一种高温燃料电池的双极板及燃料电池电堆和双极板制造方法与流程

专利2025-12-26  9


本发明涉及一种高温燃料电池领域,尤其涉及一种高温燃料电池的双极板及燃料电池电堆和双极板制造方法。


背景技术:

1、高温燃料电池是一种关键的清洁能源技术,具有高效能和低排放的优势,适用于各种移动和固定能源应用。双极板作为其关键组件之一,直接影响燃料电池的功率密度、稳定性和寿命。

2、目前的双极板流道设计存在几个主要问题:传统的平行流道结构在高温运行时易受热膨胀影响,导致材料的微小变形和尺寸扩展,导致气体的流动不均匀以及流动的阻力增大,进而影响电池的长期稳定性和性能。此外,现有流道设计无法有效地管理流体的分布,可能导致某些区域的过热或过冷,降低电池的能量转换效率。同时,现有的制造方法往往效率低下、成本较高,这些问题直接影响了燃料电池的电化学性能、可靠性以及寿命,从而限制了高温燃料电池技术的商业化应用。


技术实现思路

1、为解决上述技术问题,本发明提供一种高温燃料电池的双极板及燃料电池电堆和双极板制造方法,包括双极板的基体,在基体的表面设计具有多组流道结构的流道网格,所述流道结构包括多组相互连通的细密回字形流道,每组流道均匀分布在双极板表面,每组流道的进气口,出气口分别为形状大小尺寸相同的矩形口,设在双极板的左侧和右侧并布置在回字形流道的中心对称轴线上,还包括用于密封圈定位设计的密封槽。为解决传统结构存在的上述问题,并显著提高高温燃料电池的性能、稳定性和经济可行性,另外还提供了一种包含上述高性能双极板的燃料电池电堆,用于测试双极板组装成电堆后的性能并做优化。

2、为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

3、一种高温燃料电池的双极板,包括基体、密封圈;所述基体的表面设置有多组流道结构,所述流道结构包括多组细密半回字形流道,上下的半回字形流道相互对称,组成回字形,每组流道具有进气口和出气口,流道之间平行且从内向外依次设置,均匀分布在双极板表面,流道之间通过进气口和出气口相连通,每组流道的进气口,出气口分别为形状大小尺寸相同的矩形口,设在双极板基体的左侧和右侧并布置在回字形的流道的中心对称轴线上,双极板基体上还包括在流道、进气口以及出气口外围设置的密封槽。

4、进一步的,所述细密回字形流道每组流道的宽度为0.08毫米至1毫米。

5、进一步地,所述流道的截面形状为矩形或梯形或v型或u型,并且每组流道宽度、流道深度与相邻两流道间的距离相等。

6、进一步地,所述双极板上的密封槽用于密封圈的定位。

7、进一步地,采用面密封结构,密封圈形状为t字型结构,凸起部分与密封槽配合,平面部分用于双极板的密封。

8、进一步地,所述密封圈材料采用耐高温的氟橡胶。

9、进一步地,所述基体采用耐高温的碳复合材料或金属合金材料制成还包括双极板表面的导电涂层。

10、进一步地,所述导电涂层为金属涂层,所述金属为镍、钛、铂金或纯金。

11、进一步地,所述双极板流道通过精密模具成型工艺或通过激光刻蚀或精密机械加工的方法形成。

12、进一步地,所述流道用于不同类型的高温燃料电池,包括固体氧化物燃料电池和燃料电池电堆。

13、进一步地,所述高温燃料电池电堆,包括至少一组双极板。

14、本发明还提供一种高温燃料电池的双极板的制造方法,所述方法包括以下步骤:

15、步骤1、使用计算机辅助设计软件创建双极板流道的详细三维模型,在模型的基础上设计模具,选择高强度、高耐磨性和高热导性的模具材料,以确保模具的长期稳定性和精度,对模具通过粗加工、精加工后,对模具进行热处理以提高其硬度和耐磨性,再对模具表面进行抛光或涂层处理,以减少摩擦、提高表面光洁度并防止腐蚀,制作出符合要求的双极板;

16、步骤2、对加工后的双极板进行表面处理,首先对双极板进行彻底清洗,去除表面上的残留物和污染物,然后进行喷涂或电镀,对处理后的表面进行精细打磨或抛光。

17、有益效果:

18、本发明提供一种高温燃料电池的双极板其燃料电池电堆和双极板制造方法,通过采用细密回字型结构流道设计,能够显著提高气体在流道内的分布均匀性;通过多个分支通道有效分散了气体流动路径,还能够有效降低气体流动的压降,减少了气体在流道内摩擦的损失,从而降低了系统运行时的压力损失;还能够有效提高热管理效率,通过流道结构的优化设计,有效促进了燃料电池内部的热量传递和热量分布均匀性,进而提升了整个系统的热管理能力;通过对双极板表面的处理,提高导电性,减少电阻损失,增强耐腐蚀性能,延长双极板使用寿命,另外双极板流道通过精密模具成型工艺或通过激光刻蚀或精密机械加工的方法,这不仅能够确保流道结构的精确度和稳定性,还能有效控制生产成本,通过本发明可以提高燃料电池的电化学性能、可靠性以及寿命,从而为了高温燃料电池技术的商业化应用提供支持。



技术特征:

1.一种高温燃料电池的双极板,包括基体、密封圈;所述基体的表面设置有多组流道结构,其特征在于:所述流道结构包括多组细密半回字形流道(4),上下的半回字形流道(4)相互对称,组成回字形,每组流道具有进气口(1)和出气口(2),流道(4)之间平行且从内向外依次设置,均匀分布在双极板表面,流道(4)之间通过进气口和出气口相连通,每组流道(4)的进气口(1),出气口(2)分别为形状大小尺寸相同的矩形口并设在双极板基体的左侧和右侧并布置在回字形的流道(4)的中心对称轴线上,双极板基体上还包括在流道(4)、进气口(1)以及出气口(2)外围设置的密封槽(3)。

2.如权利要求1所述的高温燃料电池的双极板,其特征在于:每组流道(4)的宽度为0.08毫米至1毫米;流道的间距也为0.08毫米至1毫米。

3.如权利要求2所述的高温燃料电池的双极板,其特征在于:所述流道的截面形状为矩形或梯形或v型或u型,并且每组流道(4)宽度、流道深度与相邻两流道间的距离相等。

4.如权利要求1所述的高温燃料电池的双极板,其特征在于:基体上的密封槽(3)用于密封圈(20)的定位。

5.如权利要求4所述的高温燃料电池的双极板,其特征在于:密封圈(20)形状为t字型结构,凸起部分(202)与密封槽(3)配合,平面部分(201)用于双极板的密封,形成面密封结构。

6.如权利要求1-5任一项所述的高温燃料电池的双极板,其特征在于:所述双极板基体采用耐高温的碳复合材料或金属合金材料制成,双极板基体表面还具有导电涂层。

7.如权利要求6所述的高温燃料电池的双极板,其特征在于:所述导电涂层为金属涂层,所述金属为镍、钛、铂金或纯金。

8.如权利要求5所述的高温燃料电池的双极板,其特征在于:所述密封圈(20)的材料采用耐高温的氟橡胶。

9.如权利要求1-5任一项所述的高温燃料电池的双极板,其特征在于:所述流道通过精密模具成型工艺或通过激光刻蚀或精密机械加工的方法形成。

10.如权利要求1-5任一项所述的高温燃料电池的双极板,其特征在于:所述流道用于不同类型的高温燃料电池,包括固体氧化物燃料电池和燃料电池电堆。

11.一种高温燃料电池电堆,其特征在于,包括至少一组根据权利要求1至6中任一项所述的高温燃料电池的双极板。

12.一种高温燃料电池的双极板的制造方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:

13.根据权利要求12所述的一种高温燃料电池的双极板的制造方法,其特征在于,其中,步骤1还可以替换为以下加工步骤:

14.根据权利要求12所述的一种高温燃料电池的双极板的制造方法,其特征在于,其中,步骤1还可以替换为以下加工步骤:


技术总结
本发明提供了一种高温燃料电池的双极板及燃料电池电堆和双极板制造方法,双极板包括基体、密封圈;基体的表面设置有多组流道结构,流道结构包括多组细密半回字形流道,上下的半回字形流道相互对称,组成回字形,每组流道具有进气口和出气口,流道之间平行且从内向外依次设置,均匀分布在双极板表面,流道之间通过进气口和出气口相连通;通过优化流道结构,增大有效流通面积,同时与碳纸的接触面积大,接触电阻低,提高气体分布均匀性和导电性能,并改善冷却效果,同时提高传质效率,增强抗腐蚀以及耐高温能力,延长燃料电池的使用寿命,解决现有技术中存在的气体分布不均匀、压力损失大、冷却效果差等问题。

技术研发人员:陈朋,张小乐,费明明,瞿晓丽,吴定国,王建国,苏建徽
受保护的技术使用者:合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室)
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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