一種搭橋式金屬雙極板的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于燃料電池領域，具體涉及一種燃料電池用金屬雙極板結構領域。
【背景技術】
[0002]燃料電池作為一種高效、環境友好的發電裝置，在基站電源、中小型電站、電動車、備用電源、便攜電源等方面，具有廣闊的應用前景。燃料電池可以分為質子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池、堿性燃料電池、固體氧化物燃料電池、熔融鹽燃料電池、微生物燃料電池、生物燃料電池等。燃料電池主要由端板、集電板、雙極板、膜電極等組成。
[0003]雙極板是燃料電池的支架部分，主要起支撐、分布導流氣體并隔離氣體和集流導電的作用，目前做雙極板的材料主要有兩大類:一類是石墨做的雙極板，一類是金屬雙極板。由于金屬雙極板具有質量輕、板材薄、易加工和規模生產等優點，越來越被用于燃料電池產業。金屬雙極板的加工工藝不同于傳統的石墨雙極板的加工工藝，金屬雙極板主要以板材沖壓為主，所以金屬雙極板對燃料電池的氣體流場的設計要求較高，氣體流場的設計不但需要設計氣體的均勻分布，而且要解決氣體進出口密封性，密封不好會導致電堆內外漏氣，造成電堆的性能下降和安全隱患。
[0004]傳統的金屬雙極板在進氣口處使用缺口式密封圈，然而由于密封圈的缺口處受力不均，隨著電堆的使用密封圈機械性能下降，燃料氣(空氣或氧氣)透過密封圈進入另一極的流道，這樣電堆性能會下降和安全造成隱患，更嚴重時會導致電堆“燒堆”的現象出現。
[0005]專利CN 201010288870.5公開的一種“沖壓成型的質子交換膜繞聊電池金屬雙極板”，包括由金屬薄板沖壓成型的氧板和氫板，氧板不設置密封槽而僅在正面沿流場邊緣設置一圈密封平臺區，所述密封平臺區位于流場邊緣與該金屬板的邊緣之間并相對于金屬板邊緣所在的平面凸起，其內圍呈矩形包圍流場邊緣、其外圍呈矩形鋸齒狀連續并距金屬板邊緣一定距離且在四個邊角處倒角；氫板正面設置密封槽，所述密封槽包括該板外圍的封閉式凸起與緊鄰的內圍斷續鋸齒狀凸起結構之間的凹槽、以及封閉式凸起與氫氣進出口和冷卻水進出口之間的凹槽。該發明的氧板和氫板在組裝時，能夠減少密封圈的使用，變形情況得到明顯改善且密封效果好，極大的提高了組裝效率。然而該發明中僅僅對兩塊金屬板之間的結構進行改進，確保兩板之間的液體流道密封性，對兩塊金屬板的相背面未進行改進，氣體流道與氣體進出口之間的密封性問題仍然未能解決。
[0006]專利CN 200810229694.0公開了一種質子交換膜燃料電池金屬雙極板，在雙極板的陰、陽極腔水流進出口處墊有多個支撐墊片，既對密封膠起支撐作用，墊片之間又構成水流通道。該專利的主要目的是為了解決水流通道的密封膠支撐問題，而在氣體進出口位置的密封圈底部墊設同樣的支撐墊片，密封圈缺口位置同樣存在受理不均的問題，并且由于支撐墊片的位置無法固定，還會影響到雙極板的裝配，進一步影響氣體的分布。

【發明內容】

[0007]發明目的:本發明目的在于針對現有技術的不足，提供一種搭橋式金屬雙極板，既能保證氣體進出口位置的密封圈的受力均勻，不發生形變，又能保證氣體順暢流動。
[0008]技術方案:本發明所述搭橋式金屬雙極板，包括氧板和氫板，所述氧板和氫板的兩側均分別設置有氧化劑氣體進口、燃料氣進口、冷卻液進口和氧化劑氣體出口、燃料氣出口、冷卻液出口 ；所述氧板和氫板層疊設置，各進、出口的位置一一相應并上下連通，所述氫板和氧板正面的槽分別在兩板表面分布形成氫板氣體流場和氧板氣體流場，所述氫板和氧板背面的槽相互配合形成共用的冷卻液流道，所述冷卻液流道與兩板的冷卻液進口和冷卻液出口連通，所述氧板氣體流場的進、出口分別與兩板的氧化劑氣體進口和氧化劑氣體出口連通，所述氫板氣體流場的進、出口分別與兩板的燃料氣進口和燃料氣出口連通；
所述各進、出口的外圍均設置有一圈密封圈槽用于放置密封圈，密封圈封閉氣體進、出口與氣體流場連接的氣體分配流道表面，所述密封圈槽與所述氣體分配流道的重疊位置還設置有一凹槽，所述凹槽內放置有與凹槽相匹配的支撐墊片，所述支撐墊片的上表面與密封圈槽的槽底齊平，支撐在所述密封圈的底部，下表面高于所述氣體分配流道并作為所述氣體分配流道的腔頂。
[0009]本發明的原理是:為了保證燃料氣進、出口和氧化劑氣體進、出口的密封性，在各進、出口的外圍設置一圈密封圈，而為了避免密封圈在氣體分配流道的缺口位置受力不均導致形變，在密封圈的底部設置一個凹槽，凹槽內放置支撐墊片，由支撐墊片和密封圈槽的槽底共同形成密封圈的支撐面，由于支撐墊片的上表面與密封圈槽的槽底齊平，可確保支撐墊片整體受力均勻；支撐墊片的下表面高于氣體分配流道并作為氣體分配流道的腔頂，氣體由支撐墊片底部形成的空腔自氣體進口進入氣體流場均勻分布或自流場進入氣體出
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[0010]本發明進一步優選地技術方案為，所述氣體分配流道與氣體流場的氣體流道數量一致，每條氣體分配流道的一端與對應的氣體進口或氣體出口連通，另一端分別與對應的氣體流道連通，相鄰兩條氣體分配流道之間的凸起平臺的頂部與支撐墊片接觸，形成三維支撐結構支撐所述支撐墊片。
[0011]優選地，所述氣體分配流道、氣體流場、密封圈槽、凹槽以及氣體進、出口、冷卻液進、出口為一體沖壓成型。
[0012]優選地，所述凹槽的槽底距離所述密封圈槽的槽底的高度為0.04~lmm，所述支撐墊片的厚度與所述凹槽相匹配。
[0013]優選地，所述支撐墊片為金屬薄片或非金屬薄片。
[0014]優選地，所述支撐墊片焊接或粘接固定在所述凹槽內。
[0015]優選地，所述氧板氣體流場為S形的陽極氣體流場，至少由二條氣體流道組成；所述氫板氣體流場為S形的陰極氣體流場，至少由二條氣體流道組成；所述氫板和氧板的背面凹槽部分相配合形成S形的冷卻液流道。
[0016]有益效果:(I)本發明中在密封圈槽與氣體分配流道的重疊位置設置一凹槽，凹槽內放置與凹槽相匹配的支撐墊片，支撐墊片的上表面與密封圈槽的槽底齊平，由支撐墊片和密封圈槽的槽底共同形成密封圈的支撐面，確保密封圈不會因底部沒有支撐而形變過大影響氣密性，解決傳統設計由于密封圈由于受力不均存在的漏氣隱患問題，提高電堆的使用壽命，杜絕電堆內漏；同時支撐墊片的下表面高于氣體分配流道并作為氣體分配流道的腔頂，氣體由支撐墊片底部形成的立體空腔自氣體進口進入氣體流場均勻分布或自流場進入氣體出口，不影響氣體的順暢流動和分布；
(2)本發明中相鄰兩條氣體分配流道之間的凸起平臺的頂