[发明专利]一种梯度渐变定向输水和引流的燃料电池双极板及方法

权利要求书

1.一种梯度渐变定向输水和引流的燃料电池双极板，其特征在于，所述燃料电池双极板包括：双极板基板、流道、脊、毛细凹槽和亲水涂层；其中，所述双极板基板为平板；在双极板基板的前表面刻有流道，流道的上端为入口，下端为出口；相邻的流道之间形成脊；在脊的侧壁上刻有与脊垂直的凹槽，从而在流道的两侧形成与流道垂直的毛细凹槽，相邻的毛细凹槽之间的距离从入口至出口逐渐减小，毛细凹槽的密度呈梯度逐渐增大，毛细凹槽的深度与流道的深度一致；在脊的侧壁和流道的表面形成亲水涂层；当燃料电池工作时，反应气体发生电化学反应，电化学反应生成的水积累在扩散层中，燃料电池双极板的表面具有亲水性，将水吸入燃料电池双极板中，引入流道；同时垂直的毛细凹槽通过毛细力，进一步将水吸入流道，毛细凹槽通过毛细力增强燃料电池双极板的亲水性，并且毛细凹槽密度的梯度变大，亲水性梯度增强，对反应生成的水形成引流，增强排水性，最终积累在流道中的水会被通入的氧气顺着流道排出，形成定向引流并且定向排水，提高排水效率，最终提升燃料电池的性能和稳定性；所述毛细凹槽的宽度为0.1～0.3mm，长度为0.2～0.6mm；

相邻的毛细凹槽之间的间距最小不能小于0.1mm，最大不能超过3mm。

2.如权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述双极板基板采用石墨。

3.如权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述亲水涂层采用在双极板基板的表面镀上金属镀层，并除去脊的上表面的金属镀层，保留流道表面以及脊的侧壁的金属镀层；对金属镀层进行氧化处理，从而具有亲水性；金属镀层的材料采用铜、钛和铝中的一种。

4.一种如权利要求1所述的梯度渐变定向输水和引流的燃料电池双极板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

1)提供双极板基板，双极板基板为平板；

2)在双极板基板的前表面刻出流道，流道的上端为入口，下端为出口，相邻的流道之间形成脊；

3)将刻有流道的双极板基板的表面进行打磨处理，使得表面光滑，从而使得后续的电镀更均匀；

4)将脊的侧壁上刻出与脊垂直的凹槽，从而在流道的两侧形成与流道垂直的毛细凹槽，

相邻的毛细凹槽之间的距离从入口至出口逐渐减小，毛细凹槽的密度呈梯度逐渐增大，毛细凹槽的深度与流道的深度一致；

5)将刻有流道和毛细凹槽的双极板基板进行预处理，除去表面油脂并冲洗至中性，使得表面具有均匀的粗糙度；

6)在双极板基板的表面镀上金属镀层；

7)除去脊的上表面的金属镀层，保留流道表面以及脊的侧壁的金属镀层；

8)对金属镀层进行氧化处理，从而具有亲水性，形成亲水涂层；

9)当燃料电池工作时，反应气体发生电化学反应，电化学反应生成的水积累在扩散层中，燃料电池双极板的表面具有亲水性，将水吸入燃料电池双极板中，引入流道；同时垂直的毛细凹槽通过毛细力，进一步将水吸入流道，毛细凹槽通过毛细力增强燃料电池双极板的亲水性，并且毛细凹槽密度的梯度变大，亲水性梯度增强，对反应生成的水形成引流，增强排水性，最终积累在流道中的水会被通入的氧气顺着流道排出，形成定向引流并且定向排水，提高排水效率，最终提升燃料电池的性能和稳定性。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，流道的形状为多条周期性沿竖直方向平行排布，或者为蛇形；多条周期性沿竖直方向平行排布的流道，位于一侧边缘的流道的上端为入口，位于另一侧边缘的流道的下端为出口；蛇形的流道的上端为入口，下端为出口。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤3)中，打磨处理采用多次打磨，打磨的砂纸逐渐变细，先用粗砂纸打磨，再用较细砂纸打磨，最后用细砂纸打磨。

7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤5)中，对双极板基板进行预处理，使得金属镀层均匀地附着在表面，包括以下步骤：

a)在碱性溶液中超声震荡，除去表面油脂；

b)取出后清洗至中性；

c)在酸性溶液中超声震荡，使得表面具有均匀的粗糙度；

d)取出后清洗至中性。

8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤6)中，在双极板基板的表面镀上金属镀层，包括以下步骤：

a)对金属片进行预处理，表面打磨光亮，并除去表面的氧化物薄膜；

b)将金属片作为阳极，双极板基板作为阴极，均由铜丝均匀缠绕导出，方便电压的加入，

同时保证电流分布均匀，使铜电镀均匀；

c)放置在电镀液中，在30～45℃的温度、不搅拌或0～100r/min速度搅拌、2～3V恒定电压的条件下电镀，从而形成金属镀层。