专利名称：一种基于夹压成形的质子交换膜燃料电池金属双极板加工方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池技术领域的制造方法，具体是一种质子交换膜燃料电池金属 双极板加工方法。
背景技术：
燃料电池主要由膜电极(MEA)和双极板构成；MEA是燃料电池的核心，双极板是电 池的关键部件之一，起到收集电流、气体分配以及水、热管理的作用，成本占燃料电池总成 本的46%以上，是造成质子交换膜燃料电池价格居高不下的重要原因之一，并且质量优劣 直接决定燃料电池堆输出功率大小和使用寿命长短。目前燃料电池双极板的研究主要集中在柔性石墨双极板(及注塑石墨双极板)、 金属双极板及复合双极板。通常采用的双极板为机械加工石墨双极板，技术比较成熟，但 石墨材料铣削加工方式限制了极板生产效率的提高，无法实现大批量生产，很难大幅度降 低生产成本，同时由于石墨极板脆性较大，机械加工性能较差，不适合环境恶劣的情况下使 用，对基板材料和加工模式都提出了更高的要求。因此，这也是当前石墨极板无法实现大规 模商业化使用的瓶颈问题。相比较石墨材料，金属材料由于具有导电、导热性好，机械强度 高，容易薄片化，易加工等优点成为优选燃料电池双极板的材料之一。对金属材料的研究主要集中在不锈钢材料上。不锈钢具有高导热性、易加工成型， 价格低等特点，并可提高燃料电池输出功率，改善燃料电池热管理，降低燃料电池堆成本， 是一种极具前途的质子交换膜燃料电池双极板基材。但不锈钢不仅自身电阻较高，而且表 面钝化膜及腐蚀产物产生附加电阻，使得与气体扩散层接触时具有较大的接触电阻，会导 致燃料电池内阻增加，直接影响电池输出功率和使用寿命。而使用金、银等贵金属可以提高 导电性和耐腐蚀性，但成本较高，不利于商业化生产。为此人们采取对已成型的不锈钢双极 板进行各种表面处理，以克服上述不足。随着金属双极板的兴起，对金属双极板的研究很多，大多数集中在对金属双极板 的表面改性方面，同时金属双极板的成形工艺的开发也引起了广大研究者的极大兴趣。经 对现有技术的文献检索发现，中国科学院大连化学物理研究所提出利用裁剪机将金属板剪 切成一定尺寸的平板，再用铣床加工出气体及冷却介质通道，然后将加工好的平板放入模 具中利用油压机冲压加工金属双极板。这种加工方法能够有效加工出满足燃料电池极板设 计要求的流场通道，也易于加工。但是由于极板的流场通道的尺寸特征极为精密，其设计尺 寸小到微米级别，这时成形加工的特点发生了显著变化，在制造过程中表现出较强的尺度 效应，对于加工精度要求很高。因此，加工过程中的多工位时加工模具的重新定位会引起较 大的误差，同时其加工效率也会降低，限制了大批量生产的实现。上海交通大学开发了一种基于辊压成形的质子交换膜燃料电池金属双极板的制 造方法，能实现单极板流道辊压成形、双极板连接的集成和在一条生产线多个连续工位的 制造工艺，生产效率较高。但是辊压时，由原来的面接触变成线接触，接触面积小，压力不均
3勻，而且在加工生成辊子对时，平面的流道几何图形映射到曲面上，难免会产生变形，增加 制造辊子的难度以及影响双极板最后的成形精度。
发明内容
为了克服已有质子交换膜燃料电池金属双极板的制造方法的加工效率低、成本较 高、工艺复杂、不利于批量生产的不足，本发明提供一种提高加工效率、降低成本、工艺简 单、易于实现批量生产的基于夹压成形的质子交换膜燃料电池金属双极板加工方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于夹压成形的质子交换膜燃料电池金属双极板加工方法，所述加工方法包 括以下步骤(1)根据质子交换膜燃料电池金属双极板的设计要求加工夹压成形的模具，所述 模具包括左右凸钢模和中间复合模，所述中间复合模包括从左到右依次连接的左凹钢模、 软模和右凹钢模，所述左凸钢模与所述左凹钢模正对，所述右凸钢模与所述右凹钢模正对， 所述左凸钢模与所述左凹钢模之间的间隙、所述右凸钢模与所述右凹钢模之间的间隙为双 极板的加工工位；(2)将双极板坯料放入所述加工工位中，将左右凸钢模向中部加压成形；(3)将成形后的双极板进行裁切，制得质子交换膜燃料电池金属双极板。进一步，所述步骤(1)中，左右凸钢模的下端设置外伸式裁刀，左右凹钢模的下端 设有供所述裁刀切割的裁刀凹槽；加压成形的同时进行裁切。当然，也可以在左右凹钢模的 下端设置外伸式裁刀，左右凸钢模下端设置裁刀凹槽。再进一步，所述软模为橡胶软模。当然，也可以采用其他软性材料，只要能起到缓 冲作用即可。本发明的有益效果主要表现在提高加工效率、降低成本、工艺简单、易于实现批
量生产。
图1是模具的结构示意图。图2是凸钢模的示意图。图3是凹钢模的示意图。。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。参照图1 图3，一种基于夹压成形的质子交换膜燃料电池金属双极板加工方法， 所述加工方法包括以下步骤(1)根据质子交换膜燃料电池金属双极板的设计要求加工夹压成形的模具，所述 模具包括左右凸钢模和中间复合模，所述中间复合模包括从左到右依次连接的左凹钢模、 软模和右凹钢模，所述左凸钢模与所述左凹钢模正对，所述右凸钢模与所述右凹钢模正对， 所述左凸钢模与所述左凹钢模之间的间隙、所述右凸钢模与所述右凹钢模之间的间隙为双 极板的加工工位；
(2)将双极板坯料放入所述加工工位中，将左右凸钢模向中部加压成形；(3)将成形后的双极板进行裁切，制得质子交换膜燃料电池金属双极板。所述步骤(1)中，左右凸钢模的下端设置外伸式裁刀，左右凹钢模的下端设有供 所述裁刀切割的裁刀凹槽；加压成形的同时进行裁切。当然，也可以在左右凹钢模的下端设 置外伸式裁刀，左右凸钢模下端设置裁刀凹槽。所述软模为橡胶软模。当然，也可以采用其他软性材料，只要能起到缓冲作用即可。本实施例中，左右凸钢模和左右凹钢模的形状匹配，且所述左右凸钢模的形状与 待加工的双极板的流道形状吻合，所述的流道可以为蛇形单流道，当然，也可以根据设计加 工其他形状的流道。如图1所示，夹压成形的模具包括左右的凸钢模1、2，中间的复合模具又分为左右 的凹钢模3、4以及中间橡胶软模5，如图2所示，在凸钢模1、2的下端设有裁刀6，在凹钢模 3、4上设有蛇形单流道7，其下端设有裁刀相应的凹槽8。将两块金属双极板材料分别放置在左右的凸钢模1、2和凹钢模3、4中，两边同时 向中间施加压力，中间复合型模具中的橡胶软模5受力压缩，具有缓冲的作用，使得加压过 程更加均勻、平衡。在金属双极板夹压成形的同时，左右的凸钢模1、2下端设置的裁刀6伸 到凹钢模3、4下端设有的裁刀凹槽8，从而对金属双极板进行裁切。
权利要求
1.一种基于夹压成形的质子交换膜燃料电池金属双极板加工方法，其特征在于所述 加工方法包括以下步骤(1)根据质子交换膜燃料电池金属双极板的设计要求加工夹压成形的模具，所述模具 包括左右凸钢模和中间复合模，所述中间复合模包括从左到右依次连接的左凹钢模、软模 和右凹钢模，所述左凸钢模与所述左凹钢模正对，所述右凸钢模与所述右凹钢模正对，所述 左凸钢模与所述左凹钢模之间的间隙、所述右凸钢模与所述右凹钢模之间的间隙为双极板 的加工工位；(2)将双极板坯料放入所述加工工位中，将左右凸钢模向中部加压成形；(3)将成形后的双极板进行裁切，制得质子交换膜燃料电池金属双极板。
2.如权利要求1所述的一种基于夹压成形的质子交换膜燃料电池金属双极板加工方 法，其特征在于所述步骤(1)中，左右凸钢模的下端设置外伸式裁刀，左右凹钢模的下端 设有供所述裁刀切割的裁刀凹槽；加压成形的同时进行裁切。
3.如权利要求1或2所述的一种基于夹压成形的质子交换膜燃料电池金属双极板加工 方法，其特征在于所述软模为橡胶软模。
全文摘要
一种基于夹压成形的质子交换膜燃料电池金属双极板加工方法，包括以下步骤(1)根据质子交换膜燃料电池金属双极板的设计要求加工夹压成形的模具，所述模具包括左右凸钢模和中间复合模，所述中间复合模包括从左到右依次连接的左凹钢模、软模和右凹钢模，所述左凸钢模与所述左凹钢模正对，所述右凸钢模与所述右凹钢模正对，所述左凸钢模与所述左凹钢模之间的间隙、所述右凸钢模与所述右凹钢模之间的间隙为双极板的加工工位；(2)将双极板坯料放入所述加工工位中，将左右凸钢模向中部加压成形；(3)将成形后的双极板进行裁切，制得质子交换膜燃料电池金属双极板。本发明能提高加工效率、降低成本、工艺简单、易于实现批量生产。
文档编号H01M4/88GK102130343SQ20111003066
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者姜少飞, 文东辉, 柴国钟, 鲁聪达 申请人:浙江工业大学