一种闭式风冷金属双极板及其制备方法与流程

本发明属于燃料电池极板领域，具体涉及一种闭式风冷金属双极板及其制备方法。

背景技术：

1、燃料电池作为一个通过电化学反应，将化学能转化为电能的发电装置，阳极通入氢气，阴极通入空气，在质子交换膜和催化剂的作用下，氢气失去电子，氢质子到达阴极与氧气和电子反应产生水。

2、目前燃料电池技术正式从实验室走向产业化，应用领域不断拓宽，如交通运输、分布式发电和储能。商用车、两辆车和无人机成为当前燃料电池技术发展的主要应用场景。伴随着两辆车和无人机场景的开放，风冷燃料电池技术得到了显著的提升。

3、闭式风冷是目前最新的风冷燃料电池技术中技术之一，相比开放式风冷燃料电池，寿命更长，性能够好，成本更优，当前闭式风冷双极板结构大多分为阳极板、散热板、阴极板，气场密封圈和散热场密封圈构成。核心的结构是进气方式和密封结构。现有闭式风冷双极板以两种结构为主：1、一种传统直通进出气结构，存在内测只有单侧密封，且需要靠流道和边框构建密封支撑强度的密封失效风险；2、另一种参考液冷板的层越式进出气结构，虽然密封性能可靠，但是极板利用率不高，且需要多开两套进出气通道板，成本更高；且这两种传统闭式风冷结构的阴阳极进出气通道板之间均需要等同与冷却散热板4厚度的密封圈进行密封。

4、现有闭式风冷双极板冷却散热板是大周期的直流道结构，流道槽和流道脊构成双极板的两侧散热通道，考虑散热效果，流道周期比较大，因此整体结构强度较弱。

技术实现思路

1、本发明提供有一种闭式风冷金属双极板及其制备方法，通过四层焊接工艺，取消了现有技术中散热场需要通过厚密封圈实现密封的结构，气场结合层越式密封特点，给每一侧密封均设计有双侧密封对压结构，保证气场密封可靠性，同时进出气结构采用直通式进气结构，相比层越式进出气结构，提升了极板的利用率。本发明的错位式矩形散热结构提升了散热板的散热效率和支撑强度，解决了传统直流道型散热结构支撑弱，散热能力有限的技术难点。

2、本发明技术方案如下。

3、一种闭式风冷金属双极板，从上到下分别为阳极板、阳极进出气通道板、阴极进出气通道板和阴极板；所述阳极板与阴极板之间设置有冷却散热板、阳极进出气通道板和阴极进出气通道板；

4、所述冷却散热板上下两面均设置有支撑面；所述支撑面由阵列的多个错位多边形结构构成，每个错位多边形结构贯通散热板的上下两面，每面的每个错位多边形结构均有散热口，所述散热口相邻布置，且相互贯通。如图2-2所示，散热口a有一半流向散热b，散热b与散热c相连，因此散热a与散热相邻且相互贯通。

5、进一步优选地，所述冷却散热板上下两面均设置有支撑面；所述支撑面由阵列的多个错位矩形结构构成，每个错位矩形结构贯通散热板的上下两面，每面的每个错位矩形结构均有两个散热口，四个散热口相邻布置，且相互贯通。

6、进一步优选地，所述阳极进出气通道板和阴极进出气通道板上均设置有进出气通道板第一支撑面、进出气通道板第二支撑面、进出气通道板第三支撑面、进出气通道板密封区域、阳极进出气通道和阴极进出气通道；

7、所述进出气通道板第一支撑面位于阳极进出气通道板、阴极进出气通道板的最外边缘，所述进出气通道板第二支撑面位于阳极进出气通道板、阴极进出气通道板的板面上；所述进出气通道板第二支撑面上开设有阳极进出气通道和阴极进出气通道；其中阳极进出气通道板与阴极进出气通道板上均设置有进出气通道板密封区域，当阳极进出气通道板和阴极进出气通道板焊接或者粘接固定在一起时，形成进出气通道板密封区域；

8、所述阳极进出气通道板和阴极进出气通道板上的进出气通道板第一支撑面贴合连接，形成阳极进出气通道板与阴极进出气通道板外测焊接线；

9、所述阳极进出气通道板和阴极进出气通道板上的进出气通道板第二支撑面贴合连接，形成阳极进出气通道板与阴极进出气通道板内测焊接线，使得阳极进出气通道板和阴极进出气通道板上阳极进出气通道和阴极进出气通道相互连通。

10、进一步优选地，所述阳极板上设置有阴极腔口、阳极腔口、阳极反应区、阳极分配区、阳极密封区和阳极进出口；所述阴极腔口、阳极腔口分别位于极板靠近侧边的板面上，所述阳极反应区位于板面中心；所述阳极腔口通过阳极进出口、阳极分配区与阳极反应区连接；所述阳极密封区位于整个阳极板的边框位置，如图6的黑色轮廓所指位置。

11、进一步优选地，所述阴极板上设置有阴极腔口、阳极腔口，阴极分配区、阴极密封区、阴极进出口和阴极反应区；所述阴极腔口、阳极腔口分别位于极板靠近侧边的板面上；所述阴极反应区位于板面中心；所述阴极腔口经过阴极进出口、阴极分配区与阴极反应区连接；所述阴极密封区位于整个阴极板的边框位置；所述阴极密封区位于图7中黑色轮廓所指位置。

12、进一步优选地，所述进出气通道板第三支撑面分别与阳极板的阳极密封区和阴极板的阴极密封区连接。

13、一种闭式风冷金属双极板的制备方法，包括如下步骤：

14、1）将阳极进出气通道板和阴极进出气通道板的进出气通道板第一支撑面贴合并进行焊接，形成阳极进出气通道板与阴极进出气通道板外测焊接线，防止气体外漏；

15、2）将阳极进出气通道板和阴极进出气通道板的进出气通道板第二支撑面贴合，进行内测焊接，形成阳极进出气通道板与阴极进出气通道板内测焊接线，防止气体窜漏，两次焊接将阳极进出气通道板和阴极进出气通道板固定为一个整体；

16、3）将阳极板的阳极密封区、阴极板的阴极密封区分别与进出气通道板第三支撑面进行焊接，阳极板焊线区域如图6中焊线1所示，阴极板焊线区域如图7中焊线2所示，由此阳极板、阳极进出气通道板、阴极进出气通道板和阴极板形成一个整体，阳极气体只能从阳极腔口经过阳极进出通道到达阳极进出口出，然后进入阳极板内，同样，阴极气体只能从阴极腔口经过阴极进出通道，到底阴极进出口，然后进入阴极板内；

17、 4）如图2-1所示，散热片需要与阳极板、阴极板通过焊接形式固定在一起，散热片的凸台和凹槽上设计有多个焊点a和焊点b，散热片的凸台与阳极板的密封区域进行焊接，焊点位置如焊点a所示，散热片的凹槽与阴极板的密封区域焊接，焊点位置如焊点b所示。

18、与现有技术相比，本发明的优势在于：

19、（1）本发明的是通过四道焊接工艺将阴阳极板和阴阳极进出气通道结构焊接在一起，减少了密封胶条带来的密封失效风险，简化了装配工装，提高了整体结构强度。同时直通的进出气方式，相比层越式提高了极板利用率，降低成本。

20、（2）本发明采用阵列的错位矩形结构，四个散热口相互贯通且相邻，极大的增加了空气的换热效率，且增加了散热板的支撑强度。

1.一种闭式风冷金属双极板，其特征在于，从上到下分别为阳极板（1）、阳极进出气通道板（2）、阴极进出气通道板（3）和阴极板（5）；所述阳极板（1）与阴极板（5）之间设置有冷却散热板（4）、阳极进出气通道板（2）和阴极进出气通道板（3）；

2.如权利要求1所述一种闭式风冷金属双极板，其特征在于，所述冷却散热板（4）上下两面均设置有支撑面；所述支撑面由阵列的多个错位矩形结构构成，每个错位矩形结构贯通散热板的上下两面，每面的每个错位矩形结构均有两个散热口，四个散热口相邻布置，且相互贯通。

3.如权利要求1所述一种闭式风冷金属双极板，其特征在于，所述阳极进出气通道板（2）和阴极进出气通道板（3）通过进出气通道板第一支撑面（36）贴合并进行焊接。

4.如权利要求1所述一种闭式风冷金属双极板，其特征在于，所述阳极进出气通道板（2）和阴极进出气通道板（3）上均设置有进出气通道板第一支撑面（36）、进出气通道板第二支撑面（37）、进出气通道板第三支撑面（38）、阳极进出气通道（32）和阴极进出气通道（33）；其中阳极进出气通道板（2）与阴极进出气通道板（3）上均设置有进出气通道板密封区域（35），当阳极进出气通道板（2）和阴极进出气通道板（3）焊接或者粘接固定在一起时，形成进出气通道板密封区域（35）；

5.如权利要求1所述一种闭式风冷金属双极板，其特征在于，所述阳极板（1）上设置有阴极腔口（20）、阳极腔口（21）、阳极反应区（22）、阳极分配区（23）、阳极密封区（24）和阳极进出口（25）；所述阴极腔口（20）、阳极腔口（21）分别位于极板靠近侧边的板面上，所述阳极反应区（22）位于板面中心；所述阳极腔口（21）通过阳极进出口（25）、阳极分配区（23）与阳极反应区（22）连接；所述阳极密封区（24）位于整个阳极板的边框位置，阳极气体只能从阳极腔口21经过阳极进出通道32到达阳极进出口25，然后进入阳极板1内。

6.如权利要求1所述一种闭式风冷金属双极板，其特征在于，所述阴极板（5）上设置有阴极腔口（20）、阳极腔口（21），阴极分配区（40）、阴极密封区（41）、阴极进出口（42）和阴极反应区（43）；所述阴极腔口（20）、阳极腔口（21）分别位于极板靠近侧边的板面上；所述阴极反应区（43）位于板面中心；所述阴极腔口（20）经过阴极进出口（42）、阴极分配区（40）与阴极反应区（43）连接；所述阴极密封区（41）位于整个阴极板的边框位置；阴极气体只能从阴极腔口（20）经过阴极进出通道（33），到底阴极进出口（42），然后进入阴极板（5）内。

7.如权利要求3、4或5所述一种闭式风冷金属双极板，其特征在于，所述进出气通道板第三支撑面（38）分别与阳极板（1）的阳极密封区（24）和阴极板（5）的阴极密封区（41）连接。

8.权利要求1~7任一项所述闭式风冷金属双极板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：