专利名称：燃料电池用双极板的制作方法
技术领域：
本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及燃料电池的双极板。
背景技术：
燃料电池通常由多个电池单元构成，每个电池单元包括两个电极(阳极和阴极)， 该两个电极被电解质元件隔开，并且彼此串联地组装，形成燃料电池堆。通过给每个电极供 给适当的反应物，即给一个电极供给燃料而另一个供给氧化剂，实现电化学反应，从而在电 极之间形成电位差，并且因此产生电能。为了给每个电极供给反应物，使用通常称为“双极板”并且设置在每个单个电池的 两侧的特定界面元件。这些双极板通常是邻近阳极或阴极支撑体放置的单个元件的形式。 双极板是燃料电池组的重要元件。燃料电池堆在运行过程中，双极板执行如下功能以维持 燃料电池堆的最佳工作状态以及使用寿命(1)电池导电体，极板两侧分别形成阴极阳极， 将一个个电池单元串联以组成燃料电池堆；(2)通过流道向电极提供反应气(传质)；(3) 协调水与热的管理，防止冷却介质及反应气体外漏；(4)向膜电极组件(MEA)提供结构强度 支持。为完成上述功能，双极板的材料需要具有高电导率、足够的机械强度、良好的热 导、气体透过率低、抗腐蚀且能在电池工作环境中化学稳定相当长的时间。此外，考虑到设 计与易于加工制造的需要，双极板的材料还应该具备重量轻，体积小，成本低廉，甚至要求 可回收利用等特征。由于燃料电池的电化学反应的工作环境，采用的材料还必须耐电化学腐蚀并具有 良好的结构强度和稳定性。因此要设计一个高性能的电池的双极板，必须充分考虑各个方 面的因素。通常用于电池双极板的材料包括碳板、金属板等。传统上电池极板使用碳板 是因为其具有较好的导电、传热和防腐蚀性。而使用金属板的原因在于，其具有良好的导电 性、结构强度和成型性，经表面抗腐蚀处理也是作为电极板的好材料。另外由于电池极板的制作费用高昂，为降低燃料电池的成本，燃料电池的设计的 努力方向之一就是寻求优化电池双极板的设计和制作方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池用双极板，以优化现有燃料电池双极板的设 计。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种燃料电池用双极板，所述双极板包括电化学反应区域和非电化学反应区域， 所述电化学反应区域和非电化学反应区域拼接连接。进一步地，所述电化学反应区域位于中部，所述非电化学反应区域位于所述电化 学反应区域周边。进一步地，所述非电化学反应区域的材料为非导电材料。
进一步地，所述非电化学反应区域的材料密度为0. 1至1. 5克每立方厘米。进一步地，所述非电化学反应区域设有反应物输送通道。进一步地，所述非电化学反应区域设有安装孔。进一步地，所述电化学反应区域与所述非电化学反应区域相拼接的部分和所述非电化学反应区域的对应的拼接部分之间粘接连接。进一步地，所述电化学反应区域与所述非电化学反应区域相拼接的部分和所述非 电化学反应区域的对应的拼接部分之间挤压连接。进一步地，所述电化学反应区域与所述非电化学反应区域相拼接的部分和所述非 电化学反应区域的对应的拼接部分之间热压连接。进一步地，所述电化学反应区域与所述非电化学反应区域相拼接的部分为台阶 形，所述非电化学反应区域的拼接部分为对应的倒台阶形。进一步地，所述电化学反应区域与所述非电化学反应区域相拼接的部分为锯齿 形，所述非电化学反应区域的拼接部分为对应的倒锯齿形。进一步地，所述电化学反应区域与所述非电化学反应区域相拼接的部分为一个或 多个凸起，所述非电化学反应区域的拼接部分为对应的一个或多个凹槽。进一步地，所述电化学反应区域与所述非电化学反应区域相拼接的部分为一个或 多个凹槽，所述非电化学反应区域的拼接部分为对应的一个或多个凸起。进一步地，所述电化学反应区域和所述非电化学反应区域相拼接侧壁上分别对应 设有一环状凹槽，所述环状凹槽内设有一环状密封条。进一步地，所述电化学反应区域和非电化学反应区域的厚度相同。本发明将燃料电池的双极板分成电化学反应区域和非电化学反应区域，各个区域 被复合拼接构成完整的双极板，用这样的双极板叠合而建造了新型的燃料电池。这种电池 双极板的设计，优化了极板导电性能，减少了损耗、提高了效率，同时有效降低材料成本和 简化了制作的复杂性。以下结合附图及实施例进一步说明本发明。
图1是本发明燃料电池的拼接双极板实施例一的结构示意图；图2是本发明燃料电池的拼接双极板实施例二的A-A剖视图；图3是本发明燃料电池的拼接双极板实施例三的A-A剖视图；图4是本发明燃料电池的拼接双极板实施例四的A-A剖视图；图5是本发明燃料电池的拼接双极板实施例五的A-A剖视图。
具体实施例方式实施例一如图1所示，一种燃料电池用双极板，所述双极板包括电化学反应区域1和非电化 学反应区域2，所述电化学反应区域1和非电化学反应区域2拼接连接。本发明中所述的电化学反应区域1是指供给燃料和氧化剂发生反应的区域，该部 分区域对应于质子交换模、双极板上与质子交换模直接接触的流道、透气层等部分，通常质子交换模上还具有催化剂涂层。而非电化学反应区域2是指不发生电化学反应的区域。该非电化学反应区域2用于支撑所述电化学反应区域1，承受外界的作用力。本发明通过将双极板的电化学反应区域1和非电化学反应区域2分开设计，可有 效降低设计难度。例如，所述电化学反应区域1的双极板材料可采用满足燃料电池双极板 的材料制成，如采用碳板、金属板等。而所述非电化学反应区域2的双极板材料可采用具有 一定强度和耐热性能的廉价易于加工成型的材料制成，组装时电化学反应区域1拼接连接 在该非电化学反应区域2中即可，方便了该部分的加工和制作，有效降低制造成本。甚至在 电化学反应区域1失去效用时，均可分别回收该两部分区域，并重新利用。使燃料电池堆更 加环保。进一步地，所述非电化学反应区域2的材料为非导电材料。例如ABS(由苯乙 烯-丁二烯-丙烯腈为基的三元共聚体)、PVC(聚氯乙烯材料)等绝缘材料，特别是可以选 择一些密度小的材料制作该部分区域，例如所述非电化学反应区域2的材料密度为0. 1至 1. 5克每立方厘米，本领域技术人员可以根据需要灵活选择该部分区区域的材料，只要该材 料满足本发明中对该部分材料性能的要求即可，即可以支撑所述电化学反应区域1，并承受 外界的作用力，以及绝缘等特性。这样可以大幅减轻制成的燃料电池的重量，近一步降低 能耗。现有燃料电池的双极板中反应区域和其周边的非反应区域均为同一种导电材料，这 使得反应产生的部分电流从其周边的非反应区域通过，形成涡流，造成电流的梯度偏差，导 致电流损耗现象的发生，这种有害的电流现象容易造成燃料电池堆使用寿命的缩减，甚至 发生电流短路。本发明通过将双极板的电化学反应区域1和非电化学反应区域2分开设 计，并采用绝缘材料制作所述非电化学反应区域2，这样可使电流均勻地从电化学反应区域 2中通过，避免了涡流的产生，提高了燃料电池堆的使用寿命，防止电流短路的发生，提高了 燃料电池使用的安全性。其中，所述电化学反应区域1位于中部，所述非电化学反应区域2位于所述电化学 反应区域1周边。其中，所述非电化学反应区域2设有与所述电化学反应区域2的流道相通的反应 物输送通道4。该输送通道4用于电化学反应区域1的反应物输送。具体的输送通道4和 所述电化学反应区域2的流道之间的连通方式和结构可采用现有双极板的多种相关技术 实现，在此省略对该部分的详细描述。其中，所述非电化学反应区域2设有安装孔3，用于燃料电池堆组装。与现有整块 设计的燃料电池双极板相比，本发明提供的燃料电池双极板，由于非电化学反应区域2并 不参与反应，并且方便材成型加工，成本下降，整个燃料电池材料重量也大幅下降，不用担 心组装时造成双极板的损坏，降低了燃料电池堆的组装要求。其中，所述电化学反应区域1与所述非电化学反应区域2相拼接的部分和所述非 电化学反应区域2的对应的拼接部分之间可以是根据制作条件设计成粘接、挤压、热压等 连接方式。实施例二如图2所示，本实施例与实施例一除拼接部分形状不同外，其它部分相同。图2是 图1的A-A剖视图，图2中，所述电化学反应区域1与所述非电化学反应区域2相拼接的部 分为台阶形，所述非电化学反应区域2的拼接部分为对应的倒台阶形。
实施例三如图3所示，本实施例与实施例一除拼接部分形状不同外，其它部分相同。图3是 图1的A-A剖视图，图3中，所述电化学反应区域1与所述非电化学反应区域2相拼接的部 分为锯齿形，所述非电化学反应区域2的拼接部分为对应的倒锯齿形。实施例四如图4所示，本实施例与实施例一除拼接部分形状不同外，其它部分相同。图4是 图1的A-A剖视图，图4中，所述电化学反应区域1与所述非电化学反应区域2相拼接的部 分为一个或多个凸起，所述非电化学反应区域2的拼接部分为对应的一个或多个凹槽。也可以是，所述电化学反应区域1与所述非电化学反应区域2相拼接的部分为一 个或多个凹槽，所述非电化学反应区域2的拼接部分为对应的一个或多个凸起。实施例五如图5所示，本实施例与实施例一除拼接部分形状不同外，其它部分相同。图5是 图1的A-A剖视图，图5中，所述电化学反应区域1和所述非电化学反应区域2相拼接侧壁 上分别对应设有一环状凹槽，所述环状凹槽内设有一环状密封条5。通过该环状密封条实现 拼接部分在密封条5处的密封。安装时，可先将环状密封条5嵌套在所述电化学反应区域1的环状凹槽内，然后将 所述电化学反应区域1压入所述非电化学反应区域2中。以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内 的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范 围，例如采用其它拼接方式实现所述电化学反应区域1和所述非电化学反应区域2的连接， 只要双极板采用电化学反应区域和非电化学反应区域分开设计，任何其它等同变化或修 饰，均落在本发明的专利范围之内。
权利要求
一种燃料电池用双极板，其特征在于所述双极板包括电化学反应区域和非电化学反应区域，所述电化学反应区域和非电化学反应区域拼接连接。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用双极板，其特征在于所述电化学反应区域位于 中部，所述非电化学反应区域位于所述电化学反应区域周边。
3.根据权利要求2所述的燃料电池用双极板，其特征在于所述非电化学反应区域的 材料为非导电材料。
4.根据权利要求3所述的燃料电池用双极板，其特征在于所述非电化学反应区域的 材料密度为0. 1至1. 5克每立方厘米。
5.根据权利要求4所述的燃料电池用双极板，其特征在于所述非电化学反应区域设 有反应物输送通道。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的燃料电池用双极板，其特征在于所述 非电化学反应区域设有安装孔。
7.根据权利要求6所述的燃料电池用双极板，其特征在于所述电化学反应区域与所 述非电化学反应区域相拼接的部分和所述非电化学反应区域的对应的拼接部分之间粘接 连接。
8.根据权利要求6所述的燃料电池用双极板，其特征在于所述电化学反应区域与所 述非电化学反应区域相拼接的部分和所述非电化学反应区域的对应的拼接部分之间挤压 连接。
9.根据权利要求6所述的燃料电池用双极板，其特征在于所述电化学反应区域与所 述非电化学反应区域相拼接的部分和所述非电化学反应区域的对应的拼接部分之间热压 连接。
10.根据权利要求1至5及7至9中任一权利要求所述的燃料电池用双极板，其特征在 于所述电化学反应区域与所述非电化学反应区域相拼接的部分为台阶形，所述非电化学 反应区域的拼接部分为对应的倒台阶形。
11.根据权利要求1至5及7至9中任一权利要求所述的燃料电池用双极板，其特征在 于所述电化学反应区域与所述非电化学反应区域相拼接的部分为锯齿形，所述非电化学 反应区域的拼接部分为对应的倒锯齿形。
12.根据权利要求1至5及7至9中任一权利要求所述的燃料电池用双极板，其特征在 于所述电化学反应区域与所述非电化学反应区域相拼接的部分为一个或多个凸起，所述 非电化学反应区域的拼接部分为对应的一个或多个凹槽。
13.根据权利要求1至5及7至9中任一权利要求所述的燃料电池用双极板，其特征在 于所述电化学反应区域与所述非电化学反应区域相拼接的部分为一个或多个凹槽，所述 非电化学反应区域的拼接部分为对应的一个或多个凸起。
14.根据权利要求1至5及7至9中任一权利要求所述的燃料电池用双极板，其特征 在于所述电化学反应区域和所述非电化学反应区域相拼接侧壁上分别对应设有一环状凹 槽，所述环状凹槽内设有一环状密封条。
15.根据权利要求1至5及7至9中任一权利要求所述的燃料电池用双极板，其特征在 于所述电化学反应区域和非电化学反应区域的厚度相同。
全文摘要
燃料电池用双极板，所述双极板包括电化学反应区域和非电化学反应区域，所述电化学反应区域和非电化学反应区域拼接连接。进一步地，所述电化学反应区域位于中部，所述非电化学反应区域位于所述电化学反应区域周边。进一步地，所述非电化学反应区域的材料为非导电材料。本发明将燃料电池的双极板分成电化学反应区域和非电化学反应区域，各个区域被复合拼接构成完整的双极板，用这样的双极板叠合而建造了新型的燃料电池。这种电池双极板的设计，优化了极板导电性能，减少了损耗、提高了效率，同时有效降低材料成本和简化了制作的复杂性。
文档编号H01M8/02GK101826621SQ20101013628
公开日2010年9月8日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者高勇 申请人:上海恒劲动力科技有限公司