一种燃料电池金属双极板流场制备方法与流程

本发明涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种燃料电池金属双极板流场制备方法。

背景技术：

1、质子交换膜燃料电池，简称pemfc，可以直接将氢气中吉布斯自由能转换为电能，是氢能应用的关键技术。双极板作为质子交换膜燃料电池中的关键部件，其有着分配燃料和氧化剂，收集电流、移出反应生产的水、传导热量、支撑膜电极等作用。流场是双极板上运输反应气体的通道，不合理的流场形状与结构直接影响电池反应效率。

2、随着电池双极板流道设计的不断优化,流道结构由普通的直通型、单蛇形、交指型发展成为变截面变路径、多蛇形、点状结构、网状结构、仿生型及螺旋形等复杂结构。激光增材制造技术的灵活性好,在双极板制备过程中具有适应各种流道结构加工的独特优势,因此成为双极板制造的技术方法之一。

3、在使用过程中,燃料电池双极板流道用来输送流体,流道间的间隔用来导电,成形时要求表面不能有凹坑、裂纹等表面缺陷，而现有技术中通过激光增材制备流场仍存在较多表面缺陷。

4、综上所述，经过申请人的海量检索，本领域至少存在双极板激光增材制备流场仍存在较多表面缺陷的问题，因此，需要开发或者改进一种燃料电池金属双极板流场制备方法。

技术实现思路

1、基于此，为了解决双极板激光增材制备流场仍存在较多表面缺陷的问题，本发明提供了一种燃料电池金属双极板流场制备方法，具体技术方案如下：

2、一种燃料电池金属双极板流场制备方法，包括以下步骤，

3、原料预处理：备料不锈钢板，并将不锈钢板进行清洗备用；

4、表面预覆盖；在不锈钢板表面根据设定的流道结构进行施加覆盖材料，得到覆盖材料；

5、流道激光熔覆成形；于不锈钢表面进行施加熔覆合金粉末，使熔覆合金粉末完全覆盖不锈钢表面，使用激光束将熔覆合金粉末熔覆在不锈钢板上，其中激光束根据设定的路径进行移动，其中激光束的移动路径设置于流道结构之间，得到表面熔覆面；

6、一次表面处理；将完成所述流道激光熔覆成形的不锈钢板进行倾倒表面的熔覆合金粉末，并使用乙醇进行清洗；

7、二次表面处理；将完成一次表面处理的不锈钢板浸泡于清洗液中，去除所形成的覆盖材料；

8、表面打磨；对完成二次表面处理的不锈钢板进行表面打磨处理，得到金属双极板流场。

9、进一步地，所述不锈钢板为316l不锈钢。

10、进一步地，所述流道结构为直通道流道。

11、进一步地，按重量份算，所述覆盖材料包括以下制备原料：正硅酸乙酯25份、乙醇55份、去离子水15份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷5份。

12、进一步地，所述覆盖材料施加的宽度为1mm-2mm。

13、进一步地，所述覆盖材料的施加总厚度为1mm-3mm。

14、进一步地，所述表面预覆盖中，施加过程中，不锈钢板的板材温度为60℃-70℃；施加覆盖材料完毕后进行烘干处理；所述烘干处理为80℃-100℃的条件下进行烘烤30min-35min。

15、进一步地，熔覆合金粉末的铺粉厚度为0.2mm-0.3mm。

16、进一步地，按重量份算，所述熔覆合金粉末由以下元素组成：cr17％-18％、ni13％-14％、mo2％-3％、mn0.2％、si0.8％、c<0.03％、p<0.03％、s<0.02％、o<0.3％、fe余量。

17、进一步地，所述流道的宽度为1mm-1.5mm。

18、上述技术方案中，通过原料预处理、表面预覆盖、流道激光熔覆成形、依次表面处理、二次表面处理、表面打磨的制备工艺得到金属双极板流场，通过不锈钢表面进行预覆盖覆盖材料，后续通过激光增材后进行清洗去除覆盖材料，该种成型方法简单可控，同时在不需要增材的位置预先通过覆盖材料进行遮蔽，保持不锈钢表面的平整度、光滑度，避免受到激光增材过程中余热的影响。

19、后续通过清洗去除覆盖材料，该种去除方法简单，易于实现；在覆盖材料的存在下进行增材，由于边缘的限位，便于制造边缘竖向趋于垂直的流道，使激光增材的流道边缘限制于覆盖材料的两侧，使流道的边缘宽度可控，提供流道边缘的规整度，后续对覆盖材料进行去除，使流道边缘平整，降低流道截面不规则形状的表面缺陷对双极板性能的影响，降低双极板流场表面的表面缺陷数量。

技术特征：

1.一种燃料电池金属双极板流场制备方法，其特征在于，包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板流场制备方法，其特征在于，所述不锈钢板为316l不锈钢。

3.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板流场制备方法，其特征在于，所述流道结构为直通道流道。

4.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板流场制备方法，其特征在于，按重量份算，所述覆盖材料包括以下制备原料：正硅酸乙酯25份、乙醇55份、去离子水15份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷5份。

5.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板流场制备方法，其特征在于，所述覆盖材料施加的宽度为1mm-2mm。

6.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板流场制备方法，其特征在于，所述覆盖材料的施加总厚度为1mm-3mm。

7.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板流场制备方法，其特征在于，所述表面预覆盖中，施加过程中，不锈钢板的板材温度为60℃-70℃；施加覆盖材料完毕后进行烘干处理；所述烘干处理为80℃-100℃的条件下进行烘烤30min-35min。

8.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板流场制备方法，其特征在于，熔覆合金粉末的铺粉厚度为0.2mm-0.3mm。

9.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板流场制备方法，其特征在于，按重量份算，所述熔覆合金粉末由以下元素组成：cr17％-18％、ni13％-14％、mo2％-3％、mn0.2％、si0.8％、c<0.03％、p<0.03％、s<0.02％、o<0.3％、fe余量。

10.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板流场制备方法，其特征在于，所述流道的宽度为1mm-1.5mm。

技术总结本发明公开了一种燃料电池金属双极板流场制备方法，涉及燃料电池领域，包括原料预处理、表面预覆盖、流道激光熔覆成形、依次表面处理、二次表面处理、表面打磨的制备工艺得到金属双极板流场，通过不锈钢表面进行预覆盖覆盖材料，后续通过激光增材后进行清洗去除覆盖材料，该种成型方法简单可控；后续通过清洗去除覆盖材料，该种去除方法简单，易于实现；在覆盖材料的存在下进行增材，由于边缘的限位，便于制造边缘竖向趋于垂直的流道，使激光增材的流道边缘限制于覆盖材料的两侧，使流道的边缘宽度可控，提供流道边缘的规整度，使流道边缘平整，降低流道截面不规则形状的表面缺陷对双极板性能的影响，降低双极板流场表面的表面缺陷数量。技术研发人员：冼焯斌,黄飞燕,何小兰受保护的技术使用者：冼焯斌技术研发日：技术公布日：2024/6/11