聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆及其製造方法

2023-10-23 07:49:12 1

聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆及其製造方法
【專利摘要】本發明涉及金屬雙極板燃料電池輕型電堆【技術領域】的聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆及其製造方法。聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆包括括金屬雙極板、膜電極以及燃料氣體進氣分配管、燃料氣體出氣分配管、頂部端板和底部端板。膜電極和金屬雙極板依次穿插疊壓，燃料氣體進氣分配管和燃料氣體出氣分配管將膜電極與金屬雙極板串接在一起，燃料氣體分配採用分配管供應，使得金屬雙極板僅一側具有氧化劑流場，無需在金屬雙極板上構建共用管道，氣體分布均勻、氣密性好，金屬雙極板加工工藝十分簡單，成本低。
【專利說明】聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆及其製造方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於金屬雙極板燃料電池輕型電堆【技術領域】，特別涉及聚合物電解質膜燃 料電池輕型電堆及其製造方法。

【背景技術】
[0002] 聚合物電解質膜燃料電池採用聚合物膜作為電解質，目前普遍採用的膜為全氟磺 酸膜，氟碳主鏈上帶有磺酸基團取代的支鏈。與其他液體電解質燃料電池相比，聚合物電解 質膜燃料電池採用固體聚合物作為電解質，避免了液態電解質的操作複雜性，又可大大地 減小電解質厚度，從而提高電池的能量密度。
[0003] 聚合物電解質膜燃料電池的核心部件稱作膜電極組件，包括質子交換膜、陰/陽 極催化層、陰/陽極氣體擴散層的薄層構成。廣泛使用的聚合物電解質膜如美國杜邦公司 的Nafion膜，道爾公司的Dow膜、日本東海化學工業株式會社的Aciplex-S膜、加拿大巴拉 德先進材料公司的BAM膜等。氣體擴散層通常為石墨碳紙或碳纖維編織布，再經過PTFE憎 水處理。氣體擴散層上需要附著一層活性PTFE/碳層，促進多相傳質和催化層的良好支撐 作用。膜電極製作工藝主要有兩種類型：1)將催化劑採用絲網印刷、塗覆、噴塗、流延等方 法製備到氣體擴散層表面上，燒結後用離子交換樹脂溶液浸漬，乾燥後構成電極，然後在在 兩層電極之間放入質子交換膜熱壓成形（即熱壓法）。該製備工藝簡單，但催化層與聚合物 電解質膜結合較差，而且催化劑顆粒有可能進入到氣體擴散層孔隙中，降低膜電極中催化 劑利用率，目前這種膜電極製備方法已經逐漸被淘汰。2)採用轉印法或直接噴塗法把催化 劑製備到聚合物電解質膜上。與熱壓膜電極製備路線相比，該工藝方法較為複雜，但催化層 與聚合物電解質膜結合較好，不易發生剝離，催化劑有較高的利用率，膜電極耐久性較好， 目前在燃料電池膜電極製備工藝中普遍採用。另外，目前正在開發低成本、高性能和長壽命 的新一代膜電極。膜電極組件的厚度一般為數百微米。各個MEA之間加上密封圈和雙極板 構成電池堆。燃料電池電堆一般由η片膜電極和n+1片雙極板交替疊壓密封而成。在電堆 中，雙極板用來分隔和分布單體間的反應氣體，也起到水管理、導熱、集流體和機械支撐的 重要作用。雙極板包括石墨雙極板、複合雙極板和金屬雙極板。其中，金屬雙極板相較於石 墨和複合雙極板具有電子導電率高、良好熱傳導、高機械性能、高化學穩定性、合金組分選 擇度廣泛、非常便於大規模衝壓成型高效生產等特點，是近年來的研究熱點。當涉及燃料電 池電堆時，從燃料電池高比功率和大規模生產的需求方面考慮，金屬雙極板相較於石墨及 複合雙極板具有明顯的優勢。尤其是在交通應用中，金屬雙極板已成為主流。金屬雙極板 非常適合減小厚度、批量生產，有利於提高了燃料電池的體積功率密度，同時也降低了製造 成本。金屬雙極板面臨的主要挑戰是接觸電阻和腐蝕。目前，不鏽鋼、Ni基合金、Ti基合金 和A1基合金雙極板被廣泛研究，內容包括合金雙極板和表面修飾的合金雙極板。在合金雙 極板研究方面，310, 904L，349?，446和2205合金被認為是可應用於聚合物電解質膜燃料電 池的合金金屬雙極板。現有的金屬雙極板一般採用金屬薄板衝壓成型、焊接、表面塗層處理 等工序製備而成，在金屬雙極板兩側和夾層之間均有流場。流場一般包括空氣流場、氫氣流 場和冷卻介質流場。
[0004] 中國專利CN200410082920. 0公開一種衝壓金屬雙極板結構及燃料電池電堆製備 方法，雙極板正反面分別對稱設置有燃料氣體通道、氧化劑氣體通道、冷卻介質通道以及雙 極板流場區。在雙極板流場區中設有氣體流場溝槽和用於收集電流的流場凸臺，流場溝槽 和流場凸臺交錯排布，衝壓雙極板的正反面均帶有放密封元件的密封槽，密封槽設置於燃 料氣體通道、氧化劑氣體通道、冷卻介質通道之間；中國發明專利CN200710011002公開了 一種金屬雙極板，包括一個金屬陽極單極板，一個金屬陰極單極板，陽極單極板和陰極單極 板上分別設置有氧化劑、還原劑及冷卻介質的公用通道，在陽極單極板與陰極單極板之間 設置有水框，水框內填充有作為排熱水流場的拉伸金屬網，所述氧化劑公用通道、還原劑公 用通道、冷卻介質公用通道及陽極單極板和陰極單極板的邊沿均向外翻折有筒狀的突起； 中國發明專利CN200710043435. 4公開了一種質子交換膜燃料電池電堆的製造方法，主要 步驟為：1)常溫下，加熱溫度，將平面MEA熱壓成波狀；2)採用微細衝壓工藝將平面超薄金 屬極板衝孔，再將帶孔的極板衝壓成與波狀MEA相匹配的波浪型，得到單極板；3)採用雷射 焊接技術將一對單極板焊接成雙極板；4)採用循環伏安法在金屬表面電鍍一層導電聚合 物聚苯胺；中國發明專利CN201010288866. 9公布了金屬雙極板及其構成的單池和電堆，所 述的金屬雙極板為帶有一定曲率的非平面弧形板，由金屬薄板製成的陰極單極板和陽極單 極板相對結合構成。兩板的陰、陽極腔、冷卻介質腔和流場區溝槽和凸臺凸凹形狀相互對 應，分別組成燃料氣體通道、氧化劑氣體通道、冷卻介質通道。將膜電極、單個雙極板組合起 來就可組成燃料電池單池，將多個單池疊加連接起來即可組成電堆。
[0005] 上述專利以金屬雙極板構建的燃料電池電堆均存在以下問題：1.金屬雙極板均 具有燃料流場、氧化劑流場和冷卻流場組成的多層流場，金屬雙極板加工工藝複雜，成本 高；2.在雙極板上由流道構成的流場存在脊和流槽，反應氣體無法在整個活性面積上均勻 分布，造成燃料電池性能低、壽命短；3.具有三層流場的金屬雙極板厚度大，造成電堆的體 積功率密度下降；4.電堆正常運行需要水熱管理子系統，發電系統複雜，並造成電堆發電 系統的比功率較低，一般系統發電比功率低於500W/kg。


【發明內容】

[0006] 本發明的目的在於，提出一種聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆，所述聚合物電 解質膜燃料電池輕型電堆包括金屬雙極板、膜電極、燃料氣體進出分配管、頂部端板和底部 端板，其特徵在於，
[0007] 所述金屬雙極板由一片金屬波紋板和一片金屬平板焊接或粘結構成，並在金屬雙 極板兩端開孔，所述膜電極為在一層聚合物電解質膜的兩側依次分布催化層和氣體擴散 層，其兩端開有與金屬雙極板兩端位置、大小相同孔，膜電極與金屬平板接觸側為膜電極的 陽極，與金屬波紋板接觸側為膜電極陰極；所述頂部端板和底部端板兩端也有與金屬雙極 板兩端位置、大小相同孔；兩根尺寸相同的燃料氣體進出分配管垂直插入底部端板兩端的 孔內固定，一片金屬雙極板兩端的孔套在兩根燃料氣體進出分配管上，使金屬平板側向上， 再將一片膜電極兩端的孔套在兩根燃料氣體進出分配管上，使膜電極陽極側向下，疊壓在 金屬雙極板的平板上；然後再將一片金屬雙極板兩端的孔套在兩根燃料氣體進出分配管 上，使金屬平板側向上，波紋板面向下與膜電極的陰極接觸；按照此順序，將N片膜電極和 N+1片金屬雙極板疊壓，最後套上頂部端板，組裝成電堆；將膜電極、燃料氣體進氣分配管、 燃料氣體出氣分配管、金屬平板的接觸邊緣密封。
[0008] 所述膜電極與金屬平板接觸側為膜電極的陽極，與金屬波紋板接觸側為膜電極陰 極。
[0009] 所述燃料氣體進出分配管包括燃料氣體進氣分配管和燃料氣體出氣分配管，在膜 電極陽極與燃料氣體進出分配管接觸部位開燃料氣體分配孔。
[0010] 所述金屬平板為陽極板，金屬波紋板為陰極板併兼冷卻板，板材厚度為〇. 03-0. 3 毫米。
[0011] 所述膜電極的氣體擴散層為多孔介質。
[0012] 所述聚合物電解質膜為薄增強型離子交換膜，膜厚度在5?50微米範圍內，實現 自增溼發電。
[0013] 所述金屬雙極板採用表面處理方式進行良導電和耐腐塗層處理，包括化學鍍、電 鍍和PVD、離子注入和表面改性處理技術；其中表面改性處理技術是將金屬雙極板表面塗 覆貴金屬層、氮化鈦和碳化鈦層、鎳銅磷層、CN層。
[0014] 所述將膜電極、燃料氣體進氣分配管、燃料氣體出氣分配管、金屬平板的接觸邊緣 密封為點膠密封，形成電化學反應的密閉的陽極腔體；電堆中所有這樣的陽極腔體構成聚 合物電解質膜燃料電池輕型電堆的陽極，為密封腔體，其餘部分均不密封。
[0015] 所述聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆的製造方法，其特徵在於，具體製備步驟 如下：
[0016] 1.利用燃料氣體進出分配管串接定位金屬雙極板和膜電極，固定電堆結構；
[0017] 2.將膜電極陽極側面疊壓在金屬雙極板平板面上，在膜電極陽極與燃料氣體進出 分配管接觸部位開孔供燃料氣體進出到陽極腔體參與電化學反應；
[0018] 3.採用點膠密封膜電極燃料氣體進出分配管、金屬雙極板平板之間的接觸邊緣， 形成電化學反應的密閉的陽極腔體；
[0019] 4.將金屬雙極板的金屬波紋板側疊壓在膜電極陰極側面，形成電化學反應的與大 氣貫通開放的陰極腔體；
[0020] 5.依次重複步驟2、步驟3、步驟4、步驟2,形成多層膜電極與金屬雙極板交替疊 壓、陽極密封、陰極開放的輕型電堆。
[0021] 本發明的有益效果是金屬雙極板僅一側具有氧化劑流場，使得金屬雙極板加工工 藝十分簡單，成本低，且具有一層流場的金屬雙極板厚度大大減小，使電堆的體積功率密度 下降；在金屬雙極板的陽極側為平面結構，無流道構成的流場；膜電極採用多孔氣體擴散 層進行燃料分布，使得反應氣體均勻分布，燃料電池性能高、壽命長；電堆正常運行無需水 熱管理子系統，發電系統十分簡單，使得電堆發電系統的比功率很高，一般整個發電系統比 功率可高達800W/kg ;燃料氣體分配採用分配管供應，無需在金屬雙極板上構建共用管道， 氣體分布均勻、氣密性好；無須加工密封件，點膠密封大大地提高了電堆的可靠性和批量生 產效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明提供的金屬雙極板結構示意圖。
[0023] 圖2為本發明提供的聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆結構示意圖，
[0024] 其中1-金屬平板；2-金屬波紋板；3-雙極板；4-聚合物電解；5-催化層；6-氣 體擴散層；7-膜電極；8-點膠密封；9-燃料氣體進氣分配管；10-燃料氣體出氣分配管； 11-燃料氣體分配孔；12-頂部端板；13-底部端板；14-燃料氣體進出氣分配管。

【具體實施方式】
[0025] 本發明提供一種聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆及其製造方法，
[0026] 其中聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆的金屬雙極板3採用一片金屬波紋板2和 一片金屬平板1焊接或粘結構成金屬雙極板3,在金屬波紋板2和金屬平板1上均無衝壓流 場，僅依靠波紋板2的隆起構成陰極空氣的流道，同時通過空氣對流兼顧散熱目的。在金屬 平板1側利用燃料氣體高擴散係數特性，通過多孔介質實現燃料氣體的均勻分布，無須衝 壓流道分布燃料氣體。在該金屬雙極板3中無單獨冷卻介質流道，在金屬波紋板2側，利用 金屬波紋板2隆起的空氣流道之間的中空結構強制對流空氣實現高效散熱。為提高燃料電 池的輸出功率，可將N片膜電極通過上述N+1片金屬雙極板3連接組裝成電堆，提高輸出電 壓。下面結合結構示意圖和具體實施例子對本發明做進一步說明，但本發明並不限於以下 實施例。
[0027] 參閱圖1，對本發明聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆及其製造方法進一步詳細 說明。金屬雙極板3的結構示意圖如圖1所示，採用一片金屬平板1與金屬波紋板2焊接 或粘接的方式構成金屬雙極板3,金屬平板1為陽極板，金屬波紋板2為陰極板併兼冷卻板。 金屬板材料與現有技術相同，可以採用不鏽鋼、鈦材和鈦合金、鋁材和鋁合金薄板。板材厚 度在控制在0. 03?0. 3毫米範圍內。金屬平板1的板材與金屬波紋板2的板材可相同或 不同，金屬波紋板2可採用金屬平板1製備而成，波紋相間的凹凸寬度可以等寬，也可以不 等寬。波紋的凹凸結構與膜電極疊合形成的流道短，有利於促進反應空氣和冷卻空氣快速 通過，減少傳質阻力並提高冷卻效果。此外，為減少金屬雙極板3與膜電極7之間的接觸電 阻和提高燃料電池環境下的耐腐蝕性能，金屬平板1與金屬波紋板2可以採用表面處理方 式進行良導電和耐腐塗層處理包括化學鍍、電鍍和PVD、離子注入和表面改性處理技術；其 中表面改性處理技術是將金屬雙極板表面塗覆貴金屬層、氮化鈦和碳化鈦層、鎳銅磷層、CN 層。
[0028] 參照圖2,本發明聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆由金屬雙極板3、膜電極7以 及燃料氣體進出分配管14、頂部端板12和底部端板13構成。其中，膜電極7由一層聚合物 電解質膜4,以及分布在其兩側的兩層催化層5和兩層氣體擴散層6構成。聚合物電解質膜 4為薄增強型離子交換膜，膜厚度在5?50微米範圍內，控制膜厚度有利於降低燃料電池內 阻，同時由於陰極Faraday水更快速的反向滲透，膜的水化作用也提高了，從而能使得燃料 電池無須外部加溼反應氣體就能實現自增溼發電。兩層催化5包括陰極催化層和陽極催化 層，主要由催化劑和離子交換樹脂溶液製備而成，目前，納米Pt、Pt合金載體型催化劑是最 常採用的催化劑。兩層氣體擴散層6包括陰極氣體擴散層和陽極氣體擴散層，主要由多孔 碳纖維基底和微孔層構成，其中多孔碳纖維基底如碳紙或碳布，厚度為200?400 μ m，微孔 層採用聚四氟乙烯和碳黑製備而成，厚度在100 μ m以內，主要起促進催化層與氣體擴散層 的高效傳質，避免發生電極水淹的作用。在本發明中，燃料氣體進氣分配管9和燃料氣體出 氣分配管10在電堆內部，將上述膜電極7與金屬雙極板3串接在一起，並通過點膠密封8 形成一體化輕型電堆。燃料氣體進氣分配管9和燃料氣體出氣分配管10與膜電極7和金 屬雙極板3的串接包括結構的串接和燃料氣體的串接，燃料氣體進氣分配管9和燃料氣體 出氣分配管10上依次固定有膜電極7和金屬雙極板3,膜電極7電化學反應所需燃料氣體 由燃料氣體進氣分配管9通過燃料氣體分配孔11供應燃料，膜電極7電化學反應所需空氣 由與大氣貫通的波紋通道供給，電化學反應產生的陽極尾氣由燃料氣體分配孔11經燃料 氣體出氣分配管10排出。本發明輕型電堆的陽極為密封腔體，其餘部分均無須密封。陽極 密封主要通過點膠密封將膜電極7陽極側與燃料氣體進氣分配管9和燃料氣體出氣分配管 10、金屬雙極板3的金屬平板1側邊緣接觸處進行點膠密封，形成陽極密封腔體。為提高燃 料電池的輸出功率，可將N片膜電極通過上述N+1片金屬雙極板連接組裝成電堆，提高輸出 電壓。
[0029] 參照圖2,本發明輕型電堆的發電原理依聚合物電解質的類型不同可分為兩種原 理，當聚合物電解質膜4為陽離子交換膜時：燃料氣體通過燃料氣體進氣分配管9和燃料氣 體出氣分配管10進入膜電極與金屬雙極板3的金屬平板1之間的陽極側，空氣通過金屬雙 極板3的金屬波紋板2通道到達膜電極陰極側，在陽極側，燃料氣在陽極催化劑表面上解離 為水合質子和電子，水合質子通過陽離子交換膜傳遞到達陰極，而電子則通過外電路流過 負載到達陰極。在陰極的催化劑表面，氧分子結合從陽極傳遞過來的水合質子和電子，生成 水分子；當聚合物電解質膜4為陰離子交換膜時：燃料氣體通過燃料氣體進氣分配管9和 燃料氣體出氣分配管10進入膜電極7與金屬雙極板3平板1之間的陽極側，空氣通過雙極 板波紋板2通道到達膜電極陰極側，在陽極側，燃料氣在陽極催化劑表面上解離為水合質 子和電子，電子通過外電路流過負載到達陰極與氧分子生成氫氧根，氫氧根通過陰離子交 換膜傳遞到達陽極，在陽極的催化劑表面，氫氧根與水合質子生成水分子。
[0030] 實施例1
[0031] 採用0. 03mm厚鈦材薄板，衝壓成鈦材波紋板。將上述一片鈦材波紋板與一片鈦材 薄板焊接在一起。通過PVD法進行表面鍍TiN處理，形成燃料電池金屬雙極板。採用兩根 聚四氟管作為燃料氣體進出分配管，先將兩根聚四氟管垂直固定，將一片上述金屬雙極板 兩端打孔後串接在兩根聚四氟管上，並使波紋面向下。然後將膜電極在兩端相應位置打孔 後疊壓在金屬雙極板平板面上，在膜電極陽極與燃料氣體進出分配管接觸部位開孔供燃料 氣體進出到陽極腔體參與電化學反應。採用點膠技術將膜電極與燃料氣體進出分配管、金 屬雙極板平板之間的接觸邊緣點膠密封，形成電化學反應的密閉的陽極腔體。同樣，將金屬 雙極板打孔後使波紋板側疊壓在膜電極陰極側面，形成電化學反應的與大氣貫通開放的陰 極腔體。重複上述步驟形成多層膜電極與金屬雙極板交替疊壓、陽極密封、陰極開放的輕型 電堆。
[0032] 採用氫氣作為燃料，空氣作為氧化劑，在空冷自增溼發電的方式下，該輕型電堆的 比功率可達到900W/kg以上。
[0033] 實施例2
[0034] 採用0. 3mm厚316L不鏽鋼薄板，衝壓成波紋板。將上述一片不鏽鋼波紋板與一片 鈦材薄板焊接在一起。通過化學鍍法進行表面鍍貴金屬處理，形成燃料電池金屬雙極板。 採用兩根表面絕緣處理的鋁管作為燃料氣體進出分配管，先將兩根鋁管垂直固定，將一片 上述金屬雙極板兩端打孔後串接在兩根鋁管上，並使波紋面向下。然後將膜電極在兩端相 應位置打孔後疊壓在金屬雙極板平板面上，在膜電極陽極與燃料氣體進出分配管接觸部位 開孔供燃料氣體進出到陽極腔體參與電化學反應。採用點膠技術將膜電極與燃料氣體進出 分配管、金屬雙極板平板之間的接觸邊緣點膠密封，形成電化學反應的密閉的陽極腔體。同 樣，將金屬雙極板打孔後使波紋板側疊壓在膜電極陰極側面，形成電化學反應的與大氣貫 通開放的陰極腔體。重複上述步驟形成多層膜電極與金屬雙極板交替疊壓、陽極密封、陰極 開放的輕型電堆。
[0035] 採用氫氣作為燃料，空氣作為氧化劑，在空冷自增溼發電的方式下，該輕型電堆的 比功率可達到800W/kg以上。
[0036] 實施例3
[0037] 採用0. 1mm厚316L鋁合金薄板，衝壓成波紋板。將上述一片鋁合金波紋板與一片 鋁合金薄板粘接在一起。通過離子注入法進行表面CN處理，形成燃料電池金屬雙極板。採 用兩根表面絕緣處理的鈦管作為燃料氣體進出分配管，先將兩根鈦管垂直固定，將一片上 述金屬雙極板兩端打孔後串接在兩根鈦管上，並使波紋面向下。然後將膜電極在兩端相應 位置打孔後疊壓在金屬雙極板平板面上，在膜電極陽極與燃料氣體進出分配管接觸部位開 孔供燃料氣體進出到陽極腔體參與電化學反應。採用點膠技術將膜電極與燃料氣體進出分 配管、金屬雙極板平板之間的接觸邊緣點膠密封，形成電化學反應的密閉的陽極腔體。同 樣，將金屬雙極板打孔後使波紋板側疊壓在膜電極陰極側面，形成電化學反應的與大氣貫 通開放的陰極腔體。重複上述步驟形成多層膜電極與金屬雙極板交替疊壓、陽極密封、陰極 開放的輕型電堆。
[0038] 採用氫氣作為燃料，空氣作為氧化劑，在空冷自增溼發電的方式下，該輕型電堆的 比功率可達到850W/kg以上。
【權利要求】
1. 一種聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆，所述聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆包 括金屬雙極板、膜電極、燃料氣體進出分配管、頂部端板和底部端板，其特徵在於， 所述金屬雙極板由一片金屬波紋板和一片金屬平板焊接或粘結構成，並在金屬雙極板 兩端開孔，所述膜電極為在一層聚合物電解質膜的兩側依次分布催化層和氣體擴散層，其 兩端開有與金屬雙極板兩端位置、大小相同孔，膜電極與金屬平板接觸側為膜電極的陽極， 與金屬波紋板接觸側為膜電極陰極；所述頂部端板和底部端板兩端也有與金屬雙極板兩端 位置、大小相同孔；兩根尺寸相同的燃料氣體進出分配管垂直插入底部端板兩端的孔內固 定，一片金屬雙極板兩端的孔套在兩根燃料氣體進出分配管上，使金屬平板側向上，再將一 片膜電極兩端的孔套在兩根燃料氣體進出分配管上，使膜電極陽極側向下，疊壓在金屬雙 極板的平板上；然後再將一片金屬雙極板兩端的孔套在兩根燃料氣體進出分配管上，使金 屬平板側向上，波紋板面向下與膜電極的陰極接觸；按照此順序，將N片膜電極和N+1片金 屬雙極板疊壓，最後套上頂部端板，組裝成電堆；將膜電極、燃料氣體進氣分配管、燃料氣體 出氣分配管、金屬平板的接觸邊緣密封； 所述燃料氣體進出分配管包括燃料氣體進氣分配管和燃料氣體出氣分配管，在膜電極 陽極與燃料氣體進出分配管接觸部位開燃料氣體分配孔。
2. 根據權利要求1所述一種聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆，其特徵在於，所述金 屬平板為陽極板，金屬波紋板為陰極板併兼冷卻板，板材厚度為〇. 03-0. 3毫米。
3. 根據權利要求1所述一種聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆，其特徵在於，所述膜 電極的氣體擴散層為多孔介質。
4. 根據權利要求1所述一種聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆，其特徵在於，所述聚 合物電解質膜為薄增強型離子交換膜，膜厚度在5?50微米範圍內，實現自增溼發電。
5. 根據權利要求1所述一種聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆，其特徵在於，所述金 屬雙極板採用表面處理方式進行良導電和耐腐塗層處理，包括化學鍍、電鍍和PVD、離子注 入和表面改性處理技術；其中表面改性處理技術是將金屬雙極板表面塗覆貴金屬層、氮化 鈦和碳化鈦層、鎳銅磷層、CN層。
6. 根據權利要求1所述一種聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆，其特徵在於，所述將 膜電極、燃料氣體進氣分配管、燃料氣體出氣分配管、金屬平板的接觸邊緣密封為點膠密 封，形成電化學反應的密閉的陽極腔體；電堆中所有這樣的陽極腔體構成聚合物電解質膜 燃料電池輕型電堆的陽極，為密封腔體，其餘部分均不密封。
7. -種聚合物電解質膜燃料電池輕型電堆的製造方法，其特徵在於，具體製備步驟如 下：
701. 利用燃料氣體進出分配管串接定位金屬雙極板和膜電極，固定電堆結構；
702. 將膜電極陽極側面疊壓在金屬雙極板平板面上，在膜電極陽極與燃料氣體進出分 配管接觸部位開孔供燃料氣體進出到陽極腔體參與電化學反應；
703. 採用點膠密封膜電極、燃料氣體進出分配管、金屬雙極板的金屬平板之間的接觸 邊緣，形成電化學反應的密閉的陽極腔體；
704. 將金屬雙極板波紋板側疊壓在膜電極陰極側面，形成電化學反應的與大氣貫通開 放的陰極腔體；
705. 依次重複步驟702、步驟703、步驟704、步驟702,形成多層膜電極與金屬雙極板交 替疊壓、陽極密封、陰極開放的輕型電堆。
【文檔編號】H01M8/02GK104157895SQ201410370325
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月30日 優先權日:2014年7月30日
【發明者】王誠, 孫連國, 毛宗強 申請人:清華大學