[发明专利]一种燃料电池双极板的激光胶焊方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池双极板连接方法，尤其是涉及一种燃料电池双极板的激光胶焊方法。

背景技术

燃料电池(FC)是一种利用电化学原理，将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。它具有能量转换效率高，有害气体、噪音排放低，可靠性高等优点，是世界公认的有前途的新型发电技术。质子交换膜燃料电池(PEMFC)除了一般燃料电池的优点外，还具有工作温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便、适合于实现产品微型化等优点，因而成为研究领域内倍受关注的焦点。

质子交换膜燃料电池的结构主要包括双极板、质子交换膜、催化剂等。其中双极板是一个重要的多功能组件，在燃料电池中起到收集电流、气体分配以及水管理、热管理的作用，其重量占到电堆总重量的80％以上，制造成本占到总成本的30％左右。现有技术下，双极板一般由石墨或金属等材料制成。石墨双极板具有导电率高，耐腐蚀，密度低等优点，但是石墨脆性较大、机械加工性能较差，难以大批量生产，成本偏高。金属双极板具有良好的导电性、导热性和加工性能，可以加工成极薄板从而大大降低双极板的体积和重量。此外，其加工成本低廉，易实现大规模生产。虽然目前金属双极板仍须解决耐腐蚀的问题，但随着金属防腐技术的不断发展，金属双极板仍然是燃料电池领域非常有前途的发展方向。

目前，金属双极板的制造一般是先用金属薄板(厚度小于0.2mm)分别制成阳极和阴极流场板，然后将二者连接在一起，两板中间形成冷却液流道。目前，双极板连接的方法一般有粘接，电阻焊接，激光焊等。

经文献搜索，美国专利号：US 6,942,941，名称为：金属双极板胶粘连接(Adhesive bonds for metallic bipolar plates)，该方法主要是：用导电胶粘接金属双极板，之后高温固化。该发明的核心是采用导电胶连接，虽然可以控制热输入量和双极板变形，但双极板粘接处在燃料电池环境中，耐高温性差、易产生老化，难以保证双极板长时间可靠连接，易形成冷却液泄露。

经文献搜索，美国专利号：US 7,009,136，名称为：一种极板装配方法(Method of fabricating a bipolar plate assembly)，该方法主要是：使阳极单极板和阴极单极板的冷却剂一侧贴合，将冷却剂通道抽成真空，在气压作用下两极板紧密贴合，之后通过激光焊接形成金属双极板。该发明的特点是：采用激光焊接，焊缝强度高，耐腐蚀；装配紧密，无间隙，保证了激光焊接稳定性；但双极板连接质量依赖冷却通道的真空度，采用这种工艺需要复杂的抽真空过程，导致生产效率低下，生产成本较高。

发明内容

本发明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能够提高激光焊接质量、连接可靠性高、便于大规模生产的燃料电池双极板的激光胶焊方法。

本发明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激光胶焊方法，该方法是将胶粘工艺与激光焊接工艺相结合应用于燃料电池双极板连接，即用常温固化胶将燃料电池双极板焊接区域粘接，之后进行激光焊接完成燃料电池双极板的连接。

所述的常温固化胶的涂胶宽度范围为0.5mm-1mm，胶层厚度为0.05-0.1mm，但不仅限于此尺寸，可根据接头布置、板厚、激光光斑直径做出调整。

所述的常温固化胶包括环氧树脂类结构胶或环氧树脂类导电胶，但不仅限于此类胶。

所述的激光焊接的热源包括CO₂激光、YAG激光或光纤激光，但不限与上述激光。

所述的激光焊接的工艺参数为：激光功率为100W-300W，焊接速度为30mm/s-800mm/s，保护气流量2-10L/min，但参数不仅限于此，可根据材料、板厚、激光类型做出调整。

所述的激光焊接过程中还配合使用焊接夹具。

所述的双极板包括金属双极板或其他薄板。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)与胶接、压焊相比，本发明采用激光焊接，激光焊接的焊缝机械强度大，耐腐蚀性好，连接可靠性高。

(2)传统激光焊接要采用焊接夹具对金属双极板进行装夹，极板流道、焊接夹具、焊接路径这三者在装配过程中必须精确配合，一旦出现装配间隙，则会造成激光焊接质量的波动；与传统激光焊接比较，本发明将金属双极板进行胶接，保证了上下层金属极板的紧密配合，可以有效提高激光焊接的稳定性与质量。