[实用新型]柔性石墨水流场制备装置

说明书

技术领域

实用新型涉及一种质子交换膜燃料电池用柔性石墨水流场制备装置，尤其是一种生产效率高、制备的水流场流阻小，重复性好的柔性石墨水流场制备装置。

背景技术

双极板是质子交换膜燃料电池的重要组成部分，起着支撑燃料电池，提供反应气、氧化剂和冷却剂通道的作用。就双极板本身使用条件而言，要求它不仅具有高的导电率、耐腐蚀性、低密度、高的机械强度和耐气体渗透性，以及材料成本低、易加工、良好的尺寸稳定性等特点。目前，质子交换膜燃料电池双极板材料有，石墨双极板、金属双极板、金属化合物双极板和两种不同材料复合双极板。通过分别制备氢、氧单极板和水流场，然后通过焊接或粘合的方法结合在一起成为双极板。

中国专利CN1416184A公开的金属双极板，其水流场采用金属板，金属板作为水流场，耐蚀性相对较差，抗腐蚀能力低于石墨。因此从耐蚀性角度，水流场较多采用石墨制作。

石墨材质有硬质石墨和柔性石墨，组合双极板中，尤以柔性石墨水流场较为理想，具有较强的耐蚀性。但柔性石墨因其自身性状，很难通过普通冲压方法制备水流场，现有技术通常采用模板手工雕刻，不仅重复性差，影响电堆的均匀性，而且流场形状复杂，雕刻制作麻烦，工效低，加工成本高，制约了复合双极板的批量化生产。其次，手工雕刻流场边缘不光滑，流动阻力大，也会影响冷却效果。

虽然现有技术有采用电脑雕刻方法制备流场，中国专利CN101136479公开采用电脑雕刻铝合金制备双极板。然而由于柔性石墨质地相对较软，且有一定粘性，雕刻方法实际不能应用。虽然现有技术也有冲压方法制备异形沟槽，但通常只适用于刚性或硬质材料，例如金属、塑料，由于柔性石墨是由膨胀石墨和树脂压制的软性体(质地相对较软，且有一定粘性)，通常冲压方法，易产生毛刺与飞边，而水流场流道相对狭小，镂空比例大，占整体面积50％以上，且流道密集，因此至实用新型时止，从未有人实际采用冲压方法制备柔性石墨水流场。

实用新型内容

实用新型目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种制备生产效率高，重复性好，成本低，流场边缘光滑的柔性石墨水流场制备装置。

实用新型目的实现，主要构思通过改进冲压模具，使之适合对柔性石墨水流场冲切成型，经反复试验改进，一是在按流场形状设计冲切刀口模，刀口模平面有与刀口齐平或略高于刀口的弹性材料板；二是冲压底板采用硬质弹性材料板。这样在冲压过程刀口模平面上的弹性材料板，既能有效平整压紧冲制的柔性石墨板，防止冲切时石墨板不平整起翘造成流道切口不光滑，同时其具有的弹性和软性，可以使冲切流场的刀口穿过，对柔性石墨进行冲切，并在冲切完成抬起刀口模时，其弹性恢复产生的顶推力，可以将冲出的流道与刀口模分离；底模采用硬质非金属材料，既能保护模具刀刃，同时限制刀口过量切入，有效避免飞边的产生。两者的配合，有效解决了普通冲压方式不能直接应用于柔性石墨水流场冲制的难题，实现了实用新型目的。具体说，实用新型柔性石墨水流场制备装置，包括相对运行的冲压机构，其特征在于冲压模上有按流场图形设计的冲切刀口模，刀口模平面有与刀口齐平或略高于刀口的弹性材料板；冲压挡模上有硬质非金属材料底板。

实用新型所说

刀口模平面上的弹性材料板，其作用如上所说，一是在冲压时用于平整压紧柔性石墨纸，使其在冲切过程中保持平整，减少起翘造成切口边缘产生毛刺，使冲切流道光滑，从而减少流道阻力；二是其具有的弹性和软性，可以使冲切流场的刀口穿过，对柔性石墨进行冲切；三是弹性恢复产生的顶推力，可以将冲出的流道与刀口模分离。根据上述功能，具有压缩变形、且恢复性好的弹性材料均可以被采用，例如但不限于致密发泡塑料(例如发泡聚苯乙烯、EVA、PE发泡板材、发泡硅橡胶板)、橡胶板、软性塑料，致密海绵体等。

硬质非金属材料底板，其作用也如上所说，一是保护模具刀刃，二是限制刀口过量切入，有效避免飞边的产生。根据上述功能，硬质非金属材料板均可以被应用，例如但不限于聚甲醛板，木板、硬橡胶板、硬质塑料板。它们既有一定硬度，能够满足冲切需要，同时又具有一定的相对软性，保护冲切刀具。

冲压模具刀刃图形与流场形状相同。

冲切刀刃，一种较好呈三角形，有利于减少冲压产生飞边毛刺。

冲切压力，试验确定较好为2～5Mpa，压力过大会造成对底板的损伤，压力过小则不易切断柔性石墨，会造成流道边缘出现毛刺。

冲切装置，可以采用现有技术立式或卧式冲压机。