[發(fā)明專利]一種憎水化燃料電池膨脹石墨流場及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210046837.0
• 申請日: 2012-02-27
• 公開（公告）號: CN102544548A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 燕希強;徐乃濤;單金環(huán);侯中軍;明平文;劉常福
• 申請（專利權(quán)）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)電池領(lǐng)域，具體地說是一種憎水化燃料電池膨脹石墨流場及其制備方法。?

背景技術(shù)

燃料電池是一種將燃料與氧化劑中的化學(xué)能通過電極上的電催化反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。它不受卡諾循環(huán)的限制，可以高效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton?Exchange?Membrane?Fuel?Cell，簡稱PEMFC)由于具有低溫啟動，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等特點，是最有用希望應(yīng)用于未來電動汽車的動力源。?

由于燃料電池在工作時，是一個復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，存在著熱平衡和水平衡問題，其中燃料電池運行中的水管理是一個很難控制的問題。反應(yīng)氣中水量稍少(相對濕度低)時，會使質(zhì)子交換膜變干，電阻增大，從而使質(zhì)子的電遷移變得困難，燃料電池工作性能惡化。水量稍多，又容易在導(dǎo)流槽內(nèi)形成積水，堵塞反應(yīng)氣體的通路，導(dǎo)致電池組中氣體分配不均，影響電池性能，嚴重時會導(dǎo)致MEA發(fā)生水淹，電池失效。?

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)上述提出的技術(shù)問題，而提供一種憎水化燃料電池膨脹石墨流場及其制備方法。通過對多孔的膨脹石墨材料進行填充憎水樹脂，從而制備成憎水化燃料電池膨脹石墨流場，使流場表面憎水，促進電池運行中電池內(nèi)部水的排出，可以有效提高電池運行的穩(wěn)定性和氣體的利用率。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：?

一種憎水化燃料電池膨脹石墨流場，由多孔的膨脹石墨材料制成，其特征在于：所述膨脹石墨材料的孔內(nèi)設(shè)有具有憎水性的填充物，所述填充物的上表面與所述膨脹石墨材料的表面在同一水平面上。?

作為優(yōu)選，所述填充物包括至少一層填充層。?

作為優(yōu)選，所述填充層材料為聚四氟乙烯樹脂、聚偏氟乙烯樹脂或聚全氟丙烯樹脂中的一種。?

本發(fā)明還提供一種憎水化燃料電池膨脹石墨流場的制備方法，其特征在于包括如下步驟：?

①在真空度為10^-2Pa的真空條件下，將所述膨脹石墨材料浸入聚四氟乙烯懸濁液中5-20min；?

②在150℃～400℃下，將經(jīng)過步驟①處理后的所述膨脹石墨材料經(jīng)過表面處理后固化2～4h，使浸入的聚四氟乙烯與所述膨脹石墨材料固定，形成一層填充層I。?

作為優(yōu)選，還包括如下步驟：?

③在真空度為10^-2Pa的真空條件下，將經(jīng)過步驟②處理后的所述膨脹石墨材料浸入聚偏氟乙烯乳液或聚全氟丙烯乳液中5-20min；?

④在150℃～400℃下，將經(jīng)過步驟③處理后的所述膨脹石墨材料經(jīng)過表面處理后固化2～4h，使浸入的聚偏氟乙烯或聚全氟丙烯與所述膨脹石墨材料固定，形成一層填充層II。?

作為優(yōu)選，所述聚四氟乙烯懸濁液、聚偏氟乙烯乳液或聚全氟丙烯乳液的濃度為0.5％-10％。?

作為優(yōu)選，所述聚四氟乙烯懸濁液、聚偏氟乙烯乳液或聚全氟丙烯乳液的濃度為1％-5％。?

作為優(yōu)選，處理后的所述膨脹石墨材料中含有的聚四氟乙烯樹脂、聚偏氟乙烯樹脂或聚全氟丙烯樹脂的質(zhì)量分數(shù)為1％-15％。?

作為優(yōu)選，處理后的所述膨脹石墨材料中含有的聚四氟乙烯樹脂、聚偏氟乙烯樹脂或聚全氟丙烯樹脂的質(zhì)量分數(shù)為2％-8％。?

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：?

1、可以在流場材料的接觸電阻沒有顯著增加的條件下，使流場的憎水性大大提高，使燃料電池流場具有較好的憎水功能。?

2、可以促進電池內(nèi)部生成液態(tài)水的排出，減少了電池運行中MEA水淹現(xiàn)象的發(fā)生，提高了電池運行的穩(wěn)定性。?

3、可以減輕燃料電池運行中的水管理壓力，同時提高了燃料電池反應(yīng)氣體的利用率。?

基于上述理由該本發(fā)明可在電化學(xué)電池等領(lǐng)域廣泛推廣。?

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。?

圖1是本發(fā)明的膨脹石墨材料中填充物為一層填充層的剖視圖。?

圖2是本發(fā)明的膨脹石墨材料中填充物為兩層填充層的剖視圖。?

圖3是本發(fā)明的膨脹石墨材料中填充物為一層的流場接觸角示意圖。?

圖4是本發(fā)明的膨脹石墨材料中填充物為兩層的流場接觸角示意圖。?

圖5是本發(fā)明的主視圖。?

圖6是本發(fā)明的膨脹石墨材料中填充物為兩層的流場和未進行填充的流場接觸電阻對比圖。?

圖7是本發(fā)明的膨脹石墨材料中填充物為兩層的流場電堆和未進行填充的流場電堆停車吹掃過程中電堆內(nèi)阻變化圖。?

具體實施方式