[發明專利]一種高功率密度PEMFC電堆專用極板及其制備方法有效

申請號：	201510940366.1	申請日：	2015-12-15
公開（公告）號：	CN105428670A	公開（公告）日：	2016-03-23
發明（設計）人：	程立明;魏廣科	申請（專利權）人：	江蘇綠遙燃料電池系統制造有限公司
主分類號：	H01M8/0202	分類號：	H01M8/0202;H01M8/0243;H01M8/0258
代理公司：	北京天平專利商標代理有限公司 11239	代理人：	繆友菊
地址：	215313 江蘇省蘇州市昆***	國省代碼：	江蘇;32
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種功率密度 pemfc 專用極板及其制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于燃料電池領域，具體涉及一種質子交換膜燃料電池(PEMFC)電堆專用極板及其制備方法。

背景技術

燃料電池是將氫氣的化學能轉化為電能的裝置，其優點是產物是水，零排放無污染，噪音低，轉化效率高。工作溫度可在低溫環境下運行，是移動電源和基站電源和固定電源的首選。傳統的燃料電池，是由膜電極、雙極板、集電板、端板和緊固件組成。由于聚合物膜燃料電池單片電壓低，在實際應用中，是由多個電池單元疊加在一起進行串聯起來，形成電堆。

輕質化和結構緊湊化是燃料電池未來發展的重點之一，目前的燃料電池由于體積、重量等原因，只能在一些特定場所適用，極大的制約了燃料電池的推廣應用，如何減輕燃料電池電堆的重量，提高燃料電池體積能量密度，將燃料電池應用范圍更廣泛，成為目前急需解決的重要問題。

雙極板是燃料電池部件中最重的構件，主要起支撐和分配氣體的作用。傳統的雙極板基本上是石墨雙極板或金屬雙極板，重量占電堆重量一半以上，體積占燃料電池體積的30～70％左右，使得燃料電池重量與體積偏大，限制燃料電池應用范圍與領域，在當今對燃料電池的體積密度和重量密度要求接近苛求的條件下，越來越制約著燃料電池的商業化腳步。因此，燃料電池電堆輕質化和緊湊化的問題重點便在于對傳統燃料電池雙極板結構的改造。

目前市場上的燃料電池中，大多采用金屬雙極板或石墨雙極板組裝電堆，還很少見不使用雙極板直接組裝電堆的，即使有，也是出于一定的目的使用其它裝置來代替雙極板，比如公開號為CN102422469A的一件發明專利申請，便公開了一種未設置雙極板的電堆，具有固體聚合物電解質膜和夾持所述聚合物電解質膜的一對催化劑層。固體聚合物電解質膜和催化劑層的層壓體由一對氣體擴散層進一步夾持。相鄰的催化劑層和氣體擴散層構成氣體擴散電極。固體聚合物電解質膜和一對氣體擴散電極進一步以層壓狀態構成膜電極組件(MEA)。MEA進一步由一對隔離膜夾持。該隔離膜通過以下方式來獲得：將沖壓成型工藝應用在厚度0.5mm以下的薄板上，成型為凹凸形狀。從MEA側觀察到的隔離膜的凸部與MEA接觸。從MEA側觀察到的隔離膜的凹部用作在燃料電池運行期間氣體通過用氣體通路。該公開文件中，包括電解質膜層、催化劑層、氣體擴散層和最外側的隔離膜，其中雖然未設置雙極板，然而隔離膜不論從形狀上還是功能上與雙極板所起的作用都是一致的，相比雙極板減輕了一些重量，但仍占據一定的重量與體積，并不能從根本上解決問題。

發明內容

發明目的：本發明目的在于針對現有技術的不足，提供一種可大幅度減輕重量、減小體積的高功率密度PEMFC電堆專用極板；

本發明的另一目的在于提供一種該極板的制備方法。

技術方案：本發明所述高功率密度PEMFC電堆專用極板，包括如下組分：

各組分以重量份計。

優選地，所述單板型高功率密度PEMFC電堆專用極板，包括如下組分：

優選地，所述碳纖維短纖為T300～T1000其中一種；短纖長度為3～9mm。

優選地，所述樹脂為酚醛樹脂、環氧樹脂、丙稀酸類樹脂、聚酯樹脂或含氟類樹脂的其中一種或幾種的混合物。

優選地，所述碳粉為XC-72、科琴黑、中間相碳微球或碳納米管其中一種或幾種的混合物，所述碳粉或石墨粉的粒徑為1000～15000目。

一種高功率密度PEMFC電堆專用極板的制備方法，包括如下步驟：

(1)混料：將碳纖維短纖與樹脂或瀝青混合，并攪拌均勻后，再加入碳粉或石墨粉、造孔劑、增強劑DH-4，繼續攪拌；

(2)壓制：根據設計的流場形狀與尺寸，將步驟(1)處理后混合物放入模具內壓制成一面為平板，另一面具有流場結構的極板，該極板厚度為0.6～3mm，孔隙率為50％～80％，孔徑為0.1～3μm；