[发明专利]一种异形截面复杂流场双极板的加工装置及加工方法

说明书

本发明涉及一种异形截面复杂流场双极板的加工装置及复合加工工艺，所述加工装置包括激光器、转动机构、密封舱、用于固定双极板的固定平台机构，所述复合加工工艺包括在所述加工装置上采用激光精密刻蚀技术和激光抛光工艺对双极板进行加工及后处理，通过采用上述技术方案，可以解决任意复杂结构流场的加工，该加工装置改变激光与双极板之间的夹角，然后采用激光精密刻蚀技术从而实现异形截面形状的流道加工，采用激光抛光工艺作为后处理工艺，解决刻蚀后流道内氧化物、夹杂等清除以及提高流场表面光洁度，进而提升双极板性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种异形截面复杂流场双极板的加工装置加工方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC）因其具有能量转化率高、无污染、启动快等优点而具有可观的市场应用前景。与热机相比，燃料电池的化学能直接转化成电能，不需要初步转化成热能。因此，转化不受卡诺循环的限制，理论上可以实现 90% 转化的高效率。

燃料电池的核心是膜电极和双极板。膜电极是电化学反应的场所；双极板提供气体分配和收集电流，为了完成气体分配和收集电流这两项任务，双极板通常是导电的，其表面有凹凸两个部分，其中凸出部分(收集电流脊梁)用来与电极接触，收集电流；凹下部分(流场)为气体向电极表面传递提供通道，双极板的这一含有凹凸结构的部分称流场。

实际上，燃料电池的产能效率很大程度上取决于双极板流场的结构，优质的流场结构可以改善反应物和生成物的流动状态，使电极各处都能及时得到反应物，并且能及时排除冷却水，提高燃料电池的发电效率。

制备这些流道最常用是数铣、冲压、化学腐蚀等传统加工方法。传统工艺成形的流道截面形状单一，且成形成本高，工艺复杂，耗材大，环境不友好。伴随着双极板流道结构复杂化、高尺寸精度、高加工质量的趋势，传统加工方法逐渐不能满足上述要求。同时原料利用率低、加工成本高、生产效率低、加工产生噪音、对环境不友好等是上述传统加工方法的缺点。

激光刻蚀的基本原理是将高光束质量的小功率激光束(一般为紫外激光、光纤激光)聚焦成极小光斑，在焦点处形成很高的功率密度，使材料在瞬间汽化蒸发，形成孔、逢、槽。该工艺利用激光具有的无接触加工、柔性化程度高、加工速度快、无噪声、热影响区小、可聚焦到激光波长级的极小光斑等优越的加工性能，可突破传统方法无法制备复杂结构流场的技术壁垒，特别适合变宽流场、仿生学流场等复杂流场的加工，且相较于传统方法还有速度快、效率高等优势。

激光刻蚀实现复杂结构流场双极板制备的同时，形成流道截面较为单一，通常为U、V型流道。针对异形截面流道的加工还存在一定的技术难点，限制了激光刻蚀技术在燃料电池技术领域的应用。因此，如何高效率的实现异形截面复杂流场双极板的加工仍是待解决的问题。

采用激光刻蚀技术后，如何解决刻蚀后流道内氧化物、夹杂等残余物也是仍待解决的问题，而激光抛光是一种非接触抛光，同样具有激光特性，不受流场结构复杂程度的限制。无污染，可以实现局部抛光，特别适用于超硬材料和脆性材料的精抛。该工艺能够有效提高双极板流场表面光洁度，提升双极板性能。

发明内容

综上所述，为克服现有技术的不足，本发明提供一种异形截面复杂流场双极板的加工装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种异形截面复杂流场双极板的加工装置，包括激光器、密封舱、用于固定双极板的固定平台机构和用于带动所述固定平台机构转动的转动机构，所述激光器设置于所述固定平台机构上方，所述转动机构设置于所述密封舱内，所述固定平台机构设置于所述转动机构上，所述转动机构与控制装置电连接。