[发明专利]一种熔融碳酸盐燃料电池双极板及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于熔融碳酸盐燃料电池技术领域，具体涉及一种熔融碳酸盐燃料电池双极板及其制作方法。

背景技术

燃料电池是一种不经过燃烧而以电化学反应方式将燃料的化学能直接变为电能的发电装置，其最大特点是反应过程不涉及燃烧，因此能量转化效率不受“卡诺循环”的限制，效率高达50％～60％。燃料电池工作时，氢气或其他燃料输入到阳极，并在电极和电解质的界面上发生氢气或其他燃料氧化与氧气还原的电化学反应，产生电流，输出电能。与火力发电方式相比，燃料电池的发电过程不经过燃料的直接燃烧，CO、CO₂、SO₂、NO_x及未燃尽的有害物质排放量极低，是公认的继火电、水电和核电之后的第四种发电方式。因此，燃料电池是集能源、化工、材料与自动化控制等新技术为一体的、具有高效与洁净特色的新电源。

到目前为止，燃料电池已经出现了很多种技术和结构类型，但是根据电解质的不同，一般分为碱性燃料电池(Alkaline Fuel Cell，AFC)、磷酸燃料电池(Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(Molten  Carbonate Fuel Cell，MCFC)、固态氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)和质子交换膜燃料电池(Proton Electrolyte Membrane Fuel Cell，PEMFC)五大类。对于熔融碳酸盐燃料电池，由于其优点有：(1)工作温度高，电极反应活化能小，不论氢的氧化还是氧的还原，都不需要高效催化剂，节省了贵金属的使用，一定程度上降低成本；(2)可以使用CO含量高的燃料气，如煤制气；(3)电池排放的余热温度高达673K之多，可用于底循环或回收使用，使总的效率高达80％；(4)可以不用水冷却，而用空气冷却，尤其适用于缺水的边远地区，因此，熔融碳酸盐燃料电池在分布式电站和移动电源等方面的应用前景非常美好。

目前，双极板是熔融碳酸盐燃料电池的关键设备之一，其作用是分隔氧化气体和燃料气体，起集电和导电的作用，并构成气体流动的通道，同时还防止气体向外界泄露。此外，通过双极板的连接作用，将单个电池串联起来构成燃料电池堆，进行大功率的发电。因此，作为燃料电池的双极板，必须同时具备很高的导电性和平整度，合理的气流分配，而且自身重量还要轻些的要求，而作为熔融碳酸盐燃料电池的双极板，除了具备上述要求外，由于在熔融盐腐蚀条件下运行，还需要求双极板具有抗氧化和还原以及抗电解质腐蚀的作用，并与其它组件之间有很好的热膨胀匹配特性，以防止由于密封不好而导致的燃料泄露，以及由于熔盐的腐蚀作用，双极板的流道经常由于腐蚀而损坏，继续使用容易发生气体泄露的严重后果。

专利号为6777126的美国专利描述了一种由多层结构叠加而成的双极板，非常有利于工业化的生产。但在设计中，专门加入了冷却气体或液体的通路，但实际中，在燃料电池特别是熔融碳酸盐燃料电池双极板的设计中，并不需要有专门的冷却通道，这样导致了结构复杂难于加工的缺点，专利号为CN1731608A的中国专利描述了一种熔融碳酸盐燃料电池的双极板，其制作方法是先加工一个中心板，在板上四周开长方形的小孔，然后加工与中心板同样大小的掩模板，掩模板Y方向开大孔作为放置多孔波纹板的空间，这种结构也比较繁琐，而且制作掩模板过程中去掉的大孔部分材料不能充分利用，造成材料的浪费，此外，按照该专利加工的双极板厚度也将达到5～7mm，这样的重量及加工成本都比较高，而且该专利中心板四周加工的长方形孔实际上不利于电池堆的密封。而另外有双极板采用数控加工或腐蚀方法进行加工，为保证双极板的平整度，厚度在5～8mm，这样的重量及加工成本也一样比较高。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种熔融碳酸盐燃料电池双极板及其制作方法，对减轻双极板的厚度和重量有很大的作用，同时还降低了电阻，提高了导电性，具有抗氧化和还原以及抗电解质腐蚀的作用，并与其它组件之间有很好的热膨胀匹配特性，其每个部件经过冲压或切割成型，最后将它们组装焊接在一起；采取本发明中的制作方法来制备双极板，大大缩短了加工时间，减小了双极板的厚度和重量，使得双极板的性能得到提高。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：