[发明专利]制造冲压构件的方法

说明书

一种制造冲压构件的方法，包括以下步骤：(1)在冲压机系统内冲压金属片材；(2)将冲压金属片材与其它冲压构件组装在一起，形成多个双极板；(3)在一对平面夹具板之间预压缩第一双极板；(4)获得第一接触压力变化数据；(5)提供对应于第一接触压力测量数据的定制图案化夹具；(6)用定制图案化夹具预压缩第二双极板；和(7)获得第二接触压力变化数据。

技术领域

本公开总体上涉及冲压产品的制造，例如但不限于表现出尺寸精度的金属燃料电池双极板。

背景技术

本发明总体上涉及一种用于燃料电池环境的金属双极板的制造方法，该金属双极板表现出易于制造，并且更具体地涉及这样一种简单且廉价的制造方法，于此同时保持了双极板中可能的最佳机械/结构性能。

在许多燃料电池系统中，氢气或富氢气体通过流动路径供应到燃料电池的阳极侧，而氧气(例如以大气氧气的形式)通过单独的流动路径供应到燃料电池的阴极侧。通常设置合适的催化剂(例如，铂)以在这些相应侧上形成阳极以促进氢氧化并且同样的形成阴极以促进氧还原。由此，以水蒸气作为反应副产物产生电流。在一种形式的燃料电池中，称为质子交换膜或聚合物电解质膜(在任一情况下，PEM)燃料电池中，离聚物膜形式的电解质位于阳极和阴极之间以形成膜电极组件(MEA)，该膜电极组件在扩散层之间进一步分层，扩散层允许气态反应物流动并且电流从MEA流出。上述催化剂层可以设置在扩散层或膜的一部分上或作为其一部分。

为了增加电输出，各个燃料电池单元堆叠有双极板，该双极板设置在一个MEA的扩散层和阳极电极以及相邻的MEA的扩散层和阴极电极之间。通常，双极板由导电材料制成，以便在MEA和外部电路之间形成电通路。在这种堆叠构造中，分隔相邻堆叠的MEA的双极板具有相对的表面，每个相对的表面包括通过凸起的平台彼此分开的流动通道。通道充当导管以将氢和氧反应物流输送到MEA的相应阳极和阴极，而平台通过它们与导电扩散层的接触，反过来导电扩散层又与催化剂位点处产生的电流电连通从而充当MEA中产生的电的传输路径。以这种方式，电流通过双极板和导电扩散层。

堆叠组件的内部单元包含两个相对的双极板中的每一个的一侧。面对的双极板包围电池元件，该电池元件包含质子交换膜-电极组件、垫圈、气体扩散介质等。每个双极板由两个相似形状的板以面对面的布置形成，其在其外表面上具有气流通道，和由它们的反面和面对侧限定内部冷却剂通道。如图1的双极板示例所示，第一双极板的一侧提供用于氢气流到膜-电极组件的阳极侧的通道，而第二相对的双极板的一侧提供用于空气流到膜-电极组件的阴极侧的通道。在电池堆叠的操作中产生热量，并且流过双极板内部的冷却剂用于冷却堆，特别是堆内的电池。

双极板通常由薄的通常为矩形的金属片材冲压而成，优选地，每个片材通常具有相同的形状。在每个矩形片材的短边处的相对边缘分别是用于燃料、氧化剂和冷却剂的入口和出口的成形孔。每个片材的中心部分成形有用于来自入口的气流的扩散流动通道、用于在膜上方分散气流的通道、以及用于将气体引导到出口的会聚通道。当两个这样的片材适当地与面向外的气流通道粘合以形成双极板时，冲压片材的反面为冷却剂提供流动控制通道。在燃料电池堆的组装中，每个双极板旨在形成两个相邻电池的一部分，在双极板的每个外表面上形成一个电池。双极板的一个外表面为一个电池提供阳极板，另一个外表面为相邻电池提供阴极板。

由于双极板在高温和腐蚀性环境中操作，传统金属(例如普通碳钢)可能不适用于需要寿命长(例如，大约10年6000小时的生命)的某些应用(例如在汽车环境中)。在典型的PEM燃料电池堆操作期间，质子交换膜的温度范围为约75℃至约175℃，压力范围为约100kPa至200kPa绝对值。在这种条件下，由合金金属(例如不锈钢)制成的板可能是有利的，因为它们具有理想的耐腐蚀性能。在燃料电池制造成本是重要考虑因素的情况下，金属基双极板可能优于其他高温导电材料，例如石墨。除了相对便宜之外，不锈钢板可以由相对薄的金属片材形成(例如，厚度在0.05和1.0毫米之间)。