[发明专利]一种用于质子交换膜的燃料电池双极板及滚压加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于质子交换膜的燃料电池技术领域，特别涉及一种用于质子交换膜的燃料电池双极板及滚压加工方法。

背景技术

燃料电池是一种具有洁净、无污染、噪声低、能量转化效率高等特点的能源装置。燃料电池的基本组成部分包括电极、MEA组件和双极板。双极板具有收集电流、疏导反应气体和分隔还原剂和氧化剂的作用。双极板的性能取决于材料特性、流场的设计和加工技术。双极板的研究是燃料电池中一个很重要的课题，因为双极板约占整个质子交换膜燃料电池总质量的70％-80％，成本约占总成本的40％-50％。当前用于制作微流道的加工方法主要包括有反应离子刻蚀、光刻、电铸及脱模技术（LIGA 技术）与微细切削加工技术等。

运用反应离子刻蚀技术加工双极板时，等离子体中反应离子在微流道中的传输过程会随着流道刻蚀深度的增加而越来越难接触到刻蚀表面；而刻蚀表面反应的生成物也越来越难以从微流道里出来；因此，蚀刻过程中一般会出现刻蚀滞后、刻蚀停止、开槽效应和侧壁弯曲等现象，而且目前用于反应离子刻蚀技术硅的刻蚀速率低，一般不大于22μm/min。

电铸及脱模技术（LIGA 技术）是利用同步辐射X光在聚甲基丙烯酸甲酯上进行深度光刻，然后对光刻形成的结构进行电铸，产生微型三维金属夹具，再通过将各种材料浇铸在金属夹具中而形成各种微结构。但同步辐射光源和X光掩模板价格昂贵，限制了其广泛应用。

微细切削加工技术目前主要包括微细车削和微细铣削加工两种方式。微细切削加工技术对刀具材料具有很高的要求：刀具应具有高温硬度高、耐磨、耐热、和高温强度好等的特性；同时，随着最小直径回转的微细化，要求回转刀具的抗弯强度、断裂韧性与刚性均应较高。

综上所述，蚀刻、化学腐蚀、机械加工等加工方法耗时长，成本高，工艺也比较复杂，难以大规模应用。

发明内容

本发明的发明目的是针对现有用于质子交换膜的燃料电池的技术不足，提供一种用于质子交换膜的燃料电池双极板及滚压加工方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种用于质子交换膜的燃料电池双极板滚压加工方法，是由三层不锈钢箔带通过激光镂刻和热滚压复合加工而成。

优选地，1）开卷机供料：由三台开卷机分别供应三层水平不锈钢箔带，开卷机供料速度需保持一致；每个开卷机供应的不锈钢箔带的厚度根据双极板的结构设计需求而定，外层不锈钢箔带厚度和热滚压工艺决定了双极板上最终形成的流场的流道的深度，三层不锈钢箔带的总厚度和热滚压工艺决定了最终形成的双极板的厚度；

2）不锈钢箔带初定位：三层不锈钢箔带分别通过三对定位滚子对进行初步定位，定位滚子对用于保证箔带材料的位置精度和平整性；

3）激光镂刻：上、下两层不锈钢箔带在经过激光镂刻台时，激光切割器会根据预先设定好的流道形状在不锈钢箔带材料上进行切割，进而制备出具有流道形状的镂空箔带，至此上下层箔带分别被命名为第一镂空层与第二镂空层，且流道完全贯穿镂空箔带；中间的一层不锈钢箔带不经过激光镂刻台，不需要被切割，被命名为中间层；

4）不锈钢箔带校正：经过步骤3）处理的三层不锈钢箔带一起通过校正滚子对，使两层镂空层箔带的流道关于中间层呈对称形态，此环节将实现第一镂空层与第二镂空层上流道结构的对正，尽量减少因材料位置错动而引起的最终成形的双极板两侧流道错位；

5）高温滚压：校正后的不锈钢箔带经过高温滚压滚子对，第一镂空层、第二镂空层和中间层接触面上出现固融状态，各层材料在接触界面上出现相互融合，进而使得三层箔带焊接成为一层两侧具有特定流道结构的带料；

6）剪切冲裁：带料被传送至剪切冲裁工位，根据双极板尺寸的设计要求，冲裁机带料进行剪切冲裁；经过剪切冲裁后，得到的具有特定流道结构的不锈钢薄板就是质子交换膜燃料电池双极板。

优选地，步骤1）中，不锈钢箔带的厚度为0.3-1.5mm。

优选地，步骤1）中，所述不锈钢箔带为316L不锈钢箔带。

优选地，步骤3）中，流道的深度为0.3-0.6mm，平均宽度为0.4-0.6mm。

优选地，步骤3）中，激光镂刻时，激光偏移竖直方向的角度为30°；以获得占空比为1：1的流场。

优选地，步骤3）中，第一镂空层、第二镂空层及中间层的厚度为0.4-1.5mm的不锈钢。

优选地，步骤5）中，所述高温的温度取值为1050°-1150°。

优选地，所述质子交换膜燃料电池双极板的流场形式为指叉形流场或平行流场。