[發明專利]具有防滲漏和疏水性能的燃料電池流場板以及專用浸漬劑、浸漬方法和裝置

無效

• 申請號: 200910147748.3
• 申請日: 2009-06-19
• 公開（公告）號: CN101630746A
• 公開（公告）日: 2010-01-20
• 發明（設計）人: 齊志剛
• 申請（專利權）人: 武漢銀泰科技燃料電池有限公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，具體來說是燃料電池的石墨流場板。

背景技術

燃料電池是一種直接將化學能轉化成電能的發電裝置，該裝置發電時對環境友好，可以完全實現零排放、噪音低，且發電效率高、功率密度高、啟動快，應用廣泛?；谶@些優點，燃料電池越來越受到國內外政府能源部的大力支持。其中質子交換膜燃料電池的發展情況尤其受到各個領域的研究和應用。

質子交換膜燃料電池中的電堆由多個單片電池串聯而成，在每一個單電池單體中，均由兩塊氣體流場板和流場板中間的膜電極(MEA)組成。其中每一個單電池的陽極則與相鄰單電池的陰極緊貼在一起；或者是同一流場板的兩面都雕刻有氣體流過的流場，其中一面為陽極，另一面為陰極。

質子交換膜燃料電池中使用的燃料氣體為氫氣，由于氫氣分子直徑小，且氫氣又是在一定壓力下在流場板中流動，所以氫氣表現出很強的滲透能力，故選做流場板的材料應該是致密、氣體不易滲透的材料。質子交換膜燃料電池的流場板絕大多數以石墨碳板為原材經加工而成。由于受石墨碳板的生產燒結工藝條件影響，導致生產出的石墨碳板內部有許多孔徑在5-10μm的微孔，且空隙率高達18％-32％；而氫氣分子動力學直徑僅僅為0.289nm，所以石墨碳板內的孔徑對于氫氣來說就像一個巨大的通道，這樣會直接導致陽極使用的燃料氣體或者陰極使用的氧氣互串，造成燃料電池內部氫氣和氧氣的直接反應，輕者產生很大的熱量而將MEA燒壞，重者則導致燃燒。因此，燃料電池所采用的燒結出來的石墨流場板必須經過浸漬處理，用浸漬劑填充內部孔隙。

又因為質子交換膜燃料電池在工作的時候陰極有水生成，且有的燃料電池系統中使用的氣體可能經過加濕處理，導致流場板內有大量水的存在，如果水不能及時排出，則容易導致MEA的水淹，這種情況對燃料電池性能有很大的影響。因此對流場板表面疏水處理也顯得尤為重要。

目前的碳板浸漬處理工藝中，浸漬劑為煤焦油、瀝青、油、油脂、石蠟、無機鹽和有機試劑等，均能對材料內部孔隙起到很好的填充效果，能達到防止氣體串氣的功能。但對于燃料電池來說，由于這些浸漬劑的自身特性，浸漬后有的可能會釋放一定的有毒有氣體，有的甚至會有有機油脂物質滲出來，有的浸漬劑中還存在一些金屬離子，會對燃料電池的MEA性能產生非常大的影響。

PTFE(聚四氟乙烯)乳液成分比較簡單，加熱固化后形成一種性能優良的塑料樹脂，不會產生有毒氣體或有機油脂物，也不含金屬離子，目前多用作抗粘材料，例如不粘鍋的涂層。

發明內容

針對燃料電池的流場板存在的氣體滲透和防水問題，本發明的目的在于提供一種新型的燃料電池流場板，這種流場板兼具良好的防滲漏和疏水性能，且不存在有害物質。

本發明采用如下技術方案：一種具有防滲漏和疏水性能的燃料電池流場板，包括流場板基體，所述的流場板基體經過PTFE乳液浸漬。

本發明還提供了一種流場板專用浸漬劑，其特征在于所述浸漬劑為PTFE乳液。

所述浸漬用的PTFE乳液，可以采用質量百分含量為5～90的乳液，優選60％，含量太高滲透性能差，不利于浸漬時向流場板內部滲透，太低浸漬效果不好需要反復浸漬，增加浸漬處理時間的工作量。

另外，本發明還提供了一種流場板的浸漬處理方法：

(1)用丙酮等有機溶劑和水清洗雕刻有流道的流場板，清洗完后進行烘干處理；

(2)將已冷卻的流場板用PTFE乳液浸漬；

(3)將浸漬后的石墨流場板表面進行擦拭，將檫拭過的石墨流場板進行加熱處理，使PTFE塑化。

根據浸漬的情況，還可以至少重復一次上述步驟(2)和(3)的操作過程，以使浸漬均勻、充分。

所述的步驟(1)中的烘干過程，可以在烘箱中進行，在50～200℃條件下保溫。

為了提高浸漬過程中浸漬劑向流場板滲透的速率以及流場板內外浸漬的均勻性，比較理想的是采用真空浸漬，即在真空狀態下浸漬，以減少孔隙內空氣阻力，具體可以采用如下過程進行操作：①將已冷卻的流場板放入浸漬罐內，將浸漬罐抽真空到0.001～0.05MPa；②將PTFE乳液通過浸漬管上的進料閥門和管道向浸漬罐內進料，直到PTFE乳液高出流場板，關閉進料閥門，繼續抽真空，使儲料罐內保持真空狀一定時間。

為提高浸漬效果，還可以進一步地包括一個加壓過程③，即在步驟②完成后，啟動空氣壓縮機，向浸漬罐內加壓，以促進浸漬劑的滲透。采用抽真空與加壓兩步方式，可以提高浸漬效率和質量。