[0001] 本发明涉及一种高温燃料电池领域，尤其涉及一种高温燃料电池的双极板及燃料电池电堆和双极板制造方法。

[0002] 高温燃料电池是一种关键的清洁能源技术，具有高效能和低排放的优势，适用于各种移动和固定能源应用。双极板作为其关键组件之一，直接影响燃料电池的功率密度、稳定性和寿命。

[0003] 目前的双极板流道设计存在几个主要问题：传统的平行流道结构在高温运行时易受热膨胀影响，导致材料的微小变形和尺寸扩展，导致气体的流动不均匀以及流动的阻力增大，进而影响电池的长期稳定性和性能。此外，现有流道设计无法有效地管理流体的分布，可能导致某些区域的过热或过冷，降低电池的能量转换效率。同时，现有的制造方法往往效率低下、成本较高，这些问题直接影响了燃料电池的电化学性能、可靠性以及寿命，从而限制了高温燃料电池技术的商业化应用。

[0021] 为了使本发明的目的、技术方案与优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0022] 本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

[0023] 本发明的高温燃料电池用高性能双极板，如图1，图2所示，双极板包括基体10和密封槽3。流道4呈细密回字形并均匀分布在双极板的基体10的表面，用于优化气体分布的均匀性和热管理效率，双极板的基体10表面设置有进气口1，出气口2以及密封槽3。流道4的排列形式为沿双极板的基体10表面的对称细密回字型结构，每组流道4的宽度为0.08毫米至1毫米，流道的间距也为0.08毫米至1毫米，优选0.4毫米。流道4的截面形状为矩形或梯形或V型或U型并且每组流道宽度、流道深度与相邻两流道间的距离相等。双极板的基体10上的密封槽3用于密封圈20的定位。密封圈20形状为T字型结构，如图3所示，凸起部分202与密封槽3配合，平面部分201用于双极板的密封，形成面密封结构。所述双极板的基体10采用耐高温的碳复合材料或金属合金材料制成，基体10的表面还具有导电涂层。所述导电涂层为金属涂层，所述金属为镍、钛、铂金或纯金。所述密封圈20的材料采用耐高温的氟橡胶。所述流道
4通过精密模具成型工艺或通过激光刻蚀或精密机械加工的方法形成。所述流道4用于不同类型的高温燃料电池，包括固体氧化物燃料电池和燃料电池电堆。

[0024] 本发明提供一种高温燃料电池电堆，如图4所示，包括至少一组双极板，并具有密封圈20。

[0025] 选择具有耐高温耐腐蚀性和高导电性的材料，如碳复合材料或金属合金作为双极板的基材10，根据高温燃料电池的工作环境，选择适当的涂层材料，以提高双极板的抗氧化性能，如碳化钛或镍图层或铂金涂层或纯金涂层；设计流道的几何形状采用对称回字形结构，使其能够在保持高导电性的同时，提供均匀的气体分布，能够有效降低气体流动的压降，同时与碳纸的接触面积大，接触电阻低，提高燃料电池的整体效率。

[0026] 本发明提供的一种高温燃料电池用高性能双极板的制造方法，所述方法包括以下步骤：步骤1、使用计算机辅助设计软件创建双极板流道的详细三维模型，在模型的基础上设计模具，选择高强度、高耐磨性和高热导性的模具材料，以确保模具的长期稳定性和精度，对模具通过粗加工、精加工后，对模具进行热处理以提高其硬度和耐磨性，再对模具表面进行抛光或涂层处理，以减少摩擦、提高表面光洁度并防止腐蚀，设计并制作符合双极板流道设计的模具，确保模具的尺寸和形状准确，制作出符合要求的双极板。

[0027] 步骤2、所述双极板还可通过激光刻蚀制作，选择适合的激光类型，设置适当的激光功率、扫描速度和脉冲频率，以确保流道的边缘光滑且尺寸精确，刻蚀完成后，进行表面处理去除残留物或进行抛光，以提高流道的性能；所述双极板还可通过精密机械加工，使用高精度的数控铣床或车床进行加工，选择适合的刀具材料和切削参数，以实现精细加工，按照设计图纸进行逐步加工，注意控制切削深度和速度，以减少误差和提高表面质量。确保流道的尺寸和形状与设计要求一致，制作出符合要求的双极板。

[0028] 步骤3、对加工后的双极板进行表面处理，首先对双极板进行彻底清洗，去除表面上的残留物和污染物，采用不同的喷涂或涂层技术，如电镀、化学镀，对处理后的表面进行精细打磨或抛光，以提高表面的光洁度，减少摩擦阻力，并确保更好的接触性能，以提高其耐磨性、耐腐蚀性和导电性能，以消除在后续的测试中因双极板的制造工艺问题带来的不良影响。

[0029] 高温燃料电池密封的设计，本发明提供的高温燃料电池密封的结构设计以及材料的选型，通过氟橡胶在高温环境下能够保持其弹性和密封性能，适用于高温燃料电池的工作温度范围，氟橡胶具有优异的耐化学腐蚀性能，能够抵抗燃料电池中常见的酸性和碱性介质的侵蚀，氟橡胶具有较低的气体渗透性，能够有效防止燃料气体和氧化剂的泄漏，提高燃料电池的效率，氟橡胶的耐老化性能优异，在高温和苛刻的工作环境下具有较长的使用寿命；另外密封结构选择面密封能够承受燃料电池工作过程中产生的压力变化，确保密封的稳定性和可靠性，面密封结构的设计和材料选择能够有效减少燃料电池内部的泄漏，提升燃料电池的整体性能和效率。

[0030] 高性能双极板流道应用于高温燃料电池的效果如下：将本发明的高性能回字形双极板流道应用于高温燃料电池中，测试结果表明，在图5的对比中将同一高温膜电极在本发明的高性能回字形双极板流道与传统流道的质子交换膜性能做了对比，发现本发明的高性能回字形双极板流道测试出的性能远远优于传统流道。

[0031] 通过上述实施方式的描述，可以清晰地了解高温燃料电池用高性能双极板流道及其制造方法的具体实现过程。该方法通过合理的材料选择、精确的流道设计和先进的制造工艺，以及采用合理的密封材料以及密封结构，显著提高了高温燃料电池的性能、稳定性和经济可行性，为了高温燃料电池技术的商业化应用提供可靠支持。

[0032] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。