氢燃料电池金属双极板工艺流程简介

双极板是燃料电池的重要组件,是电堆质量的主要构成部分(80%,质量分数)。在燃料电池运行中发挥着不可或缺的作用——导电、导气与导热,需要具备良好的导电性、耐腐蚀性强、高机械强度、质量轻等特点。

燃料电池的“高功率密度、大功率输出、长寿命运行、低成本制造”是长期制约燃料电池汽车规模化推广的国际性难题,这四项要求均需要靠金属双极板来保证,为此要求金属双极板必须做到:厚度尽可能薄、加工精度高、耐腐蚀性强和生产效率高。这也是金属双极板制造的四大难题。

什么是金属双极板

燃料电池主要由质子交换膜、催化剂层、空气扩散层和双极板组成。双极板作为燃料电池的核心部件,在燃料电池中,起到了膜电极结构支撑、分隔氢气和氧气、收集电子、传导热量、提供氢气和氧气通道、排出反应生成的水、提供冷却液流道等诸多重要作用。

氢燃料电池金属双极板工艺流程简介

在燃料电池堆内,双极板主要具有以下作用:

  • 支撑MEA;

  • 分隔各单电池;

  • 分隔阴极、阳极反应气体,防止其相互混合提供电气连接;

  • 输送反应气体并使之均匀分配;

  • 传导反应热量;

  • 去除水副产物;

  • 承受组装预紧力。

氢燃料电池金属双极板工艺流程简介

根据材料不同,双极板可以分为石墨双极板、金属双极板以及复合材料双极板。以上三种材料的双极板各有优、劣势。前几年,石墨双极板是比较常用的双极板材料,但由于在批量生产时,金属双极板的生产成本相对较低,同时,大功率的金属双极板电堆比石墨双极板电堆在体积方面要小得多,因此,近年来金属双极板的应用越来越广。
金属板电堆在功率、功率密度、重量、体积、抗振、批量制备和冷启动等方面优势明显。并且,实测证明金属板电堆的寿命不一定比石墨板电堆寿命短。金属双极板基体材料主要包括不锈钢、铝、钛合金。
金属双极板生产流程介绍
金属双极板基本工艺,不同公司的工艺以及加工流程是有所区别的。
氢燃料电池金属双极板工艺流程简介
金属双极板生产流程(Borit公司)
氢燃料电池金属双极板工艺流程简介
其中激光焊接是先满足质量要求的阴、阳极板通过激光焊接焊接固定在一起,构成一个完整的双极板,经过焊接后,焊缝会将双极板的冷却剂腔体完全密封。
双极板的激光焊接方式如图所示。激光束沿着双极板周边设计好的密封槽进行焊接,激光行经之处,所产生的的焊缝,将阴阳极板连接起来。
氢燃料电池金属双极板工艺流程简介
焊接后,会将双极板的冷却剂腔完全密封,最后还会对其进行密封性能检测。
氢燃料电池金属双极板工艺流程简介

氢燃料电池金属双极板工艺流程简介

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作者 li, meiyong