[發(fā)明專利]一種用于燃料電池雙極板的不銹鋼纖維氈及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110165337.4
• 申請日: 2011-06-20
• 公開（公告）號: CN102290582A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬珍平;劉彬
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/86
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及不銹鋼纖維氈，特別是涉及一種用于燃料電池雙極板的不銹鋼纖維氈及其制造方法。

背景技術(shù)

隨著社會的進步，人類面臨的能源危機、環(huán)境污染問題日益嚴重，這些問題已成為制約全球經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵。開發(fā)使用可再生、清潔環(huán)保的新能源是未來社會發(fā)展的必然趨勢。燃料電池技術(shù)應(yīng)運而生，燃料電池是一種可以高效地將燃料和氧化劑通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。具有能量密度高，常溫啟動快，對環(huán)境無污染、無噪聲等優(yōu)點。

雙極板是燃料電池的關(guān)鍵組件之一，它具有分隔氧化劑和還原劑、收集電流、流體分布、支撐電極等功能。目前在燃料電池中廣泛應(yīng)用的雙極板主要有石墨(包括純石墨板和石墨與聚合物復(fù)合板)雙極板、金屬雙極板、金屬與石墨復(fù)合雙極板和聚合樹脂與石墨摻雜注塑成型的雙極板等。傳統(tǒng)的流場結(jié)構(gòu)一般為：點狀、網(wǎng)狀、平行溝槽、蛇形、交指狀和肺形分支狀等。

然而采用傳統(tǒng)機械加工方法制造的具有微通道結(jié)構(gòu)的雙極板，不僅存在著加工工藝復(fù)雜、成本高、質(zhì)量大、比表面積低及導(dǎo)熱性能差等缺點，還需進行表面憎水處理，嚴重影響著燃料電池的性能和燃料電池的商業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種用于燃料電池雙極板的不銹鋼纖維氈及其制造方法，其加工工藝簡單、成本低廉、質(zhì)量小、孔隙率高、比表面積大、傳熱傳質(zhì)性能良好且表面憎水性的用于燃料電池雙極板的不銹鋼纖維氈。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種用于燃料電池雙極板的不銹鋼纖維氈及其制造方法，包括如下步驟和工藝條件：

(1)對不銹鋼圓棒工件表面進行清洗除油，并選用機械加工方法去除表面氧化層；

(2)利用大刃傾角多齒刀具，在普通車床上切削出不同加工參數(shù)的不銹鋼纖維；

(3)采用剪切設(shè)備將不銹鋼纖維剪成一定長度的短纖維，并對不銹鋼纖維進行預(yù)處理。先將其放入堿性溶液中用超聲波清洗，洗去表面油污，再取出用清水沖洗，最后將不銹鋼纖維放入酸性溶液中用超聲波清洗，洗去表面氧化物；

(4)根據(jù)其所制備纖維氈的孔隙率及外形尺寸要求，稱取定量的不銹鋼纖維，將纖維均勻地填充在陶瓷模壓裝置的凹腔中，并用螺栓螺母將模具壓緊；

(5)將壓緊的模壓裝置放入真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，隨爐冷卻至室溫后打開模壓裝置取出不銹鋼纖維氈，并將其校平，得到一種用于燃料電池雙極板的不銹鋼纖維燒結(jié)氈。

上述步驟(2)不銹鋼纖維加工是采用大刃傾角多齒刀具加工獲得連續(xù)型不銹鋼纖維，多齒刀具材料采用超硬高速鋼，刀具由線切割加工制成。

上述步驟(3)剪切出的不銹鋼纖維，直徑為50μm～200μm，長度為10mm～20mm，邊緣具有鋸齒狀結(jié)構(gòu)，表面具有豐富的多/微尺度表面結(jié)構(gòu)。

上述步驟(3)不銹鋼纖維預(yù)處理，堿性溶液為質(zhì)量濃度5％～20％的NaOH、KOH、Ca(OH)₂中的一種或者幾種，酸性溶液為體積濃度5％～10％的HCl、H₂SO₄、HNO₃中的一種或者幾種，超聲波清洗時間為10min～30min。

上述步驟(5)不銹鋼纖維氈采用的燒結(jié)溫度為1100℃～1300℃，燒結(jié)過程采用分段升溫，升溫速率≤5℃/min，燒結(jié)時間為60min～180min，真空度為10^-2～10^-3Pa。

上述步驟(4)不銹鋼纖維氈的孔隙率為70％～90％，孔徑150μm～400μm，厚度0.5mm～3mm，密度2g/cm³左右，寬度30mm～100mm，長度30mm～150mm。可按照不同燃料電池的要求，予以確定具體的尺寸規(guī)格。

通過上述制造方法，即可得到燃料電池雙極板的不銹鋼纖維氈，其纖維采用雜亂的方式排列，表面具有豐富的多/微尺度表面結(jié)構(gòu)，燒結(jié)后金屬纖維間實現(xiàn)冶金結(jié)合，形成了大量的多尺度孔隙結(jié)構(gòu)。所制造的的不銹鋼纖維氈具有高孔隙率、高比表面積、良好的傳熱傳質(zhì)性能、表面憎水性、制造工藝簡單及成本低廉等優(yōu)點。此方法可適用于制造多種金屬的多孔材料，且其孔隙尺寸，孔隙率可控制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果在于：

(1)不銹鋼纖維加工方面。采用多齒切削法加工不銹鋼纖維，將不銹鋼纖維切削從單刃發(fā)展為多刃，利用多齒刀具的分屑作用可以同時獲得多根連續(xù)型微細金屬纖維，當量直徑可達到35μm，截面大多近似為三角形或矩形。此法不僅有效克服了切削法生產(chǎn)效率低的問題，而且解決了切削法不能制造連續(xù)型金屬纖維的難題。