[發明專利]一種燃料電池柔性石墨極板的輥壓成型方法

有效

• 申請號: 202110148623.3
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112959725B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 張翼翀;陳小晶;李昂;張金見;張小磊;李笑暉;甘全全;王永湛;戴威;張禾
• 申請（專利權）人: 上海神力科技有限公司
• 主分類號: B30B11/18
• 分類號: B30B11/18;H01M8/0213
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

本發明涉及一種燃料電池柔性石墨極板的輥壓成型方法，包括以下步驟：(1)將輥壓機的印花輥輥筒對之間的輥縫調節至單極板目標厚度值；(2)利用送料裝置將柔性石墨板坯送至印花輥輥筒對前，并利用印花輥輥筒對的對向轉動咬入柔性石墨板坯；(3)待柔性石墨板坯被咬入后，繼續正向軋制板坯10～100mm，隨后，上下印花輥同時反向轉動，使得柔性石墨板坯反向軋制5～90mm，一次正向軋制加一次反向軋制稱為一次往復輥壓；(4)經過數次的往復軋制后，極板成型完畢，并與印花輥脫離；(5)對輥壓成型后的柔性石墨極板進行后續處理。與現有技術相比，本發明方法可實現連續自動化高效率生產窄脊背、短中心距、大槽深、小拔模角的超薄無延展柔性石墨極板。

技術領域

本發明涉及燃料電池，尤其是涉及一種燃料電池柔性石墨極板的輥壓成型方法。

背景技術

燃料電池雙極板目前最為常用的材料為金屬和石墨，其中石墨雙極板因其優異的耐蝕性而占據了大部分的市場份額。石墨雙極板通常分為三種技術路線，分別為：人工石墨板利用CNC雕刻流場制成機加工極板、熱塑性樹脂混合碳粉利用熱壓制成熱壓極板、以及柔性石墨模壓成型并浸漬樹脂固化制成柔性石墨極板。其中，柔性石墨極板價格最為低廉，且成型效率遠高于前兩者。隨著燃料電池行業的逐步放量，極板的生產效率也需大幅提升，因此，柔性石墨極板是未來燃料電池極板發展的重要方向。

美國專利US6797091B2介紹了一種柔性石墨板的真空平壓方法，該方法為Ballard公司2000年遞交申請，首次提出利用真空平壓工藝制備柔性石墨極板，并成功應用于生產之中。然而，根據現有的生產方式，柔性石墨雙極板存在人工放板、人工脫模等成型環節人工參與度較高的問題，從而導致極板生產過程中效率較低且存在一致性差異。此外，模壓過程因存在真空工藝，導致成型時間較長，且需要人工脫模等環節，導致無法實現真正意義的連續化、自動化成型。為了通過連續化、自動化生產提升極板產出效率及降低人工參與程度，將軋制工藝引入柔性石墨極板的生產之中是一個重要的突破口。基于這一考慮，Ballard公司曾于2002年遞交申請美國專利US6818165B2，該專利介紹了一種直接利用輥壓方式對柔性石墨進行極板加工的方法，然而由于存在諸多技術和成本問題，該工藝僅作為概念提出，并未應用于實際生產當中。

輥壓工藝的突出優勢吸引了大批國內外的研究人員，相關企業和科研院校紛紛加入燃料電池極板輥壓工藝的開發當中。雖然輥壓工藝相比平壓工藝能夠大幅提升生產效率和自動化程度，然而，根據公開資料及調研情況顯示，目前在研的輥壓工藝通常存在如下的問題：1.成型質量差、流場深度實際值與設計值偏差過大(偏差比例大于25％)、極板鼓泡等嚴重缺陷；2.極板厚度過大(單極板厚度超過7mm)；3.脊背寬度過寬(＞0.8mm)、流場深度過淺(＜0.3mm)、脊背中心距過大(＞1.5mm)、拔模角過大(＞30°)。以上的問題直接導致現有的輥壓工藝無法生產出能夠應用于車載燃料電池柔性石墨極板。

眾所周知，車載燃料電池需要追求更高的體積功率密度，這意味著需要制備更薄的雙極板，現階段國內龍頭企業使用平壓工藝生產的柔性石墨雙極板厚度普遍低于2mm，部分企業柔性石墨雙極板厚度可小于1.6mm。此外，車載燃料電池為氫空燃料電池，而非氫氧燃料電池，因此，對極板的設計往往使用窄脊背、短中心距、大槽深、小拔模角的設計，這本身顯著增加了極板成型過程中的填充難度。如何利用輥壓工藝連續化、高度自動化的生產超薄柔性石墨極板，是一個國際上從概念提出至今近20年仍未解決的棘手難題。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種燃料電池柔性石墨極板的輥壓成型方法，實現連續自動化高效率生產窄脊背、短中心距、大槽深、小拔模角的超薄無延展柔性石墨極板。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種燃料電池柔性石墨極板的輥壓成型方法，根據待成型極板花紋結構特征，鏡像制作印花輥輥筒對，將印花輥輥筒對安裝在輥壓機上應用至連續的生產線上以加工極板，該方法包括以下步驟：

(1)將輥壓機的印花輥輥筒對之間的輥縫調節至單極板目標厚度值；