[发明专利]一种高温燃料电池用双极板及其制造方法

说明书

本发明提供一种高温燃料电池用双极板及其制造方法，针对燃料电池电堆双极板需满足燃料、氧化剂和冷却介质流通的需求，本发明将满足燃料电池工作环境需求的粘胶材料通过丝网印刷技术和定位设计刮涂到阴极板周面，然后再借助一个定位槽，将阴极板和阳极板精确对齐，静置固化后得到双极板。所述双极板包括阳极板、冷却通道和阴极板，阴极板两侧都有流道，阳极板单面有流道，将阴极板有冷却介质流道的一面与阳极板没有流道的一面粘结一起组成双极板，两板之间作为冷却介质流道，在不增加厚度条件下增加了冷却介质流道。且由于可通过丝网印刷技术精确控制胶液分布和厚度，在一定胶液厚度范围内，实现将两板粘结一块的要求，且不影响双极板的导电性。

技术领域

本发明涉及高温燃料电池技术领域，特别涉及一种高温燃料电池用双极板及其制造方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的连续发电装置，具有能量转换效率高、噪音低、结构简单、发电效率受负载变化影响小等优点，有望代替常规发动机成为未来汽车的主要动力来源，并可应用到电子产品、航空航天、固定电站等多个领域，是“低碳经济”的理想形态之一。

燃料电池电堆双极板(以下简称“双极板”)是燃料电池电堆系统的关键部件之一，在燃料电池电堆中，双极板不仅担负着分配燃料气和空气，实现单片电池之间电的联结和集流作用，而且还担负着从活性区域带出废热、防止气体和冷却剂的泄漏等功能。目前，根据所采用的材料，双极板大体可以分为石墨双极板、金属双极板和复合双极板。

为满足电堆中燃料、氧化剂和冷却介质的流通，双极板通常采用三层复合结构。对于金属双极板，可以通过将冲压有流场的阴阳极板背向叠合，周边通过焊接或粘结密封，两极板背合面构成冷却介质通道(CN 101630747A，空气冷却型燃料电池堆金属双极板)。

虽然金属双极板导电导热性能好、机械加工性好，并且有着卓越的气体密封性可以使之成为阻隔氧化剂和燃料的理想材料，但是，金属板表面的钝化不仅使得本体电阻率增加，也使得它与扩散层间的接触电阻比纯金属与扩散层间的接触电阻大，这就导致欧姆极化作用增强；另外，对于高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)，操作温度120-200℃，且所用电解质为磷酸，这种高温强酸环境使金属板更易腐蚀，且腐蚀产生的金属离子会对燃料电池的催化剂以及质子交换膜产生一定的毒化作用。所以，HT-PEMFC双极板通常采用石墨复合双极板。

对于HT-PEMFC用的石墨复合双极板，不能像金属极板那样可以通过将阴阳极焊接，或者像低温燃料电池双极板那样采用导电胶粘结一起来满足燃料、氧化剂和冷却介质的流通，因为HT-PEMFC的操作温度高达200℃，一般的导电胶带或导电胶水的导电材料为导电碳粉或金属粒子，一般的导电填料为金、银、铜、铝、锌、铁、镍的粉末和石墨以及一些导电化合物等，受树脂基体、导电粒子、分散添加剂和助剂等组分的影响，一般的导电胶带或导电胶水使用温度为60～80℃，比较好的可达130℃，不能满足HT-PEMFC高达200℃的使用温度。高温胶水的选择很多，比如硅胶胶水，耐温高达350℃，但这类高温胶水不导电，如果不精确控制胶水在两极板间的分布和厚度，将影响两极板的导电性。

发明内容

针对高温燃料电池双极板需满足燃料、氧化剂和冷却介质流通的需求，本发明借助丝网印刷技术，并通过选择耐高温耐酸且耐油的高温胶液，采用丝网印刷技术和定位设计，精确控制胶液分布和厚度，提出一种集反应物分配、集流、冷却等功能于一体的高温燃料电池双极板及其的制备方法。

一种高温燃料电池用双极板，包括第一极板和第二极板(阳极板和阴极板)；所述第一极板具有单面流场，所述第二极板具有双面流场；所述第一极板流场的相对面，即无流场的一面与所述第二极板的一面通过涂覆于二者相向面的高温胶密封贴接，即在不增加厚度条件下于所述第一极板和第二极板(阳极板和阴极板)之间增加了冷却介质流道。