專利名稱：離子交換膜燃料電池流場板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及離子交換膜燃料電池的流場板。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種將燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接、連續(xù)地變成電能的電化 學(xué)裝置。其單體電池是由正、負兩個電極(負極即燃料電極，正極即氧化劑電 極)以及電解質(zhì)組成。不同的是， 一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，因此
限制了電池容量；而燃料電池的正、負極本身不包含活性物質(zhì)，只是個催化轉(zhuǎn) 換元件。燃料電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，進行反應(yīng)。原則上只要 反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排除，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。燃料電池具 有能量轉(zhuǎn)化效率高、比功率高、清潔、噪音低、靈活方便、可實現(xiàn)熱、電、純 水聯(lián)產(chǎn)等一系列優(yōu)點，可用于航天、航空、航海、發(fā)電站、電動車、便攜式設(shè) 備電源以及手機等小型移動設(shè)備等，普遍認為燃料電池將成為21世紀(jì)的新型動 力源之一。燃料電池的應(yīng)用對于節(jié)約能源，保護環(huán)境和推動人類社會可持續(xù)發(fā) 展有重要意義。
離子交換膜燃料電池是低溫燃料電池，包括陽離子和陰離子交換膜燃料電 池。離子交換膜燃料電池主要由含有多孔氣體擴散層的膜組裝電極和流場板組 成。流場板在燃料電池中的作用主要有以下三個方面(l)流體隔離和分布；(2) 機械支撐；(3)收集電流。離子交換膜燃料電池對流場板有以下要求(1)均 勻分布流體；(2)機械性能好、質(zhì)量輕、體積小、容易加工；(3)良好的導(dǎo)電 性；(4)良好的化學(xué)穩(wěn)定性；(5)良好的導(dǎo)熱性。除以上五點要求外，燃料電 池還要求流場板具有良好的氣密性，因為燃料和氧化劑的串通將引起燃料電池 性能降低甚至造成燃燒、爆炸等危險。
目前，所有燃料電池的燃料流道都是密閉式的，燃料不敞露在大氣中。除
以空氣作為氧化劑的燃料電池外，其它燃料電池的氧化劑流道也是密閉式的。 而燃料電池電堆是由多個單電池組成的，每個單電池的流場板必定有入口、出 口和流道。而在入口或出口與反應(yīng)區(qū)流道之間有一條過渡流道。由于氣密性的 要求，入口、出口和過渡流道之間需要密封。如果密封材料直接覆蓋在這些流 道上，由于密封件的形變，密封件會凹陷到過渡流道里面去，使流道的有效橫 截面積減小，導(dǎo)致燃料或氧化劑流通受阻，甚至完全停滯。這影響了燃料電池 的性能和安全性。解決這個問題的一般有三種方法(1)在過渡流道上先加一 剛性過橋片，過橋片的作用是防止密封材料嵌入流場而阻礙氣體流通。然后在 過橋片上覆蓋密封件，這導(dǎo)致了加工和組裝的復(fù)雜性，并使成本提高；(2)將 大寬度過渡流道分為多條小寬度過渡流道，這種方法在做大型燃料電池方面比
較有優(yōu)勢，因為入口、出口的寬度比較大，但不適用于小型燃料電池；(3)將
過渡流道的寬度縮小，深度增加，這解決了密封件凹陷的問題，但卻使進出口 流道與極板上流道的交界面的面積減小，并需要增加雙極板的厚度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有流場板在密封結(jié)構(gòu)方面存在的上述不足之處， 提供一種適用于小型離子交換膜燃料電池的無過橋片密封結(jié)構(gòu)的離子交換膜燃
料電池流場板。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明將所述的離子交換膜燃料電池流場板中的反應(yīng)物 進口或出口與反應(yīng)區(qū)域之間的過渡流道設(shè)計為斜坡狀的結(jié)構(gòu)。
所述的離子交換膜燃料電池流場板的反應(yīng)物進口或出口與反應(yīng)區(qū)域之間的 過渡流道分為非斜坡和斜坡兩部分，非斜坡部分頂部放置密封件，斜坡部分為 非斜坡部分流道和反應(yīng)區(qū)流道的銜接部分。這樣的設(shè)計可增加進出口處流場的
深度；在無過橋片裝配時，密封材料不阻隔反應(yīng)物的流通，而且不增加整個雙 極板的厚度。
所述離子交換膜燃料電池流場板的過渡流道的寬度為0.1mm 1.5mm，一般
為0.2mm 1.0mm，較好為0.3mm 0.8mm。深度為0.4mm 2.5mm， 一般為 0.6mm 2mm，較好為0.8mm 1.5mm。
所述離子交換膜燃料電池流場板的過渡流道和反應(yīng)區(qū)流道的寬度之比為 1/5 1/2，深度之比為5 2。
所述離子交換膜燃料電池流場板，其過渡流道的斜坡狀結(jié)構(gòu)使流道從非斜 坡部分的較大深度過渡到反應(yīng)區(qū)流道的較小深度，斜坡走向與反應(yīng)區(qū)流道的夾 角大小為90° 270°。
在所述的離子交換膜燃料電池流場板中，過渡流道數(shù)目可為一條、兩條或 多條。
本發(fā)明所述離子交換膜燃料電池流場板的優(yōu)點有 1 、 過渡流道上不需要施加過橋片；
2、 不增加流場板厚度；
3、 不損失反應(yīng)區(qū)域面積；
4、 流場板的密封結(jié)構(gòu)非常簡單，裝配方便，有利于小型離子交換膜燃料 電池的工業(yè)化和自動化生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明的離子交換膜燃料電池流場板結(jié)構(gòu)示意圖中10入口， 40出口， 50、 60過渡流道，70、 80斜坡，90反應(yīng)區(qū)域， 20反應(yīng)區(qū)流道，30密封凹槽。
圖2是圖1中的A-A截面圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。 實施例1
離子交換膜燃料電池流場板采用石墨板，以機床加工流場板，反應(yīng)區(qū)域90
有效面積為50mmx20mm。入口 10、出口40直徑均為2mm。過渡流道50、 60 長度為3mm，寬度為0.6mm，深度為1.5mm。斜坡70、 80長度為3mm，坡度 為0.5。斜坡走向與反應(yīng)區(qū)流道的夾角為180°。
實施例2
采用導(dǎo)電聚合物模壓成上述流場板，反應(yīng)區(qū)域90有效面積為60mmx20mm。 入口 10、出口40直徑均為1.5mm。過渡流道50、60長度為3mm，寬度為0.6mm， 深度為2mm。斜坡70、 80長度為3mm，坡度為0.53。斜坡走向與反應(yīng)區(qū)流道 的夾角為90。。
實施例3
采用以不銹鋼鑄造上述流場板，反應(yīng)區(qū)域90有效面積為80mmx25mm。入 口 10、出口 40直徑均為2mm。過渡流道50、 60長度為3.5mm，寬度為0.8mm， 深度為0.8mm。斜坡70、 80長度為3mm，坡度為0.67。斜坡走向與反應(yīng)區(qū)流道 的夾角為135°。
權(quán)利要求
1、一種離子交換膜燃料電池流場板，其特征在于其反應(yīng)物進口或出口與反應(yīng)區(qū)域之間的過渡流道分為非斜坡和斜坡兩部分，非斜坡部分頂部放置密封件，斜坡部分為非斜坡部分流道和反應(yīng)區(qū)流道的銜接部分。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子交換膜燃料電池流場板，其特征在于過渡流 道的寬度為0.1mm 1.5mm，深度為0.4mm 2.5mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的離子交換膜燃料電池流場板，其特征在于過渡流 道的寬度為0.2mm 1.0mm，深度為0.6mm 2mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的離子交換膜燃料電池流場板，其特征在于過渡流 道的寬度為0.3mm 0.8mm，深度為0.8mm 1.5mm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的離子交換膜燃料電池流場板，其特征在于過渡流 道和反應(yīng)區(qū)流道的寬度之比為1/5 1/2，深度之比為5 2。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的離子交換膜燃料電池流場板，其特征在于過渡流道的斜坡狀結(jié)構(gòu)使流道從非斜坡部分的較大深度過渡到反應(yīng)區(qū)流道的較小深 度，斜坡走向與反應(yīng)區(qū)流道的夾角大小為90。 270。。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的離子交換膜燃料電池流場板，其特征在于其過渡 流道數(shù)目可為一條、兩條或多條。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種離子交換膜燃料電池的流場板，其反應(yīng)物進口或出口與反應(yīng)區(qū)域之間的過渡流道分為非斜坡和斜坡兩部分，非斜坡部分頂部放置密封件，斜坡部分為非斜坡部分流道和反應(yīng)區(qū)流道的銜接部分。本發(fā)明可增加進出口處流場的深度；在無過橋片裝配時，密封材料不阻隔反應(yīng)物的流通，而且不增加整個雙極板的厚度，不損失反應(yīng)區(qū)域面積。
文檔編號H01M4/86GK101101991SQ20071002945
公開日2008年1月9日 申請日期2007年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日
發(fā)明者沈培康, 黃岳強 申請人:中山大學(xué)