專利名稱：一種熔融碳酸鹽燃料電池雙極板及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熔融碳酸鹽燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熔融碳酸鹽燃料電池雙極板及其制作方法。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒而以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料的化學(xué)能直接變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置，其最大特點(diǎn)是反應(yīng)過程不涉及燃燒，因此能量轉(zhuǎn)化效率不受“卡諾循環(huán)”的限制，效率高達(dá)50% 60%。燃料電池工作時，氫氣或其他燃料輸入到陽極，并在電極和電解質(zhì)的界面上發(fā)生氫氣或其他燃料氧化與氧氣還原的電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電流，輸出電能。與火力發(fā)電方式相比，燃料電池的發(fā)電過程不經(jīng)過燃料的直接燃燒，C0、C02、S02、N0x及未燃盡的有害物質(zhì)排放量極低，是公認(rèn)的繼火電、水電和核電之后的第四種發(fā)電方式。因此，燃料電池是集能源、化工、材料與自動化控制等新技術(shù)為一體的、具有高效與潔凈特色的新電源。到目前為止，燃料電池已經(jīng)出現(xiàn)了很多種技術(shù)和結(jié)構(gòu)類型，但是根據(jù)電解質(zhì)的不同，一般分為堿性燃料電池(Alkaline Fuel Cell, AFC)、磷酸燃料電池(Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC)、固態(tài)氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，S0FC)和質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Electrolyte Membrane Fuel Cell,PEMFC)五大類。對于熔融碳酸鹽燃料電池，由于其優(yōu)點(diǎn)有(1)工作溫度高，電極反應(yīng)活化能小，不論氫的氧化還是氧的還原，都不需要高效催化劑，節(jié)省了貴金屬的使用，一定程度上降低成本；( 可以使用CO含量高的燃料氣，如煤制氣；C3)電池排放的余熱溫度高達(dá)671之多，可用于底循環(huán)或回收使用，使總的效率高達(dá)80 % ； (4)可以不用水冷卻，而用空氣冷卻，尤其適用于缺水的邊遠(yuǎn)地區(qū)，因此，熔融碳酸鹽燃料電池在分布式電站和移動電源等方面的應(yīng)用前景非常美好。目前，雙極板是熔融碳酸鹽燃料電池的關(guān)鍵設(shè)備之一，其作用是分隔氧化氣體和燃料氣體，起集電和導(dǎo)電的作用，并構(gòu)成氣體流動的通道，同時還防止氣體向外界泄露。此外，通過雙極板的連接作用，將單個電池串聯(lián)起來構(gòu)成燃料電池堆，進(jìn)行大功率的發(fā)電。因此，作為燃料電池的雙極板，必須同時具備很高的導(dǎo)電性和平整度，合理的氣流分配，而且自身重量還要輕些的要求，而作為熔融碳酸鹽燃料電池的雙極板，除了具備上述要求外，由于在熔融鹽腐蝕條件下運(yùn)行，還需要求雙極板具有抗氧化和還原以及抗電解質(zhì)腐蝕的作用，并與其它組件之間有很好的熱膨脹匹配特性，以防止由于密封不好而導(dǎo)致的燃料泄露， 以及由于熔鹽的腐蝕作用，雙極板的流道經(jīng)常由于腐蝕而損壞，繼續(xù)使用容易發(fā)生氣體泄露的嚴(yán)重后果。專利號為67771 的美國專利描述了一種由多層結(jié)構(gòu)疊加而成的雙極板，非常有利于工業(yè)化的生產(chǎn)。但在設(shè)計中，專門加入了冷卻氣體或液體的通路，但實際中，在燃料電池特別是熔融碳酸鹽燃料電池雙極板的設(shè)計中，并不需要有專門的冷卻通道，這樣導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)復(fù)雜難于加工的缺點(diǎn)，專利號為CN1731608A的中國專利描述了一種熔融碳酸鹽燃料電池的雙極板，其制作方法是先加工一個中心板，在板上四周開長方形的小孔，然后加工與中心板同樣大小的掩模板，掩模板Y方向開大孔作為放置多孔波紋板的空間，這種結(jié)構(gòu)也比較繁瑣，而且制作掩模板過程中去掉的大孔部分材料不能充分利用，造成材料的浪費(fèi)，此外，按照該專利加工的雙極板厚度也將達(dá)到5 7mm，這樣的重量及加工成本都比較高，而且該專利中心板四周加工的長方形孔實際上不利于電池堆的密封。而另外有雙極板采用數(shù)控加工或腐蝕方法進(jìn)行加工，為保證雙極板的平整度，厚度在5 8mm，這樣的重量及加工成本也一樣比較高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種熔融碳酸鹽燃料電池雙極板及其制作方法，對減輕雙極板的厚度和重量有很大的作用，同時還降低了電阻， 提高了導(dǎo)電性，具有抗氧化和還原以及抗電解質(zhì)腐蝕的作用，并與其它組件之間有很好的熱膨脹匹配特性，其每個部件經(jīng)過沖壓或切割成型，最后將它們組裝焊接在一起；采取本發(fā)明中的制作方法來制備雙極板，大大縮短了加工時間，減小了雙極板的厚度和重量，使得雙極板的性能得到提高。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種熔融碳酸鹽燃料電池雙極板，包括帶有陽極流道1的中空的陽極框板2，所述的陽極框板2、中心板3以及帶有陰極流道5的中空的陰極框板4依次以焊接的方式兩兩連接在一起，所述的中心板3為1 2mm厚的不銹鋼板，中心板3四周帶有豎直貫通氣孔6，所述的陽極框板2和陰極框板4的外輪廓同中心板3的外輪廓形狀的形狀大小一致，陽極框板2和陰極框板4均為1 2mm厚中空的不銹鋼框板，陽極框板2和陰極框板5的中空內(nèi)部分別設(shè)置有陽極流道1和陰極流道5，陽極框板2沿陽極流道1的流道方向上帶有同中心板3沿陽極流道1的流道方向分布的豎直貫通氣孔6 —一豎直對應(yīng)的陽極貫通孔7，陰極框板4在沿陰極流道5的流道方向上帶有同中心板3沿陰極流道5的流道方向分布的豎直貫通氣孔6 —一豎直對應(yīng)的陰極貫通孔8，陽極流道1和陰極流道5由厚度為1 2mm的不銹鋼板經(jīng)沖壓而成厚度為0. 5 Imm的流道。所述的陽極流道1和陰極流道5采用槽道形流道或翅片狀流道。所述的熔融碳酸鹽燃料電池雙極板的制作方法為首先準(zhǔn)備五塊1 2mm厚的不銹鋼板，將其中的一塊不銹鋼板在四周沿豎直方向打孔形成豎直貫通氣孔6，將該不銹鋼板作為中心板3 ；再選擇另外兩塊不銹鋼板豎直貫穿沖去中部，并切割該兩塊不銹鋼板使其外輪廓同中心板3的外輪廓形狀的形狀大小一致，將兩塊不銹鋼板分別作為不帶陽極貫通孔7的陽極框板2和不帶陰極貫通孔8的陰極框板4，在不帶陽極貫通孔7的陽極框板2和不帶陰極貫通孔8的陰極框板4上設(shè)定陽極貫通孔7的位置和陰極貫通孔8的位置，然后在陽極貫通孔7的位置和陰極貫通孔8的位置沿豎直方向貫穿打孔形成陽極貫通孔7和陰極貫通孔8 ；接著將剩下的兩塊不銹鋼板分別沖壓成厚度為0. 5 Imm的陽極流道1和陰極流道5 ；最后對中心板3、陽極框板2和陰極框板4進(jìn)行回火及整平處理，將流道進(jìn)行整平處理，然后將陽極框板2和陰極框板4焊接在中心板3上，再將陽極流道1和陰極流道5分別放入陽極框板2和陰極框板4的中空部分后再焊接在中心板3上，這樣就構(gòu)成了熔融碳酸鹽燃料電池雙極板。本發(fā)明的熔融碳酸鹽燃料電池雙極板包括帶有陽極流道1的中空的陽極框板2，所述的陽極框板2、中心板3以及帶有陰極流道5的中空的陰極框板4依次以焊接的方式兩兩連接在一起，采用不銹鋼薄板，有效地減低了熔融碳酸鹽燃料電池雙極板的厚度和重量， 同時還降低了電阻，提高了導(dǎo)電性；陽極流道1和陰極流道5是不銹鋼板沖壓后焊接在中心板3上的，所以當(dāng)陽極流道1或陰極流道5受到腐蝕后可以將其取下進(jìn)行更換而繼續(xù)使用， 這樣對熔融碳酸鹽燃料電池雙極板的使用壽命得到很大的提高，而且我們可以根據(jù)需要對陽極流道1或陰極流道5采用槽道形流道或翅片狀流道，對優(yōu)化熔融碳酸鹽燃料電池雙極板結(jié)構(gòu)，提高電池性能具有很大的作用，只需要一副沖壓模具就可以完成陽極流道1或陰極流道5的加工，代替了機(jī)械加工或腐蝕加工槽道的工序，縮短了加工時間；采用機(jī)械加工一次成型的工藝可以完成陽極框板2、中心板3以及陰極框板4的制作；整個熔融碳酸鹽燃料電池雙極板的裝配工藝簡單易操作；最終裝配的熔融碳酸鹽燃料電池雙極板在厚度和重量上減少了很多，對熔融碳酸鹽燃料電池堆的功率放大，提高電池堆的性能具有很大的促進(jìn)作用。


圖1是本發(fā)明的分解結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明采用槽道形流道的陰極流道結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明采用槽道形流道的陽極流道結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明采用翅片狀流道的陰極流道結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明采用翅片狀流道的陽極流道結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。如圖1和圖2所示，熔融碳酸鹽燃料電池雙極板，包括帶有陽極流道1的中空的陽極框板2，所述的陽極框板2、中心板3以及帶有陰極流道5的中空的陰極框板4依次以焊接的方式兩兩連接在一起，所述的中心板3為1 2mm厚的不銹鋼板，中心板3四周帶有豎直貫通氣孔6，所述的陽極框板2和陰極框板4的外輪廓同中心板3的外輪廓形狀的形狀大小一致，陽極框板2和陰極框板4均為1 2mm厚中空的不銹鋼框板，陽極框板2和陰極框板4的中空內(nèi)部分別設(shè)置有陽極流道1和陰極流道5，陽極框板2沿陽極流道1的流道方向上帶有同中心板3沿陽極流道1的流道方向分布的豎直貫通氣孔6 —一豎直對應(yīng)的陽極貫通孔7，陰極框板4在沿陰極流道5的流道方向上帶有同中心板3沿陰極流道5的流道方向分布的豎直貫通氣孔6 —一豎直對應(yīng)的陰極貫通孔8，陽極流道1和陰極流道5由厚度為1 2mm的不銹鋼板經(jīng)沖壓而成厚度為0. 5 Imm的流道。如圖3、圖4、圖5、和圖6所示，所述的陽極流道1和陰極流道5采用槽道形流道或翅片狀流道。所述的熔融碳酸鹽燃料電池雙極板的制作方法為，首先準(zhǔn)備五塊1 2mm厚的不銹鋼板，將其中的一塊不銹鋼板在四周沿豎直方向打孔形成豎直貫通氣孔6，將該不銹鋼板作為中心板3;再選擇另外兩塊不銹鋼板豎直貫穿沖去中部，并切割該兩塊不銹鋼板使其外輪廓同中心板3的外輪廓形狀的形狀大小一致，將兩塊不銹鋼板分別作為不帶陽極貫通孔7的陽極框板2和不帶陰極貫通孔8的陰極框板4，在不帶陽極貫通孔7的陽極框板2和不帶陰極貫通孔8的陰極框板4上設(shè)定陽極貫通孔7的位置和陰極貫通孔8的位置，然后在陽極貫通孔7的位置和陰極貫通孔8的位置沿豎直方向貫穿打孔形成陽極貫通孔7和陰極貫通孔8 ；接著將剩下的兩塊不銹鋼板分別沖壓成厚度為0. 5 Imm的陽極流道1和陰極流道5 ；最后對中心板3、陽極框板2和陰極框板4進(jìn)行回火及整平處理，將流道進(jìn)行整平處理，然后將陽極框板2和陰極框板4焊接在中心板3上，再將陽極流道1和陰極流道5分別放入陽極框板2和陰極框板 4的中空部分后再焊接在中心板3上，這樣就構(gòu)成了熔融碳酸鹽燃料電池雙極板。
權(quán)利要求
1.一種熔融碳酸鹽燃料電池雙極板，包括帶有陽極流道(1)的中空的陽極極框板0)， 其特征在于所述的陽極框板O)、中心板(3)以及帶有陰極流道(5)的中空的陰極框板 (4)依次以焊接的方式兩兩連接在一起，所述的中心板(3)為1 2mm厚的不銹鋼板，中心板(3)四周帶有豎直貫通氣孔(6)，所述的陽極框板( 和陰極框板的外輪廓同中心板(3)的外輪廓形狀的形狀大小一致，陽極框板(2)和陰極框板(4)均為1 2mm厚中空的不銹鋼框板，陽極框板( 和陰極框板的中空內(nèi)部分別設(shè)置有陽極流道(1)和陰極流道(5)，陽極框板( 沿陽極流道(1)的流道方向上帶有同中心板C3)沿陽極流道(1)的流道方向分布的豎直貫通氣孔(6) —一豎直對應(yīng)的陽極貫通孔(7)，陰極框板(4)在沿陰極流道( 的流道方向上帶有同中心板C3)沿陰極流道( 的流道方向分布的豎直貫通氣孔 (6) 一一豎直對應(yīng)的陰極貫通孔(8)，陽極流道(1)和陰極流道(5)由厚度為1 2mm的不銹鋼板經(jīng)沖壓而成厚度為0. 5 Imm的流道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融碳酸鹽燃料電池雙極板，其特征在于所述的陽極流道 (1)和陰極流道( 采用槽道形流道或翅片狀流道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融碳酸鹽燃料電池雙極板的制作方法，其特征在于首先準(zhǔn)備五塊1 2mm厚的不銹鋼板，將其中的一塊不銹鋼板在四周沿豎直方向打孔形成豎直貫通氣孔(6)，將該不銹鋼板作為中心板(3)；再選擇另外兩塊不銹鋼板豎直貫穿沖去中部，并切割該兩塊不銹鋼板使其外輪廓同中心板(3)的外輪廓形狀的形狀大小一致，將兩塊不銹鋼板分別作為不帶陽極貫通孔(7)的陽極框板(2)和不帶陰極貫通孔(8)的陰極框板G)，在不帶陽極貫通孔(7)的陽極框板( 和不帶陰極貫通孔(8)的陰極框板(4)上設(shè)定陽極貫通孔(7)的位置和陰極貫通孔⑶的位置，然后在陽極貫通孔(7)的位置和陰極貫通孔(8)的位置沿豎直方向貫穿打孔形成陽極貫通孔(7)和陰極貫通孔(8)；接著將剩下的兩塊不銹鋼板分別沖壓成厚度為0. 5 Imm的陽極流道(1)和陰極流道；最后對中心板(3)、陽極框板( 和陰極框板(4)進(jìn)行回火及整平處理，將流道進(jìn)行整平處理，然后將陽極框板( 和陰極框板(4)焊接在中心板C3)上，再將陽極流道(1)和陰極流道(5)分別放入陽極框板( 和陰極框板的中空部分后再焊接在中心板C3)上，這樣就構(gòu)成了熔融碳酸鹽燃料電池雙極板。
全文摘要
一種熔融碳酸鹽燃料電池雙極板及其制作方法，該雙極板包括帶有陽極流道的中空的陽極框板，所述的陽極框板、中心板以及帶有陰極流道的中空的陰極框板依次以焊接的方式兩兩連接在一起，對減輕雙極板的厚度和重量有很大的作用，同時還降低了電阻，提高了導(dǎo)電性，具有抗氧化和還原以及抗電解質(zhì)腐蝕的作用，并與其它組件之間有很好的熱膨脹匹配特性，其制作方法為每個部件經(jīng)過沖壓或切割成型，最后將它們組裝焊接在一起；采取本發(fā)明的方法來制備雙極板，大大縮短了加工時間，減小了雙極板的厚度和重量，使得雙極板的性能得到提高。
文檔編號H01M4/88GK102280645SQ20111018537
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者張瑞云, 徐越, 李晨, 王保民, 程健, 許世森 申請人:中國華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司