双极板流道制造工艺及双极板流道的制作方法

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种双极板流道制造工艺及双极板流道。

背景技术：

燃料电池是一种将氢气和氧气通过电化学氧化反应而发电的装置，其中，质子交换膜燃料电池通常是由膜电极、气体扩散层、双极板等部件交替堆叠而成。双极板主要分为石墨双极板、复合材料双极板和金属双极板。金属薄板具有较高的强度以及良好的导电、导热性能，原材料价格便宜且适合大批量生产方式，是燃料电池产业化的第一选择。

金属双极板的主流制造工艺为金属冲压成形工艺。然而，为了继续提高燃料电池功率密度、进一步降低燃料电池开发成本，金属板冲压工艺面临着两个难题：第一，冲压成形金属板的模具开模费用极高，如果阴阳极板采用不同的流场结构，阴阳极板就需要开两幅磨具，这将极大的增加开发成本；如果对阴阳极流场板结构进行调整，就需要新开模具，技术升级成本高昂。第二，受制于金属材料自身特性及精细加工技术，冲压成形过程存在厚度极限问题，最小的冲压厚度在300微米左右。

因此，现有技术的金属冲压成形工艺开模的费用较高，并且令双极板的薄型化受到制约。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种双极板流道制造工艺及双极板流道，以改善现有技术中存在的金属冲压成形工艺开模的费用较高，并且令双极板的薄型化受到制约的技术问题。

本发明提供的双极板流道制造工艺，该工艺包括以下步骤：

a)将导电剂、表面活性剂以及去离子水混合；

b)将得到的混合物充分搅拌呈糊状且表面活性剂分散均匀，以形成浆料；

c)制作好双极板流道的网版；

d)利用浆料和网版在金属板上进行丝网印刷；

e)将印刷好的金属板放入烘干装置中进行三次不同温度的干燥处理；

f)将干燥后的金属板进行倒卷处理；

g)重复步骤a-e。

进一步的，在步骤c)之前还包括以下步骤：

在浆料中添加分散液进行搅拌。

进一步的，在步骤d)之前还包括以下步骤：

对金属板的表面进行电化学镀膜处理。

进一步的，将混合物以80-120rpm的转速进行搅拌。

进一步的，将浆料和分散液以100rpm的转速进行搅拌。

进一步的，当在金属板表面印刷氢气的流道或者空气的流道时，金属板在烘干装置中进行的三次干燥处理的温度分别为：70-80℃、110-120℃、80-90℃。

进一步的，当在金属板表面印刷冷却水的流道时，金属板在烘干装置中进行的三次干燥处理的温度分别为：75-85℃、115-125℃、85-95℃。

进一步的，金属板的厚度为50-500微米。

进一步的，本发明还提供了一种双极板流道，该双极板流道由双极板流道制造工艺制成。

进一步的，双极板流道包括多个流场沟脊；每两个相邻的流场沟脊之间形成一个流道；流场沟脊的宽度和高度均为100-1000微米；流道的宽度为100-1000微米。

本发明提供的双极板流道制造工艺，在制造过程中，首先将导电剂、表面活性剂、去离子水按照一定的比例混合，将混合物充分搅拌搅拌器至导电剂成模糊状、表面活性剂分散均匀，以形成浆料。然后将准备好流道的网版以及浆料，对金属板严格按照印刷工艺进行丝网印刷，经过三段式烘干塔进行干燥处理以完成金属板一面的印刷。接着将干燥后的金属板进行倒卷处理，进行金属板另一面的印刷，印刷的步骤与上述步骤相同。

该双极板流道制造工艺能够通过优化网版设计和调节浆料浓度来是实现低成本金属双极板流道的批量化生产，与现有技术相比，能够降低模具开模费用，并且不会受制于金属材料自身特性、精细加工技术及冲压成形过程存在的厚度极限的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的双极板流道制造工艺的流程框图；

图2为本发明实施例提供的双极板流道的结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的双极板流道的结构示意图；

图4为本发明又一实施例提供的双极板流道的结构示意图。

图标：1-金属板；2-流场沟脊；3-流道；4-流体入口；5-流体出口；21-第一沟脊；22-第二沟脊。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的双极板流道制造工艺的流程框图；图2为本发明实施例提供的双极板流道的结构示意图；图3为本发明另一实施例提供的双极板流道的结构示意图；图4为本发明又一实施例提供的双极板流道的结构示意图；如图1、图2、图3以及图4所示，本实施例提供的双极板流道制造工艺，该工艺包括以下步骤：

a)将导电剂、表面活性剂以及去离子水混合；

b)将得到的混合物充分搅拌呈糊状且表面活性剂分散均匀，以形成浆料；

c)制作好双极板流道的网版；

d)利用浆料和网版在金属板1上进行丝网印刷；

e)将印刷好的金属板1放入烘干装置中进行三次不同温度的干燥处理；

f)将干燥后的金属板1进行倒卷处理；

g)重复步骤a-e。

其中，导电剂可以选择石墨、炭黑或者乙炔黑等材料。

进一步的，表面活性剂可以选用聚乙二醇辛基苯基醚。

进一步的，金属板1可选用不锈钢或者钛合金材料等等。

进一步的，烘干装置可以为烘干塔或者烘干箱等等。

进一步的，在制造双极板的过程中，可以采用多网版排版组合印刷方法，用一块金属板1来同时印刷多个单极板。当金属板1的正反面均印刷完成后，切割金属板1得到多个单极板。

进一步的，切割可采用空气切割。较佳地，采用激光器进行氮气切割，这样能够避免切割产生毛刺。

进一步的，倒卷处理即为将印好一面的金属板1反面从而进行另一面的印刷工序。

进一步的，网版及浆料的粘度可根据实际情况进行调整。

本实施例提供的双极板流道制造工艺，在制造过程中，首先将导电剂、表面活性剂、去离子水按照一定的比例混合，将混合物充分搅拌搅拌器至导电剂成模糊状、表面活性剂分散均匀，以形成浆料。然后将准备好流道3的网版以及浆料，对金属板1严格按照印刷工艺进行丝网印刷，经过三段式烘干塔进行干燥处理以完成金属板1一面的印刷。接着将干燥后的金属板1进行倒卷处理，进行金属板1另一面的印刷，印刷的步骤与上述步骤相同。

该双极板流道制造工艺能够通过优化网版设计和调节浆料浓度来是实现低成本金属双极板流道的批量化生产，与现有技术相比，能够降低模具开模费用，并且不会受制于金属材料自身特性、精细加工技术及冲压成形过程存在的厚度极限的问题。

在上述实施例的基础上，进一步的，在步骤c)之前还包括以下步骤：

在浆料中添加分散液进行搅拌。

其中，分散液可以选用聚四氟乙烯。

本实施例中，在得到合适粘度的浆料以后，向浆料中添加分散液继续搅拌，这样能够提高流道3的疏水性，加速燃料电池的排水，防止水淹现象的产生。

在上述实施例的基础上，进一步的，在步骤d)之前还包括以下步骤：

对金属板1的表面进行电化学镀膜处理。

本实施例中，在印刷之前对金属板1的表面进行电化学镀膜处理，这样能够提高金属板1的耐腐蚀性和导电性，从而提高双极板的性能，进而提高燃料电池的性能。

在上述实施例的基础上，进一步的，将混合物以80-120rpm的转速进行搅拌。

其中，可利用搅拌机充分搅拌1小时。

本实施例中，在使用过程中，将混合物以80-120rpm的转速进行搅拌。这种搅拌转速能够令浆液中的表面活性剂分散更加均匀，提高浆料的性能。

在上述实施例的基础上，进一步的，将浆料和分散液以100rpm的转速进行搅拌。

其中，可利用搅拌机充分搅拌2小时。

本实施例中，在使用过程中，将浆料和分散液以100rpm的转速进行搅拌。这种搅拌转速能够令浆料和分散液混合更加均匀，且能够得到较佳地粘度，从而提高最终得到的浆体的性能。

在上述实施例的基础上，进一步的，当在金属板1表面印刷氢气的流道3或者空气的流道3时，金属板1在烘干装置中进行的三次干燥处理的温度分别为：70-80℃、110-120℃、80-90℃。

其中，较佳地，金属板1在烘干装置中进行的三次干燥处理的温度分别为：75℃、115℃、85℃。

本实施例中，金属板1三次干燥处理的温度范围能够在得到氢气的流道3和空气的流道3的前提下，减少加工裂纹的产生。

在上述实施例的基础上，进一步的，当在金属板1表面印刷冷却水的流道3时，金属板1在烘干装置中进行的三次干燥处理的温度分别为：75-85℃、115-125℃、85-95℃。

其中，较佳地，金属板1在烘干装置中进行的三次干燥处理的温度分别为：80℃、120℃、90℃。

本实施例中，金属板1三次干燥处理的温度范围能够在得到冷却水的流道3的前提下，减少加工裂纹的产生。

在上述实施例的基础上，进一步的，金属板1的厚度为50-500微米。

本实施例中，金属板1的厚度为50-500微米。这种厚度能够在适用于该双极板流道制造工艺的前提下，令双极板的薄型化以及轻量化。

在上述实施例的基础上，进一步的，本发明还提供了一种双极板流道，该双极板流道由双极板流道制造工艺制成。

本实施例中，双极板流道由上述双极板流道制造工艺制成。这种双极板流道的制作成本较低，且能够适用于更多类型或者厚度的金属板1，实现精细加工。

如图2、图3以及图4所示，在上述实施例的基础上，进一步的，双极板流道包括多个流场沟脊2；每两个相邻的流场沟脊2之间形成一个流道3；流场沟脊2的宽度和高度均为100-1000微米；流道3的宽度为100-1000微米。

其中，流道3沿垂直与延伸方向的截面的形状可以为多种，例如：三角形、梯形或者矩形等等。

进一步的，较佳地，流场沟脊2的宽度和高度为100-300微米。

进一步的，较佳地，流道3的宽度为100-300微米。

进一步的，在能够保证双极板性能的前提下，缩短流道3的长度，即缩短流体的传输距离。在进出口气体压力损失一定的情况下，压力损失梯度增大，实现快速排水，避免电极水淹现象的发生，因此能够配备更小功率的空压机。

进一步的，流场沟脊2的形状可以为波浪形。

进一步的，多个流场沟脊2依次水平间隔设置。水平的设置能够减少流体在流通的过程中遇到的阻力，减少压力的损失。

进一步的，流道3为多个；多个流道3依次间隔设置；每个流道3的一端均为流体入口4，另一端均为流体出口5。在使用过程中，流体从多个流道3的流体入口4进入，经过流道3从流体出口5流出。这样不仅能够加快流体在流道3中流通的速度，减少流通过程中遇到的阻力，还能够令流体分布更加均匀。

进一步的，流场沟脊2可以为两个，两个流场沟脊2均呈蛇形设置，即流道3呈蛇形设置。在使用过程中，流体从流道3的一端的流体入口4进入，经过流道3从其另一端的流体出口5流出。

进一步的，流场沟脊2包括多个第一沟脊21和第二沟脊22；多个第一沟脊21和多个第二沟脊22交错设置以形成多个流道3；多个第一沟脊21的第一端依次连接，多个第二沟脊22的第二端依次连接，以令多个流道3相互连通且呈蛇形设置。在使用过程中，流体从蛇形流道3一端的流体入口4通入，经过蛇形流道3从其另一端的流体出口5流出，蛇形流道3的设置能够提高有效面积的利用率。

本实施例提供的双极板流道，在使用过程中，流体从流道3的一端进入，沿流道3从其另一端流出。该双极板流道的流场沟脊2的宽度和高度均为100-1000微米，流道3的宽度为100-1000微米，这种超细密化流道3的设置能够令流体在流道3流通的过程中分布更加均匀，在进出口其他压力损失一定的情况下，压力损失梯度增大，因此能够配备更小功率的空压机，避免开发大功率的空压机，也能够防止燃料电池系统有效功率的降低。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。