质子交换膜燃料电池双极板的制作方法

本实用新型涉及电池
技术领域：
，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池双极板。
背景技术：
：质子交换膜燃料电池是一种以氢气和氧气作为燃料的将化学能转化为电能的发电装置。其中双极板作为核心组件，起到支撑固定质子交换膜燃料电池组件、分隔燃料气体和氧化气体，收集传导电流等重要作用，所以优化双极板的设计将对质子交换膜燃料电池性能的提升有着巨大的作用。就目前双极板的设计制造而言，其基础结构材料大都采用石墨或金属。相对于石墨来说，金属板的孔隙率更小、机械强度更高，并且随着金属防腐蚀技术的进一步提升，金属双极板的应用也在逐步提升。但现有的金属双极板中，有些不具有冷却液流场，使电池在工作中没有冷却液降温，大大提升了电池工作的环境温度，对电池排水以及催化剂的活化性能造成影响。还有一些金属双极板中虽然设置有冷却液流场，但该金属双极板的厚度较大，增加了电堆的体积和质量，不满足轻量化的设计要求，生产成本较高，且这类金属双极板中反应气体和冷却液易出现流动不顺畅的问题，发电效果差。另外，其气体进出口和冷却液进出口等的尺寸、形状受较大的限制，并不能完全满足工作需要。技术实现要素：本实用新型的主要目的在于提供一种质子交换膜燃料电池双极板，旨在解决现有金属双极板不满足轻量化的设计要求的问题。为实现上述目的，本实用新型提供的质子交换膜燃料电池双极板包括：第一金属单板，所述第一金属单板设置有多个间隔布置的第一凸台，任意相邻的两个所述第一凸台之间形成第一凹槽；第二金属单板，所述第二金属单板与所述第一金属单板层叠连接，所述第二金属单板设置有多个间隔布置的第二凸台，任意相邻的两个所述第二凸台之间形成第二凹槽，多个所述第二凸台对应形成多个所述第二凹槽；多个所述第一凸台和多个所述第二凹槽的数量一致且一一对应布置，所述第一凸台和所述第二凹槽均呈波浪状且延伸方向相同，所述第一凸台的弯曲方向和所述第二凹槽的弯曲方向相反，以使所述第一凸台和与所述第一凸台对应的所述第二凹槽交叉排布；所述第一凸台和与所述第一凸台对应的所述第二凹槽之间形成冷却液流场，所述第一凹槽和所述第二凸台均形成气体流场；所述质子交换膜燃料电池双极板开设有气体进口、气体出口、冷却液进口以及冷却液出口，所述气体进口和所述气体出口连通所述气体流场，所述冷却液进口和所述冷却液出口连通所述冷却液流场。优选地，多个所述第一凸台和多个所述第二凹槽均沿第一方向间隔均匀布置，所述第一凸台和所述第二凹槽均沿所述第二方向延伸，所述第一方向垂直于所述第二方向。优选地，所述质子交换膜燃料电池双极板呈矩形，所述冷却液进口、冷却液出口、气体进口以及气体出口开设于所述质子交换膜燃料电池双极板的四周，所述冷却液进口和所述冷却液出口沿第一方向间隔布置，所述气体进口和所述气体出口沿第二方向间隔布置。优选地，所述第一金属单板上背离所述第二金属单板的表面以及所述第二金属单板上背离所述第一金属单板的表面均设置有两个支撑柱组，其中一个所述支撑柱组靠近所述气体进口设置，另一个所述支撑柱组靠近所述气体出口设置，各所述支撑柱组包括多个沿第一方向间隔布置的支撑柱，多个所述支撑柱形成点流场，所述点流场与所述气体流场连通。优选地，所述第一金属单板上背离所述第二金属单板的表面以及所述第二金属单板上背离所述第一金属单板的表面均设置有两个气体导引通道，其中一个所述气体导引通道连通所述气体进口和靠近所述气体进口的点流场，另一个所述气体导引通道连通所述气体出口和靠近所述气体出口的点流场；各所述气体导引通道由多个间隔布置的第一条形板形成。优选地，所述气体进口的数量为两个，两个所述气体进口分别为第一气体进口和第二气体进口，且所述第一气体进口和所述第二气体进口沿第一方向并排间隔布置；所述气体出口的数量为两个，两个所述气体出口分别为第一气体出口和第二气体出口，且所述第一气体出口和所述第二气体出口沿第一方向并排间隔布置；所述第一气体进口与所述第一气体出口呈对角分布并均与所述第一金属单板上的气体导引通道连通，所述第二气体进口与所述第二气体出口呈对角分布并均与所述第二金属单板上的气体导引通道连通，所述冷却液进口与所述冷却液出口呈对角分布。优选地，所述第一金属单板上面向所述第二金属单板的表面以及所述第二金属单板上面向所述第一金属单板的表面均设置有两个冷却液导引通道，其中一个所述冷却液导引通道连通所述冷却液进口和所述冷却液流场，另一个所述冷却液导引通道连通所述冷却液出口和所述冷却液流场；各所述冷却液导引通道由多个间隔布置的第二条形板形成。优选地，所述冷却液进口靠近所述气体进口设置，所述冷却液出口靠近所述气体出口设置。优选地，所述质子交换膜燃料电池双极板上开设有两个定位孔，两个所述定位孔呈对角分布。优选地，所述第一金属单板上背离所述第二金属单板的表面以及所述第二金属单板上背离所述第一金属单板的表面均设置有密封槽，所述密封槽位于所述质子交换膜燃料电池双极板的四周。在本实用新型的技术方案中，第一金属单板上的多个第一凹槽与多个第一凸台为互嵌式排布，第二金属单板上的多个第二凹槽也为多个第二凸台为互嵌式排布，进而使得该质子交换膜燃料电池双极板的气体流场和冷却液流场互嵌式排布，极大减小了该质子交换膜燃料电池双极板的厚度，进而缩减了电堆的体积和质量，满足轻量化的设计要求，生产成本较低，且该质子交换膜燃料电池双极板气体和冷却液流动顺畅，利于改善发电效果。附图说明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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本实用新型实施例质子交换膜燃料电池双极板的装配示意图；图2为图1中A区域的放大示意图示意图；图3为图1的一视角的截面示意图；图4为图3中的B区域的放大示意图；图5为图1的另一视角的截面示意图；图6为图5中的C区域的放大示意图；图7为本实用新型实施例质子交换膜燃料电池双极板的分解示意图；图8为本实用新型实施例质子交换膜燃料电池双极板的俯视示意图；图9为本实用新型实施例质子交换膜燃料电池双极板的仰视示意图；图10为本实用新型实施例质子交换膜燃料电池双极板中冷却液的局部流动状态示意图。附图标号说明：标号名称标号名称1第一金属单板6冷却液出口11第一凸台7气体导引通道12第一凹槽71第一条形板2第二金属单板8冷却液导引通道21第二凸台81第二条形板22第二凹槽9定位孔3气体进口10密封槽3a第一气体进口100气体流场3b第二气体进口200冷却液流场4气体出口201重叠区域4a第一气体出口300点流场4b第二气体出口301支撑柱5冷却液进口本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本实施例中的附图，对本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的一部分实施例，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作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。需要说明，本实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。其中，本实用新型所指的“上”“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方位的描述是以图1和图8中的方位为基准。如图1至图7所示，本实用新型提供的质子交换膜燃料电池双极板包括：第一金属单板1，第一金属单板1设置有多个间隔布置的第一凸台11，任意相邻的两个第一凸台11之间形成第一凹槽12；第二金属单板2，第二金属单板2与第一金属单板1层叠连接，第二金属单板2设置有多个间隔布置的第二凸台21，任意相邻的两个第二凸台21之间形成第二凹槽22，多个第二凸台21对应形成多个第二凹槽22；多个第一凸台11和多个第二凹槽22的数量一致且一一对应布置，第一凸台11和第二凹槽22均呈波浪状且延伸方向相同，第一凸台11的弯曲方向和第二凹槽22的弯曲方向相反，以使第一凸台11和与第一凸台11对应的第二凹槽22交错排布；第一凸台11和与第一凸台11对应的第二凹槽22之间形成冷却液流场200，第一凹槽12和第二凸台21均形成气体流场100；质子交换膜燃料电池双极板开设有气体进口3、气体出口4、冷却液进口5以及冷却液出口6，气体进口3和气体出口4连通气体流场100，冷却液进口5和冷却液出口6连通冷却液流场200。具体地，本实施例质子交换膜电池双极板中第一金属单板1和第二金属单板2由上至下层叠焊接连接，第一金属单板1位于第二金属单板2的上方。第一金属单板1上设置有多个间隔布置的第一凸台11，任意相邻的两个第一凸台11之间形成第一凹槽12，可以理解地，第一凹槽12的数量也为多个，多个第一凹槽12与多个第一凸台11为互嵌式排布；第二金属单板2上设置有多个间隔布置的第二凸台21，任意相邻的两个第二凸台21之间形成第二凹槽22，可以理解地，第二凹槽22的数量也为多个，多个第二凹槽22与多个第二凸台21为互嵌式排布。多个第一凸台11和多个第二凹槽22的数量一致且一一对应布置，同理，多个第一凹槽12与多个第二凸台21的数量一致且一一对应布置。其中，第一凸台11和第二凹槽22均呈波浪状，同理，第一凹槽12和第二凸台21也均呈波浪状，第一凸台11和第二凹槽22均沿前后方向延伸，且第一凸台11的弯曲方向和第二凹槽22的弯曲方向相反，即，第一凸台11和第二凹槽22反向设置，第一凸台11的波峰位置对应第二凹槽22的波谷位置，第一凸台11的波谷位置对应第二凹槽22的波峰位置，使得第一凸台11和与其对应的第二凹槽22交叉排布，第一凸台11和与其对应的第二凹槽22具有重叠区域201。可以理解地，第一凹槽12和第二凸台21反向设置，第一凹槽12的波峰位置对应第二凸台21的波谷位置，第一凹槽12的波谷位置对应第二凸台21的波峰位置，使得第一凹槽12和与其对应的第第二凸台21交叉排布。进一步地，第一凸台11为冷却液流道，其开口朝下，第二凹槽22也为冷却液流道，其开口朝上，以使第一凸台11和与其对应的第二凹槽22之间形成冷却液流场200，冷却液可从冷却液进口5进入冷却液流场200，并在第一凸台11和第二凹槽22内流动，最终从冷却液出口6流出，在流动过程中，波浪状的第一凸台11和第二凹槽22可减少冷却液的流动阻力，使冷却液流动顺畅；第一凹槽12为气体流道，其开口朝上，第二凸台21也为气体流道，其开口朝下，以使第一凹槽12和第二凸台21均形成气体流场100，氧化剂和燃料气体可从冷却液进口5进入气体流场100，并在第一凹槽12和第二凸台21内流动，并在流动过程中扩散至膜电极(图未示)内与催化剂接触，发生化学反应并释放电流，最后剩余气体以及反应生成物通过气体出口4流出，在流动过程中，波浪状的第一凹槽12和第二凸台21可减少气体气体的流动阻力，使气体流动顺畅。本实施例的氧化剂以及燃料气体可分别在第一凹槽12和第二凸台21内流动。本实施例的氧化剂为氧气，燃料气体为氢气，若氧气在第一凹槽12内流动，则氢气在第二凸台21内流动，若氧气在第二凸台21内流动，则氢气在第一凹槽12内流动。本实施例质子交换膜燃料电池双极板中第一金属单板1上的多个第一凹槽12与多个第一凸台11为互嵌式排布，第二金属单板2上的多个第二凹槽22也为多个第二凸台21为互嵌式排布，进而使得该质子交换膜燃料电池双极板的气体流场100和冷却液流场200互嵌式排布，极大减小了该质子交换膜燃料电池双极板的厚度，进而缩减了电堆的体积和质量，满足轻量化的设计要求，生产成本较低，且该质子交换膜燃料电池双极板气体和冷却液流动顺畅，利于改善发电效果。本实施例中，多个第一凸台11和多个第二凹槽22均沿第一方向间隔均匀布置，同理，多个第一凹槽12和多个第二凸台21均沿第一方向间隔均匀布置。第一凸台11和第二凹槽22均沿第二方向延伸，同理，多个第一凹槽12和多个第二凸台21均沿第二方向延伸，第一方向垂直于第二方向。本实施例的第一方向为图1和图8中表示的左右方向，第二方向为图1和图8中表示的前后方向，即，第一金属单板1上的第一凸台11和第一凹槽12沿前后方向延伸，且多个第一凸台11和多个第一凹槽12沿左右方向互嵌式排布，第二金属单板2上的第二凸台21和第二凹槽22沿前后方向延伸，且多个第二凸台21和多个第二凹槽22沿左右方向互嵌式排布，具有设计合理和易于制作的优点。本实施例的质子交换膜燃料电池双极板呈矩形，冷却液进口5、冷却液出口6、气体进口3以及气体出口4开设于质子交换膜燃料电池双极板的四周，冷却液进口5和冷却液出口6沿第一方向间隔布置，气体进口3和气体出口4沿第二方向间隔布置。具体地，本实施例的冷却液进口5布置于质子交换膜燃料电池双极板的左侧，冷却液出口6布置于质子交换膜燃料电池双极板的右侧，气体进口3布置于质子交换膜燃料电池双极板的前侧，气体出口4布置于质子交换膜燃料电池双极板的后侧，冷却液左进右出，气体前进后出，互不干涉。本实施例中，第一金属单板1上背离第二金属单板2的表面以及第二金属单板2上背离第一金属单板1的表面均设置有两个支撑柱组，其中一个支撑柱组靠近气体进口3设置，另一个支撑柱组靠近气体出口4设置，各支撑柱组包括多个沿第一方向间隔布置的支撑柱301，起到支撑膜电极的作用，防止膜电极被压坏。多个支撑柱301形成点流场300，点流场300与气体流场100连通。进一步地，第一金属单板1上背离第二金属单板2的表面以及第二金属单板2上背离第一金属单板1的表面均设置有两个气体导引通道7，其中一个气体导引通道7连通气体进口3和靠近气体进口3的点流场300，另一个气体导引通道7连通气体出口4和靠近气体出口4的点流场300；各气体导引通道7由多个间隔布置的第一条形板71形成。如图8和图9所示，更进一步地，气体进口3的数量为两个，两个气体进口3分别为第一气体进口3a和第二气体进口3b，且第一气体进口3a和第二气体进口3b沿第一方向并排间隔布置；气体出口4的数量为两个，两个气体出口4分别为第一气体出口4a和第二气体出口4b，且第一气体出口4a和第二气体出口4b沿第一方向并排间隔布置；第一气体进口3a与第一气体出口4a呈对角分布并均与第一金属单板1上的气体导引通道7连通，第二气体进口3b与第二气体出口4b呈对角分布并均与第二金属单板2上的气体导引通道7连通，冷却液进口5与冷却液出口6呈对角分布。冷却液进口5靠近气体进口3设置，冷却液出口6靠近气体出口4设置。具体地，第一金属单板1上背离第二金属单板2的表面即为第一金属单板1上与气体流场100同侧的表面，第二金属单板2上背离第一金属单板1的表面即为第二金属单板2上与气体流场100同侧的表面。第一气体进口3a、第一气体出口4a、第二气体进口3b以及其第二气体出口4b分别对应位于该质子交换膜燃料电池双极板的前方右侧、后方左侧、前方左侧以及后方右侧的位置，冷却液进口5和冷却液出口6分别对应位于该质子交换膜燃料电池双极板的左侧后方和右侧前方的位置。氧气/氢气从第一气体进口3a通过第一金属单板1上的气体导引通道7流入靠近该第一气体进口3a的点流场300，点流场300可作为缓冲区域，利于将氧气/氢气在电流场中均匀地分散开来，然后经过点流场300进入气体流场100，即进入第一凹槽12内向后流动，最后剩余气体以及反应生成物流至靠近第一气体出口4a处的点流场300，并经过该点流场300汇集后从第一气体出口4a流出。同理，氢气/氧气从第二气体进口3b通过第二金属单板2上的气体导引通道7流入靠近该第二气体进口3b的点流场300，经过该点流场300缓冲、分散后进入气体流场100，即，进入第二凸台21内向后流动，最后剩余气体以及反应生成物流至靠近第二气体出口4b处的点流场300，并经过该点流场300汇集后从第二气体出口4b流出。本实施例质子交换膜燃料电池双极板通过设置点流场300，不仅可将气体均匀分配至气体流场100，而且能减少气体流动过程中的流动阻力，利于气体流动顺畅，利于改善发电效果。本实施例中，第一金属单板1上面向第二金属单板2的表面以及第二金属单板2上面向第一金属单板1的表面均设置有两个冷却液导引通道8，其中一个冷却液导引通道8连通冷却液进口5和冷却液流场200，另一个冷却液导引通道8连通冷却液出口6和冷却液流场200；各冷却液导引通道8由多个间隔布置的第二条形板81形成。具体地，第一金属单板1上面向第二金属单板2的表面即为第一金属单板1上与冷却液流场200同侧的表面，第二金属单板2上面向第一金属单板1的表面即为第二金属单板2上与冷却液流场200同侧的表面。冷却液从冷却液进口5通过冷却液导引通道8流入冷却液流场200中，先在最左侧的第一凸台11和第二凹槽22内前后流动，随着冷却液流动的过程中，由于第一凸台11和与其对应的第二凹槽22具有重叠区域201，如图10所示，图10中箭头所指方向为冷却液流动的方向。冷却液在前后流动的过程可横向流动，即左右流动，并且可在第一凸台11和第二凹槽22内上下流动，进而在冷却液流场200内全方位流动，起到良好的降温作用，降低了电池工作的环境温度，避免对电池排水及催化剂的活化性能造成影响。可以理解地，本实施例的第一气体进口3a和第一气体出口4a可以互换，第二气体进口3b和第二气体出口4b可以互换，即，第一气体进口3a可以作为第一气体出口4a，第一气体出口4a也可以作为第一气体进口3a，而第二气体进口3b可以作为第二气体出口4b，第二气体出口4b也可以作为第二气体进口3b。冷却液进口5和冷却液出口6也可以互换，即，冷却液进口5可以作为冷却液出口6，冷却液出口6也可以作为冷却液进口5。并且，各气体进出口和冷却液进出口不受尺寸、形状的限制，能完全满足工作需要。本实施例中，质子交换膜燃料电池双极板上开设有两个定位孔9，两个定位孔9呈对角分布，利于在安装时将该质子交换膜燃料电池双极板定位，提高安装精度，减少安装误差，有效避免安装过程中对膜电极的损坏。本实施例中，第一金属单板1上背离第二金属单板2的表面以及第二金属单板2上背离第一金属单板1的表面均设置有密封槽10，即，第一金属单板1上与气体流场100同侧的表面以及第二金属单板2上与气体流场100同侧的表面均设置有密封槽10，密封槽10位于质子交换膜燃料电池双极板的四周。密封槽10用于与密封圈(图未示)配合，防止该质子交换膜燃料电池双极板工作过程中发生气体泄漏，安全可靠。以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
技术领域：
，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。当前第1页1 2 3