[发明专利]一种微型燃料电池双极板微流道的加工方法及加工刀具

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池制造技术领域，特别涉及一种微型燃料电池双极板微流道的加工方法及加工刀具。

背景技术

面向便携式电子设备、便携式军用设备、无线传感器网络以及微系统应用的微型燃料电池正受到愈来愈广泛的关注。由于微型燃料电池主要工作在常温或中低温的场合；因此目前各国均以微型质子交换膜燃料电池（μPEMFC） 和微型直接甲醇燃料电池（μDMFC）作为研究重点。

双极板作为微型质子交换膜燃料电池堆中的主要部件之一，是电池组中体积最大和质量最重的组成部件，约占整个质子交换膜燃料电池总重量的80%，主要起着分隔反应气体、收集电流、将各个单电池串联起来并通过流场为反应气进入电极及排水提供通道的作用。高质量的流场板使得气体扩散充分、传质效率高，电流密度均匀，提高电池电性能，同时，也可以有效降低电池堆的尺寸和重量。

微型燃料电池首先要解决的是双极板微流道的微细制备成形；其次是如何提高功率密度，以保证PEMFC和DMFE微型化的同时，能产生足够的功率。目前，MEMS技术是微型燃料电池双极板微流道制备的主流技术，利用MEMS 中的光刻、腐蚀、溅射及体/表面加工等技术，可在硅晶片上刻蚀出微流道，然后利用薄膜制备技术在表面制备出Pt层、Au层等收集电流。另外，也可利用UV–LIGA和电铸工艺制备双极板微流道，首先用UV-LIGA工艺在基板上沉积微通道，再在表面上电铸Cu作为导电层，但Cu在燃料电池工作环境中易被腐蚀。

MEMS技术制备的微流道宽度一般在300-500μm之间，深度在200-300μm之间，由于MEMS 技术衍生于微电子技术，需要超净环境，工艺复杂，主要加工对象被限制在硅等材料上，而硅属于脆性材料，难以制成薄板，不利于提高体积比功率和质量比功率，亦不利于电堆的装配，且硅的电导率较低，降低燃料电池的性能。

高纯度的电导石墨是目前应用最广泛的双极板材料，一般采用石墨粉、粉碎的焦碳与可石墨化的树脂或者沥青按比例混合，并在石墨化炉中严格按照一定的升温程序，进行石墨化，再经切割和研磨，制备成厚度2-5mm的石墨板。最后，再采用加工中心或者用电脑刻绘机在其表面刻绘需要的流场。这种方法难以加工出宽度在500μm以下的微流道，并且所需设备昂贵复杂，加工成本高。

发明内容

本发明的发明目的是针对现有微流道加工的技术不足，提供一种提高微流道加工精度的微型燃料电池双极板微流道的加工方法。

进一步地，本发明提供一种微型燃料电池双极板微流道的加工刀具。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种微型燃料电池双极板微流道的加工方法，包括如下步骤：

（1）在基板上钻孔加工得到燃料气体和氧化剂的输入、输出孔，并加工出相应的主流道；

（2）将多齿刀具装夹在普通刨床上并且紧定刀架，调整刨床加工行程及切削深度和切削速度；

（3）启动刨床，进行单次微流道“正向—回程”双行程加工；

（4）单次加工完成后，增加切削深度继续加工，直到总切削深度达到微流道深度后停止，制得燃料电池微流道双极板。

优选地，所述微流道为直形或蛇形。

优选地，所述基板材料为石墨或金属。

优选地，步骤（2），刨床加工行程为两主流道的中心距离。

进一步提供一种微型燃料电池双极板微流道的加工刀具，所述刀具具有多个使用线切割方法加工而成的刀齿，且每个刀齿具有相同的前后角；其中,前角                                                为-45°～-60°，后角为0°～+15°。

优选地，所述刀齿的数量等于微流道条数，刀齿的齿宽等于微流道宽度，所述刀齿的齿高比微流道深度大100~200μm，刀齿的齿间距为微流道脊宽。

优选地，所述微流道的宽度为100μm～400μm、深度为100μm～400μm。 

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

（1）在相同流道总面积下，本发明的微流道与常规微流道相比，微流道数目更多，气体传质路径更均匀，更有利于气体的均匀扩散、分布；因此，本发明的微流道双极板能在低温、低压的微型化应用场合下具有非常高的燃料和氧化剂传质效率。

(2)本发明的加工刀具与双极板的接触是面接触，在切削时，双极板整体受力均匀，能有效避免薄型双极板（厚度低于1mm）因弹性变形或受力不均等原因而引起加工缺陷，非常适合于薄型双极板的加工，从而提高燃料电池的功率密度。