專利名稱：一種用于燃料電池的高效防腐蝕復合集流母板的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及燃料電池的構成部件，尤其涉及一種用于燃料電池的高效防腐蝕復合集流母板。
背景技術：
電化學燃料電池是一種能夠將氫燃料及氧化劑轉化成電能及反應產(chǎn)物的裝置。該裝置的內部核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly，簡稱MEA)，膜電極(MEA)由一張質子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導電的材料，如碳紙組成。在膜與碳紙的兩邊界面上含有均勻細小分散的引發(fā)電化學反應的催化劑，如金屬鉑催化劑。膜電極兩邊可用導電物體將發(fā)生電化學反應過程中生成的電子，通過外電路引出，構成電流回路。
在膜電極的陽極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學反應，失去電子，形成正離子，正離子可通過遷移穿過質子交換膜，到達膜電極的另一端陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化劑(如氧氣)的氣體，如空氣，通過滲透穿過多孔性擴散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學反應得到電子，形成負離子。在陰極端形成的陰離子與陽極端遷移過來的正離子發(fā)生反應，形成反應產(chǎn)物。
在采用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑(或純氧為氧化劑)的質子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽極區(qū)的催化電化學反應就產(chǎn)生了氫正離子(或叫質子)。質子交換膜幫助氫正離子從陽極區(qū)遷移到陰極區(qū)。除此之外，質子交換膜將含氫氣燃料的氣流與含氧的氣流分隔開來，使它們不會相互混合而產(chǎn)生爆發(fā)式反應。
在陰極區(qū)，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負離子，并與陽極區(qū)遷移過來的氫正離子反應，生成反應產(chǎn)物水。在采用氫氣、空氣(氧氣)的質子交換膜燃料電池中，陽極反應與陰極反應可以用以下方程式表達
陽極反應陰極反應在典型的質子交換膜燃料電池中，膜電極(MEA)一般均放在兩塊導電的極板中間，每塊導流電極板與膜電極接觸的表面通過壓鑄、沖壓或機械銑刻，形成至少一條以上的導流槽。這些導流電極板可以是金屬材料的極板，也可以是石墨材料的極板。這些導流電極板上的導流孔道與導流槽分別將燃料和氧化劑導入膜電極兩邊的陽極區(qū)與陰極區(qū)。在一個質子交換膜燃料電池單電池的構造中，只存在一個膜電極，膜電極兩邊分別是陽極燃料的導流極板與陰極氧化劑的導流極板。這些導流極板既作為電流集流母板，也作為膜電極兩邊的機械支撐，導流極板上的導流槽又作為燃料與氧化劑進入陽極、陰極表面的通道，并作為帶走燃料電池運行過程中生成的水的通道。
為了增大整個質子交換膜燃料電池的總功率，兩個或兩個以上的單電池通?？赏ㄟ^直疊的方式串聯(lián)成電池組或通過平鋪的方式聯(lián)成電池組。在直疊、串聯(lián)式的電池組中，一塊極板的兩面都可以有導流槽，其中一面可以作為一個膜電極的陽極導流面，而另一面又可作為另一個相鄰膜電極的陰極導流面，這種極板叫做雙極板。一連串的單電池通過一定方式連在一起而組成一個電池組。電池組通常通過前端板、后端板及拉桿緊固在一起成為一體。
一個典型電池組通常包括(1)燃料及氧化劑氣體的導流進口和導流通道，將燃料(如氫氣、甲醇或由甲醇、天然氣、汽油經(jīng)重整后得到的富氫氣體)和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個陽極、陰極面的導流槽中；(2)冷卻流體(如水)的進出口與導流通道，將冷卻流體均勻分布到各個電池組內冷卻通道中，將燃料電池內氫、氧電化學放熱反應生成的熱吸收并帶出電池組后進行散熱；(3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應的導流通道，燃料氣體與氧化劑氣體在排出時，可攜帶出燃料電池中生成的液、汽態(tài)的水。通常，將所有燃料、氧化劑、冷卻流體的進出口都開在燃料電池組的一個端板上或兩個端板上。
質子交換膜燃料電池既可以用作車船等運載工具的動力系統(tǒng)，又可用作移動式或固定式發(fā)電站。
質子交換膜燃料電池一般由若干個單電池組成，將這些單電池以串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接起來構成質子交換膜燃料電池堆，將質子交換膜燃料電池堆與其他運行支持系統(tǒng)組合起來構成整個質子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。
如圖1是現(xiàn)有質子交換膜燃料電池單電池中的膜電極，它包括空氣進氣口1a，進水口2a，氫氣進氣口3a，電極活性區(qū)域4a，空氣出氣口5a，出水口6a，氫氣出氣口7a；如圖2是現(xiàn)有質子交換膜燃料電池單電池中的導流極板，它包括空氣進氣口1a，進水口2a，氫氣進氣口3a，流道8a，空氣出氣口5a，出水口6a，氫氣出氣口7a；如圖3是一種數(shù)個單電池以串聯(lián)方式連接的燃料電池堆，它包括面板9a，第一集流母板10a，電池堆11a，第二集流母板12a，負載13a；質子交換膜燃料電池堆可以由數(shù)個單電池串聯(lián)方式組成，也可以數(shù)個單電池串聯(lián)構成一個單元，再將數(shù)個這種單元以并聯(lián)形式構成如圖4的燃料電池堆，該燃料電池堆包括第一集流母板10a，電池堆11a，第二集流母板12a，絕緣板14a；以上圖3、圖4所指的質子交換膜燃料電池堆都涉及到二塊或多塊集流母板，分別是燃料電池堆中的正、負或負、正集流母板。這二塊集流母板有以下二種功效1、將數(shù)個串聯(lián)或并聯(lián)的燃料電池單電池或整個燃料電池堆的電流引出來，構成導通外電路電流的正、負極；2、集流母板上也有各種流體道孔，可以讓燃料電池各種流體自由通過，如圖5，1a、2a、3a、5a、6a、7a是流體孔，15a是電流引出端的耳子，10a是集流母板，所以，集流母板除了二個電流引出端的耳子外大小基本上與燃料電池堆中的導流極板大小相同，上面的流體孔也與導流極板上的導流孔一樣大小，以構成整個燃料電池堆的各個導流通道。
目前各種燃料電池堆中的集流母板為了達到以上二種功效，都采用非常特殊的材料，例如，金屬金、金屬鉑或者采用其他金屬如不銹鋼、銅、鋁、鍍金、鉑的方法。采用這些材料，導電性能非常優(yōu)良，并且在各種流體通過集流母板時不會發(fā)生電化學腐蝕反應而產(chǎn)生對燃料電池危害的金屬離子。但這些材料如金、鉑等貴金屬非常昂貴，在其他金屬銅、不銹鋼、鋁等材料上電鍍，價格也較貴，并且不方便。
如果直接采用不銹鋼、金屬銅、鋁材料作為集流母板，在各種流體通過集流母板時會發(fā)生電化學腐蝕，則會產(chǎn)生對燃料電池危害的金屬離子。

發(fā)明內容
本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種價廉、耐腐蝕的用于燃料電池的高效防腐蝕復合集流母板。
本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)一種用于燃料電池的高效防腐蝕復合集流母板，其特征在于，該集流母板包括一導電活性塊，至少一非導電孔道塊，所述的一導電活性塊與至少一非導電孔道塊的端部復合構成一集流母板。
所述的導電活性塊為矩形，所述的非導電孔道塊為兩塊，該兩塊非導電孔道塊也為矩形，它分別設在上述導電活性塊的上、下兩端，構成一接近正方形的集流母板。
所述的導電活性塊為菱形，所述的非導電孔道塊為四塊，該四塊非導電孔道塊為直角三角形，它分別設在上述導電活性塊上、下兩端并且兩兩對接，構成一接近正方形的集流母板。
所述的導電活性塊左、右兩端對稱設有電流引出耳，該電流引出耳上設有連接孔。
所述的非導電孔道塊設有氫氣進出孔道、空氣進出孔道以及冷卻水進出孔道。
所述的的非導電孔道塊采用耐腐蝕非金屬材料，包括塑料、環(huán)氧樹脂或玻璃。
所述的導電活性塊與各非導電孔道塊的厚度相同。
還包括設有密封圈的密封槽，該密封槽設在導電活性塊與各非導電孔道塊的連接部。
本實用新型由于采用了以上技術方案，即在集流母板的非導電孔道部分采用廉價的、耐腐蝕的非金屬材料，如塑料、環(huán)氧樹脂板、玻璃等來代替昂貴的金、鉑等金屬材料，因此，本實用新型具有成本低、耐腐蝕等優(yōu)點。


圖1為現(xiàn)有質子交換膜燃料電池單電池中的膜電極的結構示意圖；
圖2為現(xiàn)有質子交換膜燃料電池單電池中的導流極板的結構示意圖；圖3為現(xiàn)有數(shù)個單電池中以串聯(lián)方式連接的燃料電池堆的結構示意圖；圖4為現(xiàn)有數(shù)個電池單元以并聯(lián)方式連接的燃料電池堆的結構示意圖；圖5為現(xiàn)有質子交換膜燃料電池單電池中的集流母板的結構示意圖；圖6為本實用新型實施例1的結構示意圖；圖7為圖6的A-A剖視圖；圖8為本實用新型實施例2的結構示意圖；圖9為圖8的左視圖。
具體實施方式
下面將結合附圖及具體實施例，對本實用新型作進一步說明。
如圖6～圖9所示，一種價廉、耐腐蝕的集流母板，這種集流母板可以分為多個基本區(qū)域集流母板區(qū)域A與區(qū)域C上的材料是耐腐蝕非導電材料，例如塑料、環(huán)氧樹脂板、玻璃等，而區(qū)域B上的材料是優(yōu)良的導電材料，例如鋁、銅、鋅、鈦，區(qū)域A、區(qū)域C與區(qū)域B通過一定的方式粘接在一起，并且可以通過密封材料互相隔離，使各種流體通過區(qū)域A與區(qū)域C時不會滲漏到區(qū)域B，這樣區(qū)域B可以與空氣與水等介質在完全隔離，集流導電不發(fā)生電化學腐蝕反應，萬一發(fā)生腐蝕，產(chǎn)生的離子也不會滲漏進入各流體通道而污染燃料電池。這種復合型的集流母板各區(qū)域在厚度上是相等的。
實施例1如圖6、圖7所示，一種用于燃料電池的高效防腐蝕復合集流母板，該集流母板包括一導電活性塊1，二非導電孔道塊2，所述的導電活性塊1為矩形，它設在集流母板中間，所述的二非導電孔道塊也為矩形，它們分別設在上述導電活性塊1的上、下兩端，構成一接近正方形的集流母板。所述的導電活性塊1左、右兩端對稱設有電流引出耳11，該電流引出耳上設有連接孔111。所述的非導電孔道塊2設有空氣進孔道21、冷卻水進孔道22、氫氣進孔道23、空氣出孔道25、冷卻水出孔道26、氫氣出孔道27；所述的的非導電孔道塊2采用耐腐蝕塑料。所述的導電活性塊1與各非導電孔道塊2的厚度相同。所述的導電活性塊1與各非導電孔道塊2的連接部設有密封槽3，該密封槽內設有密封圈。
實施例2如圖8、圖9所示，一種用于燃料電池的高效防腐蝕復合集流母板，該集流母板包括一塊導電活性塊1四塊非導電孔道塊2，所述的導電活性塊1為菱形，它設在集流母板中間，所述的四塊非導電孔道塊2為直角三角形，它分別設在上述導電活性塊1的上、下兩端并且兩兩對接，構成一接近正方形的集流母板。所述的導電活性塊左、右兩端對稱設有電流引出耳11，該電流引出耳上設有連接孔111。所述的非導電孔道塊2設有空氣進孔道21、冷卻水進孔道22、氫氣進孔道23、空氣出孔道25、冷卻水出孔道26、氫氣出孔道27；所述的的非導電孔道塊2采用耐腐蝕環(huán)氧樹脂。所述的導電活性塊1與各非導電孔道塊2的厚度相同。所述的導電活性塊1與各非導電孔道塊2的連接部設有密封槽3，該密封槽內設有密封圈。
權利要求1.一種用于燃料電池的高效防腐蝕復合集流母板，其特征在于，該集流母板包括一導電活性塊，至少一非導電孔道塊，所述的一導電活性塊與至少一非導電孔道塊的端部復合構成一集流母板。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于燃料電池的高效防腐蝕復合集流母板，其特征在于，所述的導電活性塊為矩形，所述的非導電孔道塊為兩塊，該兩塊非導電孔道塊也為矩形，它分別設在上述導電活性塊的上、下兩端，構成一接近正方形的集流母板。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種用于燃料電池的高效防腐蝕復合集流母板，其特征在于，所述的導電活性塊為菱形，所述的非導電孔道塊為四塊，該四塊非導電孔道塊為直角三角形，它分別設在上述導電活性塊上、下兩端并且兩兩對接，構成一接近正方形的集流母板。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種用于燃料電池的高效防腐蝕復合集流母板，其特征在于，所述的導電活性塊左、右兩端對稱設有電流引出耳，該電流引出耳上設有連接孔。
5.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種用于燃料電池的高效防腐蝕復合集流母板，其特征在于，所述的非導電孔道塊設有氫氣進出孔道、空氣進出孔道以及冷卻水進出孔道。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種用于燃料電池的高效防腐蝕復合集流母板，其特征在于，所述的的非導電孔道塊采用耐腐蝕非金屬材料，包括塑料、環(huán)氧樹脂或玻璃。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種用于燃料電池的高效防腐蝕復合集流母板，其特征在于，所述的導電活性塊與各非導電孔道塊的厚度相同。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種用于燃料電池的高效防腐蝕復合集流母板，其特征在于，還包括設有密封圈的密封槽，該密封槽設在導電活性塊與各非導電孔道塊的連接部。
專利摘要本實用新型涉及一種用于燃料電池的高效防腐蝕復合集流母板，該集流母板包括一導電活性塊，至少一非導電孔道塊，所述的一導電活性塊與至少一非導電孔道塊的端部復合構成一集流母板。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有成本低、耐腐蝕等優(yōu)點。
文檔編號H01M8/02GK2554806SQ0226585
公開日2003年6月4日 申請日期2002年7月29日 優(yōu)先權日2002年7月29日
發(fā)明者胡里清 申請人:上海神力科技有限公司