[發(fā)明專利]一種低成本批量生產金屬極板的方法

有效

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• 申請日: 2017-03-08
• 公開（公告）號: CN107039658B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設計）人: 楊代軍;李冰;張存滿
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

本發(fā)明涉及一種低成本批量生產金屬極板的方法，包括以下步驟：(1)取待加工的金屬板進行表面預處理；(2)將防蝕層油墨印刷至步驟(1)得到的處理干凈的金屬板上，并烘干；(3)取設計好加工圖案的圖形膠片遮蓋金屬板，對金屬板上的防蝕層油墨進行曝光和顯影，露出需要蝕刻的部分；(4)采用蝕刻溶液對需要蝕刻的部分進行加工，蝕刻出相應圖形；(5)褪除防蝕層油墨，烘干，即得到一次加工完成的金屬極板；(6)重復步驟(2)～步驟(5)0次或1次以上，即得到最終產品金屬極板。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明加工的金屬極板加工精度高、表面平整、幾乎沒有殘余應力，開發(fā)周期短，成本低等。

技術領域

本發(fā)明涉及一種液流電池與燃料電池金屬極板的開發(fā)與制造，尤其是涉及一種低成本批量生產金屬極板的方法。

背景技術

液流電池、燃料電池等需要流體參與的發(fā)電裝置均包括正負極材料、電解質隔膜和供應反應物質和冷卻液流體的極板。極板的成本、性能與耐久性極大地影響著液流電池和燃料電池的商業(yè)化推廣與應用。

液流電池按變價元素體系的不同，可以分為如全釩、全鉻、全鐵、鈦-鐵、鉻-鐵、釩-鈰，以及釩-溴等多種類型，但均需要通過將包含不同價態(tài)的陰陽離子的溶液通過極板上的流道分別引入正極和負極，發(fā)生電化學反應進行充放電。液流電池正/負極電對電位差大，可逆性好，副反應小，溶解度高且穩(wěn)定，易于制備，價格便宜，環(huán)境友好，腐蝕性小。如果能大幅降低離子交換膜和極板等關鍵材料與部件的制造成本，其在儲能領域將有著廣闊的應用前景，非常適于大規(guī)模的風能、太陽能、潮汐能等可再生能源的規(guī)模開發(fā)與利用。在新能源的推廣應用、實現(xiàn)穩(wěn)定供電方面具備重要意義。

燃料電池又包括直接甲醇燃料電池(DMFC)、氫/空(氧)燃料電池(PEFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、磷酸燃料電池(PAFC)等多種類型。燃料電池以空氣或純氧作為氧化劑，以甲醇、氫氣、甲烷和肼等作為燃料，分別在電池的正極和負極發(fā)生電化學反應，從而得到電能。因其能量轉換效率高、清潔無污染、功率密度高等優(yōu)點，越來越受到各國政府、能源企業(yè)和汽車制造廠商的重視，紛紛開發(fā)基于PEMFC的移動電源、發(fā)電裝置、各種類型的發(fā)電站和車用發(fā)動機。

液流電池和燃料電池同樣需要極板導入液態(tài)或氣態(tài)的反應物質，在某些低溫燃料電池中還需要導入冷卻介質。作為液流電池和燃料電池的重要組成部件，極板占據(jù)了其超過60％的重量，以及整個電堆30％以上的成本。因此，降低極板的成本對于液流電池和燃料電池的商業(yè)化推廣和應用也具有深遠的意義。

極板的功能主要有：(1)收集反應產生的電流并將其從一個單電池的陽極傳導到下一個單電池的陰極；(2)分隔氧化劑和還原劑，并在正極和負極表面均勻地分配反應劑；(3)排出生成產物；(4)如有必要，引入冷卻介質，確保電堆的溫度穩(wěn)定，并分布均勻；(5)分隔并支撐液流電池或燃料電池中的各組電解質和催化劑。

為了達到上述要求，液流電池和燃料電池的極板必須具有以下要求：(1)高的導電性，以更有效地傳導電子；(2)良好的密封性，來阻隔相鄰單電池之間的反應物質；(3)抗腐蝕性；(4)較好的抗彎強度和抗壓強度；(5)低的制造成本。因此，極板的研究進展對于提升發(fā)電裝置的比功率密度、降低其制造成本作用顯著，對整個液流電池和燃料電池的產業(yè)化都具有重要影響，這使得關于極板的材料和加工工藝的研究成為國內外的熱點。

極板的材料雙極板材料大致可分為如下幾類：純石墨材料、聚合物/導電填料復合材料、碳/碳復合材料、金屬材料等。石墨具有優(yōu)良的導電性和耐腐蝕性，但純石墨材料本身成本較高，且其質脆，加工難度大，這限制了其大規(guī)模的應用。

由于金屬具有導電性好、電化學活性高、機械性能優(yōu)良等特點，傳統(tǒng)上常用金屬作為電極材料。能作為液流電池和燃料電池的雙極板金屬材料包括：金、鉛、鈦、鈦基鉑、不銹鋼、鋁和鎳基合金等。