[发明专利]金属双极板、密封件一体化燃料电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池的制造，尤其是金属双极板、密封件一体化燃料电池组件的制备方法。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell，FC)是一种将燃料化学能直接转换为电能的新型清洁发电装置，发电效率高达40％～65％，同时噪音和振动小，不扰民，从而被称作面向21世纪的绿色能源技术。作为新一代的发电技术，燃料电池具有能量转换率高、无污染、原料来源丰富等优点，可广泛应用于便携式移动电源、电动汽车、洁净电站、航空航天和军用舰船等各个方面。

燃料电池由膜电极组件(MEA)、双极板、密封件以及相应的紧固件组成。其中，双极板是燃料电池的关键功能部件，在电池堆重量、体积、成本以及可靠性等方面的影响占有很大权重。双极板表面加工有适当形式的流场，可均匀地向膜电极组件提供氢气和氧气，并与膜电极组件串联地电连接。

双极板通常由石墨加工而成，然而，加工石墨双极板费用高、时间长，并且易碎、易裂，可靠性不高。

近年来，开始用金属代替石墨制作双极板。金属相对于石墨材料具有可靠性高，导电、导热性好，透气率低等优势。如果采用较薄的金属箔带(厚度0.05～0.10mm)通过滚压或冲压方式直接进行流场加工成形，不但可弥补金属极板密度大的不足，使电池堆的重量和体积减小，而且还可适于批量生产，降低加工成本。

金属双极板包括用来供应氢气、氧气和冷却剂的流道，并支撑膜电极组件。如果不能保持气密性，则冷却剂可能会渗漏而污染膜电极组件，使受到污染的电池性能下降或失去作用。此外，如果氢气渗漏还可能引发危险事故。

为了保持气密性，在上、下板的端部之间插入橡胶密封件，利用紧固装置的紧固力将其压紧，从而利用压紧力和橡胶密封件的粘附力保持金属双极板的气密性，并将上、下板彼此连接起来。

保持电池堆密封性通常的做法是，将密封件直接放在双极板上下表面上，靠压紧力来保持气密性。这种方式需要设置定位器，尽管如此，在没有定位器的位置两块金属板以及金属板和密封件之间很容易发生偏移，当氢气和氧化剂气体的流道部分之间有偏移时，燃料电池的发电效率降低。因此，两个极板组件之间的偏移量要求被严格限定在不超过预定量的范围内。同时，密封件的偏移会导致气密性的下降，使气体的利用率降低，并且增加危险性。改进的办法是在双极板之间以及双极板与密封件之间涂粘合剂，这种方法会花几个小时来固化粘结剂，导致生产能力差。而且，需要选择一种能容忍恶劣温度条件的粘合剂，因为燃料电池工作时处在高温下，并且因为燃料电池的温度变化在双极板与密封件的接合部分同样会发生分离、偏移、变形等。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

为了解决上述燃料电池两块金属极板之间的滑动、偏移和错位，以及密封件与金属极板之间的滑动、偏移和错位，同时减少燃料电池堆零部件，简化装配流程等问题，本发明的目的在于提供一种金属双极板、密封件一体化燃料电池的制备方法，利用本发明的一体化组件，可有效避免氢气泄漏、提高燃料电池的发电效率。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种金属双极板、密封件一体化燃料电池的制备方法，该方法包括如下的步骤：

步骤一、制备阳极金属板和阴极金属板；

在一块金属平板上用模压成型方法压出凹凸相间的导流槽，形成阳极金属板，在另一块金属平板上用同样的方法压出凹凸相间的导流槽，形成阴极金属板；

步骤二、组装金属双极板；

将阳极金属板的凹部与阴极金属板的凹部相对，阳极金属板的凸部与阴极金属板的凸部相对，在凹部形成燃料气体流道、在凸部形成冷却剂流道；在两块金属极板端部平面相对的面上涂一层粘结剂；在端部平面上间隔一定距离用电焊、激光焊、超声波焊或其他焊接方式将阳极极板和阴极极板的四周端部平面焊接在一起，形成金属双极板组件；在金属双极板组件的端部平面上间隔一定距离开出圆形孔或其他形状的通孔；

步骤三、金属双极板组件和密封件的浇注；

将金属双极板组件放置在浇铸模具的下模上，上模向下移动至下模上，上下模夹紧金属双极板组件；液态硅橡胶装入液压缸中，在活塞的推动下，液态硅橡胶沿着上模中的通道进入上下模形成的腔体中，并充满整个腔体，控制模具的温度使液态硅橡胶固化，形成硅橡胶密封件；

步骤四、脱模；

通过上述步骤，在模具内已形成了金属双极板-密封件一体化组件；上模向上开启，从下模上取下金属双极板密封件一体化组件，便制备成用于燃料电池的金属双极板-密封件一体化组件。