燃料电池电堆工作原理及单元结构特点及结构结构

燃料电池电堆通常是多个燃料电池单元串联堆叠而成的组合，燃料电池单元主要由双极板和膜电极两个核心部件串联堆叠而成。 燃料电池的工作原理和单元结构如下：

燃料电池堆的工作原理

燃料电池双极板的功能及结构特点

双极板的成本约占电堆的20-40%。 燃料电池堆中双极板的主要功能是分配反应气体、导电和导热以及支撑膜电极。 它们是燃料电池的骨架和基础。

通常，双极板由入口和出口、流场分布区和流场反应区组成。 其中，入口和出口将氢气、氧气/空气和冷却剂引入双极板，为电化学反应提供工作流体，并通过冷却剂调节反应温度； 分布区主要将氢气、氧气/空气和冷却剂均匀分布到流场反应区的流道中，为电化学反应的一致性提供保证； 流场反应区与膜电极均匀接触，供给氢气、氧气/空气。 它带走反应产物并传导电子和反应热，这需要很高的结构一致性。 典型的双极板结构图如下：

典型燃料电池双极板结构

双极板具有很高的性能要求。 从性能角度看，要求双极板材料是电和热的良导体，具有良好的强度和气密性，要求双极板能够在高酸性、强电位、高湿热环境下稳定工作燃料电池的工作环境。

从可加工性和经济性的角度来看，双极板必须易于加工，并且需要较低的材料和制造成本。 目前，汽车燃料电池堆通常需要300-500块双极板组装成一个堆。 不同材料制成的双极板的特性以及具有代表性的电堆制造公司如下表所示。

金属双极板工艺流程图

金属双极板产品的生产流程主要包括冲压阶段、焊接阶段、涂装阶段和封接阶段。 主要流程如下：

具体生产流程为：

主要生产步骤概述如下：

单极板冲压：通过冲压模具在金属板卷上制备流场、三腔口和辅助结构。

修边：用冲模切除型腔处的飞边和多余材料。

双极板焊接：采用高速激光焊接系统将两块单极板焊接在一起形成双极板。 该工艺主要是利用激光将焊接件熔化以实现连接。

双极板清洗：用纯水对金属双极板表面进行超声波清洗，去除金属双极板表面的杂质，提高表面清洁度，为涂层沉积工艺做好准备。

双极板镀膜：在真空镀膜系统中，采用磁控溅射方法在双极板表面制备导电耐腐蚀涂层。

双极板封装：采用自动化包装设备，在双极板表面预制粘胶层，放置密封组件并定位，通过粘胶层将双极板与密封组件连接。

电阻检测：通过接触电阻检测设备检测双极板的导电性能。

气密性检测：密封完成后，使用气密性检测设备对双极板氢气室、氧气/空气室、冷却剂室进行泄漏检测，检查气密性状态。

出货：进行外观检验，完成工厂报告，准备出货。