一种无冷却液流道双极板的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体为一种无冷却液流道双极板。


背景技术：

2.双极板是质子交换膜燃料电池(pemfc)的核心零部件之一，其主要作用是通过表面的流场运输气体，收集、传导反应生成的电流、热量和水。根据不同的材料类型，其重量约占燃料电池电堆的80％，成本占比约为40％。降低pemfc的生产成本，减少电池组的重量，是实现燃料电池产业化的基本条件。在pemfc中，双极板是最重和最厚的部件，由此决定了pemfc的体积和重量。现有的常规双极板均是两块单极板贴合而成的组成的带有双面流场的双极板，其厚度大，重量也大。而且由于传统石墨双极板的流场加工成本很高，也大大增加了整个燃料电池组的成本。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种无冷却液流道双极板，以解决现有双极板厚度大、重量大、制作成本高等问题。
4.本实用新型提供的无冷却液流道双极板，包括柔性石墨双极单板、阴极流场、阳极流场、氧化剂出入口、燃料出入口、阴极加强片、阳极加强片，所述阴极流场和阳极流场分别设置在柔性石墨双极单板的两侧，所述氧化剂出入口、燃料出入口围绕阴极流场和阳极流场而设，所述阴极加强片设置在阴极流场外周与所述氧化剂出入口、燃料出入口之间的位置，所述阳极加强片设置在阳极流畅外周与所述氧化剂出入口、燃料出入口之间的位置。
5.优选的，所述阳极流场和阴极流场的流道深度为0.25-0.35mm。
6.优选的，所述柔性石墨双极单板的厚度为0.8-1.0mm。
7.优选的，所述阴极加强片和阳极加强片采用不锈钢片或者高分子材料制成，厚度为25-100μm。
8.优选的，还包括冷却液出入口，所述冷却液出入口设置在阴极流场和阳极流场外围的柔性石墨双极单板上。
9.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
10.本实用新型的无冷却液流道双极板其厚度可减小至0.8-1.0mm，具有薄且轻的优势，而且没有冷却流道的设计，可以在生产中节省成本，经过试验验证，无冷却流道双极板和常规双极板以一定比例与膜电极堆叠组成的燃料电池，其电堆体积大大减小，体积功率密度显著提高；本专利的无冷却液流道双极板还具有阴极和阳极加强片，从整体上提升双极板的强度，而且提高密封性能，有效防止阴阳极气体串气。
附图说明
11.图1为无冷却液流道双极板优选实施例的阴极侧示意图；
12.图2为无冷却液流道双极板优选实施例的阳极侧示意图；
13.图3为图1的a-a向剖视图；
14.图4为图3中a处放大图；
15.图5为实施例中无冷却液流道双极板和常规燃料电池双极板进行1:1多片堆叠的示意图；
16.图6为实施例中无冷却液流道双极板和常规燃料电池双极板进行2:1多片堆叠的示意图。
17.图中标注：柔性石墨双极单板1、阴极流场2、阳极流场3、氧化剂出入口4、燃料出入口5、冷却液出入口6、阴极加强片7、阳极加强片8、氧化剂入口41、氧化剂出口42、燃料入口51、燃料出口52、冷却液进口61、冷却液出口62。
具体实施方式
18.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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，都属于本实用新型保护的范围。
19.实施例
20.请参阅图1、2，本实施例提供的无冷却液流道双极板包括柔性石墨双极单板1、阴极流场2、阳极流场3、氧化剂出入口4、燃料出入口5、冷却液出入口6，所述阴极流场2和阳极流场3分别设置在柔性石墨双极单板1的正反面，从图1和图2可以看出，阴极流场2和阳极流场3均位于柔性石墨双极单板1的中部，且阴极流场2和阳极流场3相对设置。所述柔性石墨双极单板1采用柔性石墨卷材辊压成型。所述氧化剂出入口4、燃料出入口5、冷却液出入口6围绕阴极流场2和阳极流场3而设，氧化剂出入口4、燃料出入口5、冷却液出入口6是通过裁切装置直接在柔性石墨双极单板1上裁切的贯通口，图1、2中可以看出，每块双极板均有两个氧化剂出入口4和两个燃料出入口5，一个作为入口，而另一个作为出口。所述阴极流场2一侧，氧化剂由氧化剂入口41进入，经过均匀分布的阴极流场2进行电化学反应，剩余氧化剂和反应产物由氧化剂出口42排出。所述阳极流场3一侧，燃料由燃料入口51进入，经过均匀分布的阳极流场3进行电化学反应，剩余燃料和反应产物由燃料出口52排出。本实施例的双极板无冷却液流道，但是预留了冷却液出入口6，此设计是为了与配有冷却液流道的双极板进行组装堆叠使用。本实施例的冷却液进口61有四个，冷却液出口62也有四个。
21.请参阅图3、4，本实施例的无冷却液流道双极板还包括阴极加强片7和阳极加强片8，所述阴极加强片7设置在阴极流场2外周与所述氧化剂出入口4、燃料出入口5、冷却液出入口6之间的位置，所述阳极加强片8设置在阳极流场3外周与所述氧化剂出入口4、燃料出入口5、冷却液出入口6之间的位置。所述阴极加强片7和阳极加强片8可以采用不锈钢片或者高分子材料制成，厚度为25-100μm。所述阴极加强片7，主要是提供足够的阴极侧密封支撑强度和加强无冷却液流道双极板整体强度。所述阳极加强片8，主要是提供足够的阳极侧密封支撑强度和加强无冷却液流道双极板整体强度。所述阴极加强片7和阳极加强片8还起到了气路隔绝的作用，可以防止阴阳极气体串气。
22.由于本实施例的双极板没有冷却流道，阴极流场2和阳极流场3只应用一块柔性石墨双极单板1制造，因此，板材的厚度可以大大减小。所述柔性石墨双极单板1的厚度可以做
到0.8-1.0mm。所述阳极流场3和阴极流场2的流道深度为0.25-0.35mm。
23.参照图5、6，本实施例无冷却流道燃料电池双极板101可以与配有冷却流道的燃料电池双极板102进行配对使用，进一步提高燃料电池堆的体积功率密度。例如普通燃料电池电堆采用配有冷却流道的燃料电池双极板102和膜电极100进行堆叠时，其体积功率密度正常可达3.0kw/l-4.5kw/l。若采用本实施例无冷却流道燃料电池双极板101与配有冷却流道的燃料电池双极板102进行1:1配对分别和膜电极100进行堆叠使用时，其燃料电池电堆体积可以在原有电堆基础上减小25％，体积功率密度最高可达5.625kw/l。若采用无冷却流道燃料电池双极板101与配有冷却流道的燃料电池双极板102进行2:1配对分别和膜电极100进行堆叠使用时，其燃料电池电堆体积可以在原有电堆基础上减小40％，体积功率密度最高可达6.3kw/l。
24.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。


技术特征：
1.一种无冷却液流道双极板，包括柔性石墨双极单板、阴极流场、阳极流场、氧化剂出入口、燃料出入口，其特征在于：还包括阴极加强片、阳极加强片，所述阴极流场和阳极流场分别设置在柔性石墨双极单板的两侧，所述氧化剂出入口、燃料出入口围绕阴极流场和阳极流场而设，所述阴极加强片设置在阴极流场外周与所述氧化剂出入口、燃料出入口之间的位置，所述阳极加强片设置在阳极流场外周与所述氧化剂出入口、燃料出入口之间的位置。2.根据权利要求1所述的无冷却液流道双极板，其特征在于：所述阳极流场和阴极流场的流道深度为0.25-0.35mm。3.根据权利要求1所述的无冷却液流道双极板，其特征在于：所述柔性石墨双极单板的厚度为0.8-1.0mm。4.根据权利要求1所述的无冷却液流道双极板，其特征在于：所述阴极加强片和阳极加强片采用不锈钢片或者高分子材料制成，厚度为25-100μm。5.根据权利要求1所述的无冷却液流道双极板，其特征在于：还包括冷却液出入口，所述冷却液出入口设置在阴极流场和阳极流场外围的柔性石墨双极单板上。

技术总结
本实用新型涉提供了一种无冷却液流道双极板，包括柔性石墨双极单板、阴极流场、阳极流场、氧化剂出入口、燃料出入口、冷却液出入口、阴极加强片、阳极加强片，阴极流场和阳极流场分别设置在柔性石墨双极单板的两侧，氧化剂出入口、燃料出入口、冷却液出入口围绕阴极流场和阳极流场而设，阴极加强片设置在阴极流场外周与氧化剂出入口、燃料出入口、冷却液出入口之间的位置，阳极加强片设置在阳极流畅外周与所述氧化剂出入口、燃料出入口、冷却液出入口之间的位置。无冷却液流道双极板具有薄且轻的优势，而且没有冷却流道的设计，可以在生产中节省成本；具有阴阳极加强片，从整体上提升双极板的强度，而且提高密封性能，有效防止阴阳极气体串气。极气体串气。极气体串气。


技术研发人员：朱维 谢佳平 沈军 任致行 赵小震
受保护的技术使用者：海卓动力（上海）能源科技有限公司
技术研发日：2021.10.20
技术公布日：2022/5/30