專利名稱：一種基于夾壓成形的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域的制造方法，具體是一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬 雙極板加工方法。
背景技術(shù)：
燃料電池主要由膜電極(MEA)和雙極板構(gòu)成；MEA是燃料電池的核心，雙極板是電 池的關(guān)鍵部件之一，起到收集電流、氣體分配以及水、熱管理的作用，成本占燃料電池總成 本的46%以上，是造成質(zhì)子交換膜燃料電池價(jià)格居高不下的重要原因之一，并且質(zhì)量?jī)?yōu)劣 直接決定燃料電池堆輸出功率大小和使用壽命長(zhǎng)短。目前燃料電池雙極板的研究主要集中在柔性石墨雙極板(及注塑石墨雙極板)、 金屬雙極板及復(fù)合雙極板。通常采用的雙極板為機(jī)械加工石墨雙極板，技術(shù)比較成熟，但 石墨材料銑削加工方式限制了極板生產(chǎn)效率的提高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，很難大幅度降 低生產(chǎn)成本，同時(shí)由于石墨極板脆性較大，機(jī)械加工性能較差，不適合環(huán)境惡劣的情況下使 用，對(duì)基板材料和加工模式都提出了更高的要求。因此，這也是當(dāng)前石墨極板無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī) 模商業(yè)化使用的瓶頸問(wèn)題。相比較石墨材料，金屬材料由于具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，機(jī)械強(qiáng)度 高，容易薄片化，易加工等優(yōu)點(diǎn)成為優(yōu)選燃料電池雙極板的材料之一。對(duì)金屬材料的研究主要集中在不銹鋼材料上。不銹鋼具有高導(dǎo)熱性、易加工成型， 價(jià)格低等特點(diǎn)，并可提高燃料電池輸出功率，改善燃料電池?zé)峁芾?，降低燃料電池堆成本?是一種極具前途的質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板基材。但不銹鋼不僅自身電阻較高，而且表 面鈍化膜及腐蝕產(chǎn)物產(chǎn)生附加電阻，使得與氣體擴(kuò)散層接觸時(shí)具有較大的接觸電阻，會(huì)導(dǎo) 致燃料電池內(nèi)阻增加，直接影響電池輸出功率和使用壽命。而使用金、銀等貴金屬可以提高 導(dǎo)電性和耐腐蝕性，但成本較高，不利于商業(yè)化生產(chǎn)。為此人們采取對(duì)已成型的不銹鋼雙極 板進(jìn)行各種表面處理，以克服上述不足。隨著金屬雙極板的興起，對(duì)金屬雙極板的研究很多，大多數(shù)集中在對(duì)金屬雙極板 的表面改性方面，同時(shí)金屬雙極板的成形工藝的開(kāi)發(fā)也引起了廣大研究者的極大興趣。經(jīng) 對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所提出利用裁剪機(jī)將金屬板剪 切成一定尺寸的平板，再用銑床加工出氣體及冷卻介質(zhì)通道，然后將加工好的平板放入模 具中利用油壓機(jī)沖壓加工金屬雙極板。這種加工方法能夠有效加工出滿足燃料電池極板設(shè) 計(jì)要求的流場(chǎng)通道，也易于加工。但是由于極板的流場(chǎng)通道的尺寸特征極為精密，其設(shè)計(jì)尺 寸小到微米級(jí)別，這時(shí)成形加工的特點(diǎn)發(fā)生了顯著變化，在制造過(guò)程中表現(xiàn)出較強(qiáng)的尺度 效應(yīng)，對(duì)于加工精度要求很高。因此，加工過(guò)程中的多工位時(shí)加工模具的重新定位會(huì)引起較 大的誤差，同時(shí)其加工效率也會(huì)降低，限制了大批量生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)。上海交通大學(xué)開(kāi)發(fā)了一種基于輥壓成形的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板的制 造方法，能實(shí)現(xiàn)單極板流道輥壓成形、雙極板連接的集成和在一條生產(chǎn)線多個(gè)連續(xù)工位的 制造工藝，生產(chǎn)效率較高。但是輥壓時(shí)，由原來(lái)的面接觸變成線接觸，接觸面積小，壓力不均
3勻，而且在加工生成輥?zhàn)訉?duì)時(shí)，平面的流道幾何圖形映射到曲面上，難免會(huì)產(chǎn)生變形，增加 制造輥?zhàn)拥碾y度以及影響雙極板最后的成形精度。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板的制造方法的加工效率低、成本較 高、工藝復(fù)雜、不利于批量生產(chǎn)的不足，本發(fā)明提供一種提高加工效率、降低成本、工藝簡(jiǎn) 單、易于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的基于夾壓成形的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板加工方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種基于夾壓成形的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板加工方法，所述加工方法包 括以下步驟(1)根據(jù)質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板的設(shè)計(jì)要求加工夾壓成形的模具，所述 模具包括左右凸鋼模和中間復(fù)合模，所述中間復(fù)合模包括從左到右依次連接的左凹鋼模、 軟模和右凹鋼模，所述左凸鋼模與所述左凹鋼模正對(duì)，所述右凸鋼模與所述右凹鋼模正對(duì)， 所述左凸鋼模與所述左凹鋼模之間的間隙、所述右凸鋼模與所述右凹鋼模之間的間隙為雙 極板的加工工位；(2)將雙極板坯料放入所述加工工位中，將左右凸鋼模向中部加壓成形；(3)將成形后的雙極板進(jìn)行裁切，制得質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板。進(jìn)一步，所述步驟(1)中，左右凸鋼模的下端設(shè)置外伸式裁刀，左右凹鋼模的下端 設(shè)有供所述裁刀切割的裁刀凹槽；加壓成形的同時(shí)進(jìn)行裁切。當(dāng)然，也可以在左右凹鋼模的 下端設(shè)置外伸式裁刀，左右凸鋼模下端設(shè)置裁刀凹槽。再進(jìn)一步，所述軟模為橡膠軟模。當(dāng)然，也可以采用其他軟性材料，只要能起到緩 沖作用即可。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在提高加工效率、降低成本、工藝簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)批
量生產(chǎn)。


圖1是模具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是凸鋼模的示意圖。圖3是凹鋼模的示意圖。。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照?qǐng)D1 圖3，一種基于夾壓成形的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板加工方法， 所述加工方法包括以下步驟(1)根據(jù)質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板的設(shè)計(jì)要求加工夾壓成形的模具，所述 模具包括左右凸鋼模和中間復(fù)合模，所述中間復(fù)合模包括從左到右依次連接的左凹鋼模、 軟模和右凹鋼模，所述左凸鋼模與所述左凹鋼模正對(duì)，所述右凸鋼模與所述右凹鋼模正對(duì)， 所述左凸鋼模與所述左凹鋼模之間的間隙、所述右凸鋼模與所述右凹鋼模之間的間隙為雙 極板的加工工位；
(2)將雙極板坯料放入所述加工工位中，將左右凸鋼模向中部加壓成形；(3)將成形后的雙極板進(jìn)行裁切，制得質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板。所述步驟(1)中，左右凸鋼模的下端設(shè)置外伸式裁刀，左右凹鋼模的下端設(shè)有供 所述裁刀切割的裁刀凹槽；加壓成形的同時(shí)進(jìn)行裁切。當(dāng)然，也可以在左右凹鋼模的下端設(shè) 置外伸式裁刀，左右凸鋼模下端設(shè)置裁刀凹槽。所述軟模為橡膠軟模。當(dāng)然，也可以采用其他軟性材料，只要能起到緩沖作用即可。本實(shí)施例中，左右凸鋼模和左右凹鋼模的形狀匹配，且所述左右凸鋼模的形狀與 待加工的雙極板的流道形狀吻合，所述的流道可以為蛇形單流道，當(dāng)然，也可以根據(jù)設(shè)計(jì)加 工其他形狀的流道。如圖1所示，夾壓成形的模具包括左右的凸鋼模1、2，中間的復(fù)合模具又分為左右 的凹鋼模3、4以及中間橡膠軟模5，如圖2所示，在凸鋼模1、2的下端設(shè)有裁刀6，在凹鋼模 3、4上設(shè)有蛇形單流道7，其下端設(shè)有裁刀相應(yīng)的凹槽8。將兩塊金屬雙極板材料分別放置在左右的凸鋼模1、2和凹鋼模3、4中，兩邊同時(shí) 向中間施加壓力，中間復(fù)合型模具中的橡膠軟模5受力壓縮，具有緩沖的作用，使得加壓過(guò) 程更加均勻、平衡。在金屬雙極板夾壓成形的同時(shí)，左右的凸鋼模1、2下端設(shè)置的裁刀6伸 到凹鋼模3、4下端設(shè)有的裁刀凹槽8，從而對(duì)金屬雙極板進(jìn)行裁切。
權(quán)利要求
1.一種基于夾壓成形的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板加工方法，其特征在于所述 加工方法包括以下步驟(1)根據(jù)質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板的設(shè)計(jì)要求加工夾壓成形的模具，所述模具 包括左右凸鋼模和中間復(fù)合模，所述中間復(fù)合模包括從左到右依次連接的左凹鋼模、軟模 和右凹鋼模，所述左凸鋼模與所述左凹鋼模正對(duì)，所述右凸鋼模與所述右凹鋼模正對(duì)，所述 左凸鋼模與所述左凹鋼模之間的間隙、所述右凸鋼模與所述右凹鋼模之間的間隙為雙極板 的加工工位；(2)將雙極板坯料放入所述加工工位中，將左右凸鋼模向中部加壓成形；(3)將成形后的雙極板進(jìn)行裁切，制得質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于夾壓成形的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板加工方 法，其特征在于所述步驟(1)中，左右凸鋼模的下端設(shè)置外伸式裁刀，左右凹鋼模的下端 設(shè)有供所述裁刀切割的裁刀凹槽；加壓成形的同時(shí)進(jìn)行裁切。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于夾壓成形的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板加工 方法，其特征在于所述軟模為橡膠軟模。
全文摘要
一種基于夾壓成形的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板加工方法，包括以下步驟(1)根據(jù)質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板的設(shè)計(jì)要求加工夾壓成形的模具，所述模具包括左右凸鋼模和中間復(fù)合模，所述中間復(fù)合模包括從左到右依次連接的左凹鋼模、軟模和右凹鋼模，所述左凸鋼模與所述左凹鋼模正對(duì)，所述右凸鋼模與所述右凹鋼模正對(duì)，所述左凸鋼模與所述左凹鋼模之間的間隙、所述右凸鋼模與所述右凹鋼模之間的間隙為雙極板的加工工位；(2)將雙極板坯料放入所述加工工位中，將左右凸鋼模向中部加壓成形；(3)將成形后的雙極板進(jìn)行裁切，制得質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板。本發(fā)明能提高加工效率、降低成本、工藝簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01M4/88GK102130343SQ20111003066
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者姜少飛, 文東輝, 柴國(guó)鐘, 魯聰達(dá) 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)