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CN112490463A - 一种燃料电池双极板制造方法 - Google Patents

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CN112490463A CN202011280373.0A CN202011280373A CN112490463A CN 112490463 A CN112490463 A CN 112490463A CN 202011280373 A CN202011280373 A CN 202011280373A CN 112490463 A CN112490463 A CN 112490463A
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陈矛
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Guangzhou Hezhiyuan Hydrogen Technology Co ltd
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Guangzhou Hezhiyuan Hydrogen Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开一种燃料电池双极板制造方法，包括以下步骤：将金属薄板加工成为具有流路形状的金属板；在真空气氛热压机设置热电偶加热，调节真空气氛热压机的真空度为10Pa以下；将石墨模具置于真空气氛热压机内，两块分别具有陽、陰極流路的金属板、以及置于两金属板之間的中间金属板堆叠为一组板材置于石墨模具内直接通电加热至温度为730‑850℃；圧力为0.5～5㎏f/cm2进行液压5‑20min成型制得双极板。本发明所述的方法，可预先将薄金属板通过高温高压在真空内进行扩散结合，不仅提高了薄金属板的耐腐蚀性，还防止具有流路形状的薄金属板发生翘曲，其加工过程简单，成本低。

Description

一种燃料电池双极板制造方法
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，具体是燃料电池的双极板的制造方法。
背景技术
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。而双极板又称集流板，是燃料电池重要部件之一，是提供气体流道，防止电池气室中的氢气与空气串通，并在串联的阴阳两极之间建立电流通路。
金属材料的双极板具有厚度小，质量轻，可大幅度降低燃料电池的尺寸及重量，在燃料电池工作过程中，燃料或氧化剂发生反应后会腐蚀金属双极板，必然会造成燃料电池的性能下降，而采用耐腐蚀的贵金属制作双极板则成本太高。另外，由于压制成型的金属双极板不能独立地设计前表面和后表面的形状，例如，如果在前表面上设计的气体流路，则将相同的形状传递到后表面、不能按照阴阳两极的氢气与空气的反应特性分别设计对应的流路和密封形状。此外在叠成电堆时需要将几十到数百片双极板互相挤压贴合形成燃料电池，要求毎片双极板的平整度高、尺寸误差极小，其制造工艺要求极高，成本较高。
发明内容
本发明提供一种阴阳两极可形成独立流路、平整度高、易加工的燃料电池双极板制造方法。
本发明所述的燃料电池双极板制造方法，包括以下步骤：
S1, 将金属薄板加工成为具有流路形状的板；
S2,在真空气氛热压机设置热电偶加热，调节真空气氛热压机的真空度为10Pa以下；
S3, 将石墨模具置于真空气氛热压机内，两块分别具有阳、阴极流路的金属板、以及置于两金属板之间的中间金属板堆叠为一组板材置于石墨模具内直接通电加热至温度为730-850℃；
S4，圧力为0.5～5㎏f/cm2进行扩散烧结5-20min成型制得双极板。
所述的燃料电池双极板制造方法，在对金属板施加压力的同时加热石墨模具，金属板可在石墨内直接快速加热至高温，其在高温的石墨模具内进行扩散结合，边加压和快速升温将可抑制材料的晶粒生长、形成致密烧结体或者致密粘结界面，可提高金属板的韧性，防止在高压下加压形成具有流路形状的薄金属板发生翘曲。另外，还可将两个含有一定形状的金属板放置于石墨模具内进行牢固的扩散结合在一起，经过高温高压在石墨模具内接合形成一体化的燃料电池用的具有气体流路沟槽通道的双极板。本发明所述的方法，可预先将薄金属板通过高温高压在真空内进行短时间扩散结合，防止具有流路形状的薄金属板发生翘曲，其加工过程简单，成本低。
附图说明
图1为一种燃料电池双极板制造方法步骤框图。
具体实施方式
实施例一
一种燃料电池双极板制造方法，包括以下步骤：
S1, 将金属薄板加工成为具有流路形状的板；可通过将金属板冲切或者刻蚀成为具有流路形状的板；
S2,在真空气氛热压机设置热电偶加热，调节真空气氛热压机的真空度为10Pa以下；
S3, 将石墨模具置于真空气氛热压机内，两块分别具有阳、阴极流路的金属板、以及置于两金属板之间的中间金属板堆叠为一组板材置于石墨模具内直接通电加热至温度为730-850℃；
S4，圧力为0.5～5㎏f/cm2进行液压5-20min成型制得双极板。
所述的燃料电池双极板制造方法，在将金属板冲切、或者刻蚀成薄板后，在施加压力的同时加热石墨模具，金属板可在石墨内直接快速加热至高温，由于电能直接输入到烧结模具和材料、使自身加热、与压力一起作为烧结的驱动力，可以迅速升温。同时其在高温高压的石墨模具内进行扩散结合，边加压和快速升温将可抑制材料的晶粒生长、形成致密粘结界面，可提高金属板的韧性，防止在高压下加压形成具有流路形状的薄金属板发生翘曲。另外，还可将两个含有一定形状流路或者不同形状的金属流路板和中间基板放置于石墨模具内进行牢固的扩散结合在一起，经过高温高压在石墨模具内形成一体化的燃料电池用的具有气体流路沟槽通道的双极板。本发明所述的方法，可预先将薄金属板通过高温高压在真空内进行扩散结合，防止具有流路形状的薄金属板发生翘曲，可短时间内制作出具有中空流路、可以设计两面不同形状的流路的双极板，其双极板具有高度的平整度，整个加工过程简单，成本低。
实施例二
一种燃料电池双极板制造方法，包括以下步骤：
S1, 将金属薄板加工成为具有流路形状的板；可通过将金属板冲切或者刻蚀成为具有流路形状的板；
S2,在真空气氛热压机设置热电偶加热，调节真空气氛热压机的真空度为10Pa以下；
S3, 将石墨模具置于真空气氛热压机内，两块分别具有阳、阴极流路的金属板、以及置于两金属板之间的中间金属板堆叠为一组板材置于石墨模具内直接通电加热至温度为730℃；
S4，圧力为0.5㎏f/cm2进行液压5min成型制得双极板。
实施例三
一种燃料电池双极板制造方法，包括以下步骤：
S1, 将金属薄板加工成为具有流路形状的板；可通过将金属板冲切或者刻蚀成为具有流路形状的板；
S2,在真空气氛热压机设置热电偶加热，调节真空气氛热压机的真空度为10Pa以下；
S3, 将石墨模具置于真空气氛热压机内，两块分别具有阳、阴极流路的金属板、以及置于两金属板之间的中间金属板堆叠为一组板材置于石墨模具内直接通电加热至温度为850℃；
S4，圧力为5㎏f/cm2进行液压20min成型制得双极板。
实施例四
一种燃料电池双极板制造方法，包括以下步骤：
S1, 将金属薄板加工成为具有流路形状的板；可通过将金属板冲切或者刻蚀成为具有流路形状的板；
S2,在真空气氛热压机设置热电偶加热，调节真空气氛热压机的真空度为10Pa以下；
S3, 将石墨模具置于真空气氛热压机内，两块分别具有阳、阴极流路的金属板、以及置于两金属板之间的中间金属板堆叠为一组板材置于石墨模具内直接通电加热至温度为780℃；
S4，圧力为1.5㎏f/cm2进行液压10min成型制得双极板。
实施例五
一种燃料电池双极板制造方法，包括以下步骤：
S1, 将金属薄板加工成为具有流路形状的板；可通过将金属板冲切或者刻蚀成为具有流路形状的板；
S2,在真空气氛热压机设置热电偶加热，调节真空气氛热压机的真空度为10Pa以下；
S3, 将石墨模具置于真空气氛热压机内，两块分别具有阳、阴极流路的金属板、以及置于两金属板之间的中间金属板堆叠为一组板材置于石墨模具内直接通电加热至温度为810℃；
S4，圧力为3㎏f/cm2进行液压15min成型制得双极板。
根据石墨模具加热的温度、真空气氛热压机内的压力以及液压时间，最终确定扩散接合最佳条件的依据，如表1-5所示。
根据表1-5的实验结果，附表中标号如下所示：
700℃以下、不论改变压力或时间条件、均有泄漏、不合格（×），
730℃～830℃、圧力0.5～5㎏/cm2,时间5min以上、不泄漏、形状完整（〇），
7㎏/cm2 以上、不泄漏、但是流路中空部有变形现象（△），
860℃以上、3min以上、均不泄漏、但是、流路中空部有变形现象（□），
730℃以上、25min以上、也可接受（〇）、但考虑省能源、尽量短时间的完成。
表1在700℃时确定扩散接合最佳条件：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表2在730℃时确定扩散接合最佳条件：
Figure 977703DEST_PATH_IMAGE002
表3在780℃时确定扩散接合最佳条件：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表4在830℃时确定扩散接合最佳条件：
Figure 98106DEST_PATH_IMAGE004
表5在860℃时确定扩散接合最佳条件：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
所述的燃料电池双极板制造方法，还包括将多片制作双极板的板材与石墨板相隔放置于石墨模具内进行加压接合形成多个一体化的双极板。可短时间内制作出多个具有中空流路、可以设计两面不同形状的流路的双极板。
所述的燃料电池双极板制造方法，所述制作双极板的材料为Ti（钛）或Ti合金（钛合金）或不锈钢或Ni-Cr-Fe（镍铬铁）等耐热合金。进一步的Ti（钛）或Ti合金（钛合金）为优选，具有耐腐蚀、重量轻等优点。

Claims (6)

1.一种燃料电池双极板制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1,将金属薄板加工成为具有流路形状的金属板；
S2,在真空气氛热压机设置热电偶加热，调节真空气氛热压机的真空度为10Pa以下；
S3, 将石墨模具置于真空气氛热压机内，两块分别具有阳、阴极流路的金属板、以及置于两金属板之间的中间金属板堆叠为一组板材置于石墨模具内直接通电加热至温度为730-850℃；
S4，圧力为0.5～5㎏f/cm2进行扩散烧结5-20min成型制得双极板。
2.根据权利要求1所述的燃料电池双极板制造方法，其特征在于，还包括将多片制作双极板的板材与石墨板相隔放置于石墨模具内进行加压接合形成多个一体化的双极板。
3.根据权利要求1所述的燃料电池双极板制造方法，其特征在于，所述制作双极板的材料为Ni-Cr-Fe（镍铬铁）。
4.根据权利要求1所述的燃料电池双极板制造方法，其特征在于，所述制作双极板的材料为不锈钢。
5.根据权利要求1所述的燃料电池双极板制造方法，其特征在于，所述制作双极板的材料为Ti（钛）。
6.根据权利要求1所述的燃料电池双极板制造方法，其特征在于，所述制作双极板的材料为Ti合金（钛合金）。
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