[发明专利]一种具有石墨烯导电层的金属双极板及其制作方法

说明书

本发明涉及一种具有石墨烯导电层的金属双极板及其制作方法，金属双极板设置在燃料电池内，金属双极板包括两块金属流场板，两块金属流场板分别为阳极侧金属流场板和阴极侧金属流场板；每块所述金属流场板两侧分别为第一表面和第二表面，第一表面和第二表面均设置有多个导流槽，且第一表面和第二表面上均设置有石墨烯层，阳极侧金属流场板和阴极侧金属流场板通过焊接或铆接组合。本发明公开了一种具有良好的延展性、抗腐蚀、导电性、导热性高的带有石墨烯层的轻薄型金属双极板及其制作方法。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及燃料电池中的金属双极板，具体涉及一种具有石墨烯导电层的金属双极板及其制作方法。

背景技术

电能是很多动力来源，我们的生活与电能紧紧捆绑，随着工业发展日新月异，清洁、高效的绿色环保电源一直是相关技术人员研发的核心。清洁、高效的绿色环保的燃料电池在很多应用中都用作电能来源。特别是在迅猛发展的汽车行业中，燃料电池计划用于代替内燃机。

现有技术中使用的燃料电池采用的固体聚合物电解质(SPE)膜或质子交换膜(PEM)以在阳极和阴极之间提供离子移动。在质子交换膜型燃料电池中，将氢气供给阳极作为燃料，将氧气供给阴极作为氧化剂。该氧气可以是纯态形式(O₂)或空气形式(O₂和N₂的混合物)。PEM燃料电池通常具有膜电极组件(MEA)将双极板与膜电极三合一组件(MEA)交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成质子交换膜燃料电池电堆。叠合压紧时应确保气体主通道对正以便氢气和氧气能顺利通达每一单电池。电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经单电池的双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应，因此双极板需要具有良好的导电、导热、抗腐蚀性，以及充分的电化学反应面积。

现有技术中双极板采用的是石墨双极板和普通金属板，石墨双极板在使用过程中能有效导电、导热、抗腐蚀，且质量轻，但是石墨双极板的厚度和导流电化学反应面积比例并不理想，且使用时石墨双极板抗震性能差容易断裂，会导致产电效率低下，且有安全隐患。现有技术中的普通金属板虽抗震性能好，可以做的更薄，但是在抗腐蚀、导电、导热性能上低于石墨双极板。

因此需要研发出一种双极板，在满足良好的抗腐蚀、导电、导热性能的基础上还具有优良的延展性，同时还能降低双板的厚度以及提升双极板上流道空间比例，提升双极板的电化学反应面积。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种具有良好的延展性、抗腐蚀、导电性、导热性，且流道空间比例大、电化学反应面积比例高的一种轻薄的、表面均匀分布有石墨烯层的金属双极板。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种具有石墨烯层的金属双极板，所述金属双极板设置在燃料电池内，所述金属双极板包括两块金属流场板，两块所述金属流场板分别为阳极侧金属流场板和阴极侧金属流场板；每块所述金属流场板两侧分别为第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面均设置有多个导流槽，且所述第一表面和第二表面上均设置有石墨烯层，所述阳极侧金属流场板和阴极侧金属流场板通过焊接或铆接组合。

本发明优选实施例中，所述导流槽作为导入氧气或空气或氢气或冷却水的流道。

本发明优选实施例中，导流槽是直线导流槽、斜线导流槽、锯齿形导流槽、曲线导流槽中的一种或多种。

本发明优选实施例中，所述金属流场板的第一表面和第二表面上设置有校准槽。校准槽便于金属流场板的阳极侧金属流场板和阴极侧金属流场板进行叠合对接。

本发明优选实施例中，金属流场板厚度是0.075mm~0.1mm，金属流场板的宽度400mm，拉伸性能：屈服点260MPa~340Mpa、抗拉强度：340Mpa以上、延伸率：45~60%。本发明的具有石墨烯层的金属双极板具有超低的接触电阻和体电阻，很高的热导率和耐腐蚀等优越性能。