[发明专利]一种燃料电池复合双极板及其制备方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池复合双极板及其制备方法，包括石墨板(1)和设置在石墨板(1)外侧的边框(2)，在石墨板(1)与边框(2)连接处设有连接加强部。与现有技术相比，本发明双极板在满足双极板轻薄化需求的同时兼具较好的机械强度和导电性。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池复合双极板及其制备方法。

背景技术

伴随燃料电池技术日趋成熟，作为一种零污染，高效率，可以将化学能直接转变为电能的发电设备，燃料电池已经被越来越多的应用于通讯基站、车载动力、分布式电源等领域。双极板是燃料电池的核心零部件之一，起到分配气体、传导热量和电能的作用。随着电堆对体积功率密度要求的逐步提高，双极板和膜电极的轻薄化成为必然趋势。目前双极板主要包括金属双极板、石墨双极板以及同时使用两种材料的多层材料的双极板等。其中使用混合材料压铸法所成型的石墨双极板被认为是成型尺寸最准确，完全能满足密封导电等要求的工艺。

在目前公开的石墨双极板资料中，双极板制备使用的是均一的材料，如石墨和树脂以及添加剂的混合固化物。为了保证材料的导电和导热特性，混合物中的树脂含量相对较低，这导致了强度相对较弱，无法兼顾双极板某些非导电部位高强度的要求。然而，伴随双极板轻薄化的要求越来越苛刻，这些对强度更高要求的部位成为限制石墨双极板的瓶颈。

现有技术主要集中在复合板材料配方或直接改变双极板基底材料来改善和平衡密封、导电和强度之间的关系，如发明专利CN108511764A使复合导电板中碳含量保持在较低水平，发明专利CN110581291A直接采用掺杂导电的晶体硅材料制成的硅极板，但是上述方法仍无法兼顾强度、导电性与轻薄化之间的关系，并没有从根本上解决材料的瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池复合双极板及其制备方法，在满足双极板轻薄化需求的同时兼具较好的机械强度和导电性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池复合双极板，包括石墨板和设置在石墨板外侧的边框，在石墨板与边框连接处设有连接加强部。本发明的双极板是区域功能的进一步细分，边框为非反应区，石墨板为反应区，边框部分在不用考虑导电因素后可使用强度较大的材料，如非导电材料，从而降低该部分厚度，从而减小整个双极板厚度，而石墨板在边框的保护下作为反应区，可采用具有较高导电性能的材料，提高导电性能，连接加强部进一步提高石墨板与边框的连接强度和稳定性，从而使本发明燃料电池复合双极板在满足双极板轻薄化的同时兼具较好的机械强度和导电性。

进一步地，所述的连接加强部包括设置在边框的内边缘的非平面结构，石墨板的外边缘形状与非平面结构相匹配。非平面结构的设置可增强石墨板和边框连接处的机械强度。

优选的，所述的非平面结构设置在边框的内边缘的底部，并向石墨板延伸。此设计可在提高石墨板和边框连接强度的同时提高石墨板在边框上的稳定性。

进一步优选的，所述的非平面结构的截面形状包括燕尾槽型、锥形、凹型或凸型；所述的非平面结构的厚度不超过石墨板和边框的厚度。非平面结构还可为更为复杂的凸起结构，以增强边框和石墨板的连接。为保证石墨板的正常功能，非平面结构不得破坏石墨板的连续性，同时，非平面结构也不得破坏石墨板的强度，优选的，非平面结构的厚度不得超过石墨板厚度的70％，防止连接部分石墨板过薄造成强度减弱。

所述的石墨板位于边框的中心位置，边框上设有两个通道区域，两个通道区域分别对称设于石墨板的两侧。

所述的通道区域内设有氢气通道、冷却水通道和空气通道；所述的氢气通道、冷却水通道、空气通道均为具有相同尺寸的腰形孔。腰型孔轮廓平滑，可减少对边框结构的破坏，提高边框强度。

所述的石墨板上平行设置有多条直线流道；所述的石墨板的面积占复合双极板总面积的55％～75％。石墨板的面积不能过大或过小，过小则效率减低，过大则会使复合双极板整体结构强度减弱。