燃料电池双极板的粘合槽结构的制作方法

本实用新型涉及一种燃料电池双极板，尤其是涉及一种燃料电池双极板的粘合槽结构。

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。

质子交换膜燃料电池核心部件主要包括膜电极和极板。膜电极由质子交换膜和气体扩散层、催化剂组成，膜电极两侧则是极板，电化学反应生成的电子通过极板即可引出至外电路。阳极极板的导流孔和导流槽提供氢气燃料，阴极极板则提供空气为氧化剂。在阳极氢气经催化反应产生氢正离子(质子)，质子交换膜帮助氢正离子迁移到阴极。在阴极空气中的氧经催化反应得到电子形成负离子，与迁移过来的氢正离子反应生成水。

在燃料电池中发生的电化学反应可用以下的反应方程式来表示：

阳极反应：2H²→4H++4e

阴极反应：O²+4H++4e→2H2O

在整个电化学反应中，极板引出的电流正是燃料电池的发电结果。多个电池单体根据需要串联，组成不同功率的电池组(电堆)。在电池组中，双极板串联叠加。一块燃料电池双极板由一块阴极单板和一块阳极单板粘合而成，中间粘结形成冷却流道，燃料(氢气)和氧化剂(如空气)导流槽则分别位于两块极板的外侧。这就要求双极板需要具有一定的气密性，能把参加反应的燃料、氧化剂、冷却液三者隔离分开。所以在双极板的制作过程中，阴、阳单板的粘合就显得尤为重要。

通常在粘合双极板时，特别在一些极板上较大的平面粘贴时，因粘胶制备搅拌混合时不可避免会含有一定量的气泡，且阴、阳单板粘合时也有少量气泡夹带进粘合槽，导致后期双极板粘合胶体固化时，气泡挤压粘胶而使其溢出粘合槽，粘合槽没有被完全填充，在粘合槽内形成多孔非密闭型腔，严重影响冷却流场的气密性，影响燃料电池发电性能。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有良好气密性、导电导热性、阻气性与机械强度的燃料电池双极板的粘合槽结构。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池双极板的粘合槽结构，所述的双极板上设有导流槽，流体进、出口和粘合槽，粘合槽内设有连续的粘合胶，其特征在于，所述的粘合槽四周开有多条排气槽，各排气槽连通粘合槽与其旁边的导流槽，或流体进、出口，或极板外边缘。

所述的粘合槽为浅宽型粘合槽，其宽度为：5～10mm，深度为：0.05～0.1mm。若干个排气槽均匀分布在粘合槽的两侧，使得粘合槽与极板外边缘及最两侧的冷却流道相连通。

所述的排气槽为浅窄型排气槽，其深度为:0.02～0.08mm,宽度为:0.2～1.0mm。具体视极板粘合槽的容积适当调整。

所述的粘合槽四周均匀设有与其垂直的多条排气槽。

所述的双极板通过以下方法粘合：在粘合槽内均匀涂覆连续的粘合胶条，粘合胶条的宽度小于粘合槽，厚度大于粘合槽深度，双极板在压机上压合，粘合胶条均匀平铺于粘合槽内，粘合胶条中的气泡以及两块板压合时夹带的少量气体在粘胶固化前可顺着排气槽排出粘合槽，粘胶固化后二块阴、阳极单极板粘连在一起，且之间是零间隙，完全接触。

所述的压机温度控制在100℃～180℃，压力控制在0.2～0.3MPa下，压合时间0.5～1.0H，待自然冷却后再取出粘合固化后的双极板，防止急速降温引发双极板的翘曲，不平整。

压合前，连续的粘合胶条通过手工或使用点胶机或使用丝网印刷的方式涂覆在粘合槽内。

所述的粘合槽内粘合胶条的大小满足，压合后粘合胶完全填充满粘合槽，且不会溢出至极板外边缘或堵塞内侧导流槽。

所述的粘合胶条可以选用便宜且粘结效果好的粘胶剂，如环氧胶、导电碳胶或硅胶等，可以完全取代价格昂贵的导电银胶。

所述的双极板取机雕刻或模压成型的方法制得的阴极单板或阳极单板，或取金属板材经冲压成型的方式制得的阴极单板或阳极单板，该阴极单板或阳极单板的正面为导空气流槽或导氢气流槽，反面为导冷却流槽或为光面，所述的粘合槽设置在导冷却流槽或光面侧。所述的粘合后的双极板，阴极单板和阳极单板背面完全接触，零间隙，不影响双极板良好的导热导电性、气密性和机械强度。

本实用新型是为了克服上述现有双极板粘合存在的缺陷，从极板粘合槽的结构入手，增加粘合槽的排气功能，也就是在极板的浅宽型粘合槽内，加开适量的排气槽，使得阴、阳极板粘合时可以有效的排出粘合槽中的气泡，提高双极板粘合可靠性的同时，有效控制双极板的制作成本而提供一种燃料电池石墨极阴、阳极新型粘合槽结构的设计，通过该设计最终可制备具有良好气密性、导电导热性、阻气性与机械强度的燃料电池双极板。

本实用新型是在原有双极板粘合工艺基础上，提高阴、阳单极板粘合成双极板的成品率，无需调整粘胶剂的基础上，设计一种新型的粘合槽即可提高双极板粘合制作的可靠性，从而有效降低生产成本，提高生产效率。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型对极板粘合槽结构的优化设计，使得在不改变粘合工艺等其他外界因素的条件下，就能保证双极板的有效粘结，大大提高双极板的制作成品率。

(2)本实用新型所粘合得到的双极板具有良好的导热导电性、气密性，且机械强度大大增加，提高了燃料电池堆的体积与重量比功率密度。

附图说明

图1为本实用新型阴极单板正面示意图；

图2为本实用新型阴极单板正反面示意图；

图3为本实用新型阳极单板正面示意图；

图4为本实用新型阳极单板反面示意图；

图5为本实用新型新型粘合槽的结构放大图；

图6为本实用新型新型粘合槽上胶及压合前示意图；

图7为本实用新型新型粘合槽上胶及压合后示意图；

图8为第二种阳极单板反面示意图；

图9为第二种结构的双极板粘合槽上胶及压合前示意图；

图10为第二种结构的双极板粘合槽上胶及压合后示意图。

其中1：氧化剂进、出口；2：冷却剂进、出口；3：燃料进、出口；4：阴极侧导流槽；5：导冷却流槽；6：粘合槽；7：排气槽；8：阳极侧导流槽；9：粘合胶条；10：阴极单板；11：阳极单板；B:粘合槽宽度；C:粘合槽深度；D:排气槽深度；E：排气槽宽度。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例1

取机雕刻或模压成型的方法制得的阴极单板(空气导流板)或阳极单板(氢气导流板)，或取金属板材经冲压成型的方式制得的阴极单板(空气导流板)或阳极单板(氢气导流板)，该阴极单板正面为导空气流槽，反面为导冷却流槽。阳极单板的正面为导氢气流槽，反面为光面。在阴极反面设有浅宽型粘合槽6，且该粘合槽6四周加开适量的浅窄型排气槽7，排气槽7将粘结槽6的左右两侧与外部连通，从而构成上述待粘合的阴极单板和阳极单板。

如图1所示，为阴极单板正面示意图，正面设有氧化剂进、出口1，冷却剂进、出口2，燃料进、出口3，阴极侧导流槽4。如图2所示，为本实用新型阴极单板反面示意图，反面设有导冷却流槽5和粘合槽6，粘合槽6四周设有多条与其垂直的排气槽7，浅宽型粘合槽6宽度B：5～10mm，深度C：0.05～0.1mm，若干个排气槽7均匀分布在粘合槽6的两侧，使得粘合槽6与极板外边缘及最两侧的导冷却流槽5以及各流体进、出口相连通。该若干个浅窄型排气槽7的深度D:0.02～0.08mm,宽度E:0.2～1.0mm，具体视极板粘结槽的容积适当调整。如图5所示。

如图3所示，为阳极单板正面示意图正面设有氧化剂进、出口1，冷却剂进、出口2，燃料进、出口3，阳极侧导流槽8。如图4所示，为本实用新型阳极单板反面示意图，反面为光面。

阴极单板与阳极单板粘合成双极板的方法如下：连续的粘合胶条9通过手工或使用点胶机或使用丝网印刷的方式涂覆在粘合槽6内，粘合胶条9的宽度小于粘合槽6，厚度大于粘合槽6深度，阴极单板与阳极单板在压机上压合，所述的压机的温度控制在100℃～180℃，压力控制在0.2～0.3MPa下，压合时间0.5～1.0H，待自然冷却后再取出粘合固化后的双极板，防止急速降温引发双极板的翘曲，不平整。粘合胶条9均匀平铺与粘合槽6内，粘合胶条9中的气泡以及两块板压合时夹带的少量气体在粘胶固化前顺着排气槽7排出粘合槽，粘胶固化后二块单极板粘连在一起，且之间是零间隙，完全接触。粘合后的双极板，阴极单板和阳极单板背面完全接触，零间隙，不影响双极板良好的导热导电性、气密性和机械强度。

上述粘合槽6内粘合胶条的大小满足，压合后粘合胶完全填充满粘合槽，且不会溢出至极板外边缘或堵塞内侧导流槽。所述的粘合胶条可以选用便宜且粘结效果好的粘胶剂，如环氧胶、导电碳胶或硅胶等，可以完全取代价格昂贵的导电银胶。

实施例2

阴极单板正面结构与实施例1相同，阴极单板反面结构与实施例1类似，只是粘结槽6深度为实施例1中的阴极单板粘结槽深度的一半，且排气槽7的深度为实施例1中的阴极单板排气槽深度的一半；阳极单板正面结构也与实施例1相同，不同之处在于，阳极单板反面结构如图8所示，反面设有导冷却流槽5和粘合槽6，粘合槽6四周设有多条与其垂直的排气槽7，浅宽型粘合槽6宽度B：5～10mm，深度C：0.25～0.05mm，若干个排气槽7均匀分布在粘合槽6的两侧，使得粘合槽6与极板外边缘及最两侧的导冷却流槽5以及各流体进、出口相连通。该若干个浅窄型排气槽7的深度D:0.01～0.04mm,宽度E:0.2～1.0mm，具体视极板粘结槽的容积适当调整。

阴极单板10和阳极单板11的反面均设有粘合槽6和排气槽7，如图9所示，进行粘合时，将粘合胶条9放置于其中一个粘合槽6内，采用如实施例相同的方法进行压合，压合后粘合胶条9完全填满阴极单板10和阳极单板11向对面上的粘合槽6，且不会溢出至极板外边缘或堵塞内侧导流槽。其余同实施例1。