燃料電池雙極板的作用結(jié)構(gòu)及制造流程

 

燃料電池是通過氫氣與氧氣在燃料電池電堆內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)不同，燃料電池的電力來自氫氣與氧氣電化學(xué)反應(yīng)，不涉及燃燒，生成物為水。因此，燃料電池具備零排放、高效率、低噪音等優(yōu)點(diǎn)。

 

燃料電池電堆通常是將多個(gè)燃料電池單元以串聯(lián)的方式層疊組合，而燃料電池單元主要以兩大核心部件雙極板和膜電極串聯(lián)疊合組裝而成。燃料電池工作原理及單元結(jié)構(gòu)如下：

 

 

 

 

燃料電池單元結(jié)構(gòu)：雙極板和膜電極

 

燃料電池雙極板的作用與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

 

雙極板成本占電堆的20——40%左右。雙極板在燃料電池電堆中主要作用為分配反應(yīng)氣體、導(dǎo)電導(dǎo)熱及支撐膜電極，是燃料電池的骨架與基礎(chǔ)。

 

 

通常情況下雙極板由進(jìn)出口、流場(chǎng)分配區(qū)及流場(chǎng)反應(yīng)區(qū)組成。其中，進(jìn)出口將氫氣、氧氣/空氣和冷卻液引入雙極板，為電化學(xué)反應(yīng)提供工質(zhì)，并通過冷卻液調(diào)整反應(yīng)溫度；分配區(qū)主要將氫氣、氧氣/空氣和冷卻液均勻分配到流場(chǎng)反應(yīng)區(qū)的流道中，為電化學(xué)反應(yīng)一致性提供保障；流場(chǎng)反應(yīng)區(qū)與膜電極均勻接觸，供給氫氣、氧氣/空氣。帶走反應(yīng)產(chǎn)物，并進(jìn)行電子及反應(yīng)熱傳導(dǎo)，對(duì)結(jié)構(gòu)一致性要求高。典型的雙極板結(jié)構(gòu)圖如下所示：

 

 

 

雙極板性能要求高。從性能角度，要求雙極板材料是電與熱的良導(dǎo)體，具有良好的強(qiáng)度以及氣體致密性等，并要求雙極板在燃料電池強(qiáng)酸性、強(qiáng)電位、高濕熱工作環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。

 

從可加工性和經(jīng)濟(jì)性角度看，雙極板要易于加工， 同時(shí)要求材料與制造成本低。目前車用燃料電池堆通常需要300-500片雙極板層疊組裝。

 

不同材質(zhì)的雙極板特點(diǎn)及代表電堆制造企業(yè)

 

 

 

 

金屬雙極板產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程主要包括沖壓階段、焊接階段、鍍膜階段和密封階段，主要流程如下：

 

 

具體生產(chǎn)工藝流程為：

 

 

主要生產(chǎn)步驟概況如下：

 

單極板沖壓：通過沖壓成形模具，在金屬薄板卷料上制備流場(chǎng)、三腔口及輔助結(jié)構(gòu)。

 

切邊：通過沖裁模具，將飛邊、腔口多余料片切除。

 

雙極板焊接：采用高速激光焊接系統(tǒng)將兩片單極板焊接在一起形成雙極板，該工藝主要利用激光使焊接部位熔合而實(shí)現(xiàn)連接。

 

雙極板清洗：使用純水對(duì)金屬雙極板表面進(jìn)行超聲波清洗，用于金屬雙極板表面雜質(zhì)去除，提升表面潔凈度，為鍍層沉積進(jìn)行工藝準(zhǔn)備。

 

雙極板鍍膜：在真空鍍膜系統(tǒng)內(nèi)，利用磁控濺射方法在雙極板表面制備導(dǎo)電耐蝕鍍層。

 

雙極板封裝：通過自動(dòng)封裝設(shè)備，在雙極板表面預(yù)制粘接層，將密封部件放置和定位，利用粘結(jié)層實(shí)現(xiàn)雙極板與密封部件的連接。

 

電阻檢測(cè)：通過接觸電阻檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)雙極板導(dǎo)電性能。

 

氣密檢測(cè)：在密封完成后，利用氣密性檢測(cè)設(shè)備對(duì)雙極板氫氣腔室、氧氣/空氣腔室及冷卻液腔室進(jìn)行泄漏檢測(cè)，檢驗(yàn)氣密性狀態(tài)。

 

出貨：進(jìn)行外觀檢測(cè)，完成出廠報(bào)告，準(zhǔn)備出貨。