[發(fā)明專利]一種燃料電池用雙極板的制造工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310043424.1
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN103117397A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設計）人: 顧榮鑫;管俊生;張超;沈軍;徐麟;袁亦林;李富國;陳安定
• 申請（專利權(quán)）人: 昆山弗爾賽能源有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88
• 代理公司: 上海宏威知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31250
• 代理人: 金利琴

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池用雙極板的制造工藝，通過模壓石墨雙極板及其制造工藝，具體的說就是通過適當比例的膨脹石墨/樹脂/第三組分，采用合理的工藝方法，一次成型制造燃料電池雙極板。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是將燃料(氫氣)和空氣中的氧氣進行化學反應將化學能轉(zhuǎn)變成電能。它的基本原理是在陽極側(cè)通入燃料(H₂)，在陰極側(cè)通入氧化劑(O₂或者空氣)，并使之分別在催化劑的作用下發(fā)生電化學反應，產(chǎn)生電能，其反應產(chǎn)物只有水，對環(huán)境無污染。在燃料電池正常工作時，內(nèi)部的燃料、氧化劑與冷卻液必須通過雙極板有效地進行運送與分隔開來。在質(zhì)子交換膜燃料電池的主要部件中，雙極板不僅在重量上，也在體積上和成本上占據(jù)著重要部分。比如在成本方面，如果采用天然石墨作為雙極板，其材料及制造成本將占整個電堆的10～30％。雙極板不僅是將單電池串聯(lián)起來組裝成電池堆的關(guān)鍵部件，而且還需將反應氣體導入催化層并傳導反應產(chǎn)生的電流，同時還擔負起整個電池的散熱和排水功能。因此雙極板質(zhì)量的好壞將直接決定燃料電池堆性能的優(yōu)劣和使用壽命的長短。一般地，質(zhì)子交換膜燃料電池運行在60～80℃溫度、pH2～3的酸度、80～100％相對濕度，并具有一定電勢的環(huán)境中。相對苛刻的工況條件要求雙極板不但要具有優(yōu)異的導電導熱性、一定的機械強度、良好的化學穩(wěn)定性、耐氣體滲透性，而且還必須具備材料成本低、易加工、良好的尺寸穩(wěn)定性等。因此，高性能、低成本的雙極板的開發(fā)，對于促進燃料電池的商業(yè)化顯得非常重要。

現(xiàn)在對于雙極板的研究已經(jīng)包括金屬板、純石墨板和復合材料板三大類。其中，金屬板具有良好的導電導熱性，減薄至0.1mm也不漏氣，并且氣體流道可沖壓成型，易于實現(xiàn)批量化生產(chǎn)，這有利于體積比功率的提升和制造成本的下降。但是，金屬雙極板的成型模具精度要求高，成本也高；必須對金屬基材，尤其是表面進行特殊處理以提高其化學穩(wěn)定性，否則易出現(xiàn)金屬板腐蝕甚至銹穿，導致電池的使用壽命縮短甚至發(fā)生災難性的破壞。

還有現(xiàn)在雖然純石墨板具有良好的導電導熱性、化學穩(wěn)定性，純石墨板一般采用傳統(tǒng)的機加工方法加工流道，流道就不能太窄(比如不能低于0.7mm)。因為如果流道過窄，加工刀具在加工過程中的磨損所引起的尺寸誤差將不能容忍；此外，機加工過程耗時也很長，生產(chǎn)效率不高，這些都導致雙極板的加工成本偏高，甚至超過材料成本；另一方面，純石墨板性脆，其內(nèi)部孔隙的存在導致其易漏氣，必須保持一定的厚度以保證其氣密性，這就制約了電堆體積比功率和重量比功率的提升，所以尋求更好的制作工藝與方法，是燃料電池商業(yè)化的必經(jīng)之路。

現(xiàn)在也有不少這方面的研究，其中各種類型的復合材料，比如金屬/石墨復合板、天然石墨/樹脂復合板及膨脹石墨(EG)/樹脂復合板等都在被實驗當中。由于膨脹石墨在具備天然石墨優(yōu)良耐蝕性與導電導熱性的同時，由于其體積急劇膨脹和壓縮后易形成致密的層狀結(jié)構(gòu)，膨脹石墨還具有易于成型、高阻氣率和不易粉化、不易溶出金屬離子等優(yōu)點。所以有想把膨脹石墨/樹脂/第三組份進行合理比例的混合制備出滿足需求的燃料電池雙極板。

專利申請?zhí)枮?00710052762.6的專利公開了一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池中的雙極板及其制備方法。膨脹石墨基復合材料雙極板,其特征在于它由兩層膨脹石墨材料和一張中間層碳布或碳紙放入帶有氣體流場的雙極板模具中模壓而成;所述的膨脹石墨材料,以及碳布或碳紙,預先用固含量為10-50WT%的熱塑性樹脂的乳液或溶液浸漬;所述的膨脹石墨材料為蠕蟲狀石墨。該發(fā)明因為增加了中間層碳布或碳紙，使得其垂直方向的電導率可能不能滿足燃料電池對于雙極板的性能需求。

專利號為200910072406.X的專利公開了一種膨脹石墨/酚醛樹脂復合材料雙極板及其制備方法,它涉及一種雙極板及其制備方法。本發(fā)明解決了質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板導電性差、機械性能差問題。本發(fā)明雙極板由膨脹石墨、熱塑性酚醛樹脂和六次甲基四胺制成,方法如下:將膨脹石墨與熱塑性酚醛樹脂的水溶液混合、過濾,然后將濾渣干燥后與六次甲基四胺球磨混合,再加入模具中模壓,然后減壓、升溫,再保溫模壓、脫模,即得膨脹石墨/酚醛樹脂復合材料雙極板。