇形阵列通槽按照电解液流动方向分为具有出液口的第一通槽31(或者称为第一蛇形槽)和具有无出液口的第二通槽32(或者称为第二蛇形槽)，且第一通槽31和第二通槽32间隔顺序分布。

第二通槽32与间隔进液导流块2的进液口正对连通，第一通槽31的出液口与和稳流腔4的泄流槽正对连通。

作为一种优选的具体实施方式，本实施例提供的稳流腔4通过弹簧结构与工具底座1相连，以实现稳流腔4套在间隔进液导流块2和蛇形流道阴极3外侧的功能。并且加工时，在弹簧结构的作用下，稳流腔4始终与燃料电池双极板工件贴合。

作为一种优选的具体实施方式，本实施例提供的蛇形阵列通槽包括多条蛇形槽。图5为不同数量的蛇形槽的电解加工装置及其进出液口排布方式。当蛇形阵列通槽的蛇形槽的数量为偶数时，第一通槽31和第二通槽32按照交替排布方式排列，蛇形流道阴极3的进出液口排布方式如图5(a)和图5(b)；当蛇形阵列通槽的蛇形槽的数量为奇数时，在蛇形流道阴极3中设置两个连续的进液口，即蛇形阵列通槽设置有多个通槽组，且相邻第一通槽31之间设置有一个或者两个第二通槽32，蛇形流道阴极3的进出液口排布方式如图5(c)和图5(d)；其中，通槽组包括两个连续排列的第二通槽32。

作为一种优选的具体实施方式，本实施例提供的间隔进液导流块2包括一个或者多个蛇形槽，且间隔进液导流块2的蛇形槽与蛇形阵列通槽中的第二通槽32对应设置。

作为一种优选的具体实施方式，本实施例提供的工具底座1、间隔进液导流块2、蛇形流道阴极3是由金属导电材料制成，稳流腔4为非金属材料制成的框形结构。

本实施例还提供了一种应用于燃料电池双极板的电解加工装置的加工方法，如图6所示，包括：

步骤101：加工前，将稳流腔与燃料电池双极板工件贴合。

步骤102：加工时，将电解加工装置与加工电源的负极连接，燃料电池双极板工件与加工电源的正极连接。

步骤103：控制电解液从工具底座的进液口流入，经过间隔进液导流块和第二通槽后流入加工区，接着流经蛇形阵列阴极刃后电解液向两侧翻转，以使电解液沿着蛇形阵列阴极刃的宽度方向流入相邻的第一通槽，最后电解液从第一通槽的出液口流经稳流腔的泄流槽流出。加工时，稳流腔始终与燃料电池双极板工件贴合。此时，电解液沿蛇形阵列阴极刃宽度的短流程方向流动，可显著提升电解液流场稳定性。

步骤104：加工结束后，控制电解加工装置整体抬升以更换燃料电池双极板工件，更换燃料电池双极板工件后控制电解加工装置降落继续加工。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明采用翻液式电解液流动方式加工具有蛇形阵列群槽结构的燃料电池双极板工件；针对蛇形阵列群槽的迂回曲折结构，本发明在流通路径上流道截面相比侧流式变化缓慢，电解液分布均匀性得以改善；且电解液沿被加工槽的宽度方向流动，相较于传统流场，极大缩短了电解液在加工区的流程，能尽快将电解产物带离加工区；此外，本发明还直接改善了传统侧流式流场中存在的长流程、垂直于流场方向的槽内电解液流动困难等问题，有利于提高群槽的电解加工尺寸精度与表面质量。

2)本发明采用正流式电解液流动方式加工具有蛇形阵列群槽结构的燃料电池双极板工件，结构简单，适用于各种具有蛇形阵列群槽结构的工件加工。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。