专利名称：燃料电池流场憎水化处理方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池，具体为避免接触电阻增加的质子交换膜燃料电 池流场憎水化处理方法。
技术背景燃料电池是一种将燃料与氧化剂中的化学能通过电极上的电催化反应 直接转化为电能的发电装置。它不受卡诺循环的限制，可以高效地将化学能转化为电能。质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, 简称PEMFC)由于具有低温启动，结构简单、操作方便等特点，是最有用 希望应用于未来电动汽车的动力源。由于燃料电池在工作时，是一个复杂的化学反应过程，存在着热平衡 和水平衡问题；其中燃料电池运行中的水管理是一个很难控制的问题。反 应气中水量稍少(相对湿度低)时，会使质子交换膜变干，电阻增大，从 而使质子的电迁移变得困难，燃料电池工作性能恶化。水量稍多，又容易 在导流槽内形成积水，堵塞反应气体的通路，导致电池组中气体分配不均， 影响电池性能，严重时会导致MEA发生水淹，电池失效。通常可以对流场 表面进行增水化处理，但由于流场凸台带有憎水物质导致流场电阻增大， 需要进行难度较大的表面处理。发明内容本发明的目的在于提供一种燃料电池流场憎水化处理方法，通过将流 场先组装成电池组(聚酯膜代替膜电极)，然后进行电池组整体憎水化处理。 实现了只对流场沟槽进行憎水处理，而流场与膜电极接触部分没有任何改 变的流场憎水化处理工艺。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种燃料电池流场憎水化处理方法，采用聚酯膜代替膜电极，按常规 方法，先将带流场的双极板组装成电池组，将组装成电池组的流场板进行 循环浸泡憎水性溶剂，实现电池组的整体憎水化处理，然后将电池组拆开 对流场进行高温固化，使憎水物质与流场牢固的结合在一起。经过憎水处理的流场包括硬石墨双极板流场、金属复合石墨流场或冲压金属板流场等各种燃料电池流场;所述憎水性溶剂为聚氟类乳液或憎水有机硅的乳液，聚氟类乳液为聚四氟乙烯乳液、聚偏二氟乙烯乳液或聚全氟丙 烯乳液等，憎水有机硅的乳液为聚二甲基硅氧垸或聚醚改性聚二甲基硅氧&寺。所述流场中浸入憎水性的溶剂的重量含量一般控制在0.5~5%之间,最 佳为0.5~2%，固化温度一般控制在350 400°C,固化时间根据流场处理数
量控制在0.5 2小时；憎水性的溶剂重量浓度l~10°/。，最佳为3~5%。 本发明具有如下优点1. 工艺简单。本发明将带流场的双极板组装成电池组(用聚酯膜代替膜电极)，然后利用一定浓度的憎水溶液(如2%的PTFE溶液)进行循环浸泡。 然后将电池组拆开对流场进行高温固化。由于利用此种方法对流场进行憎 水化处理，只在流场中流道壁上粘有憎水物质，而流场凸台部位没有憎水 物质，因此流场的电阻基本没有改变，而流场的憎水性能大幅提高，流场 无需复杂的后处理工序，工艺得到简化。2. 可以进行电池组整体憎水化处理，提高电池运行的稳定性和提高电 池反应气体的利用率。本发明通过将流场先组装成电池组(聚酯膜代替膜 电极)，然后进行电池组整体憎水化处理。该工艺确保只对流场沟槽进行憎 水处理，而流场与膜电极接触部分没有任何改变，因此该方法可以大幅提 高流场的憎水性能，而基本不提高电池的电阻。3. 不增加流场电阻。按照本发明在没有增大流场电阻的情况下，大幅 提高流场的憎水性能，促进电池内部水的排出，而且可以进行电池组的整 体憎水化处理。
图1为未进行憎水处理的流场的接触角； 图2为利用2%PTFE溶液憎水处理的流场的接触角； 图3为利用5%PTFE溶液憎水处理流场的接触角； 图4为利用2%PTFE溶液憎水化处理流场与未憎水处理流场的接触电 阻比较；图5为利用5%PTFE溶液憎水化处理流场与未憎水处理流场的接触电 阻比较。
具体实施方式
实施例1按照本发明的方法，利用膨胀石墨流场的复合金属双极板和聚酯膜组 装成20节电池组，利用2%的溶液循环浸泡20 min，流场中浸入PTFE的 重量含量控制在0.5%之间，然后将电池组拆开对石墨流场在40(TC固化处 理0.5小时。测试憎水处理流场的表面接触角(图l和图2)和接触电阻(图 4)，试验表明流场经憎水处理后，憎水性能大幅提高，接触电阻基本不变。所述实施例2按照本发明的方法，利用膨胀石墨流场的复合金属双极板和聚酯膜组 装成20节电池组，利用5%的PTFE溶液循环浸泡20 min，流场中浸入PTFE 的重量含量控制在1.0%之间，然后将电池组拆开对石墨流场在350。C固化 处理1小时。测试憎水处理流场的表面接触角(图3)和接触电阻(图5)， 试验表明流场经憎水处理后，憎水性能大幅提高，接触电阻基本不变。
权利要求
1. 一种燃料电池流场憎水化处理方法，其特征在于采用聚酯膜代替 膜电极，按常规方法，先将带流场的双极板组装成电池组，将组装成电池 组的流场板进行循环浸泡憎水性溶剂，实现电池组的整体憎水化处理，然 后将电池组拆开对流场进行高温固化，使憎水物质与流场牢固的结合在一起。
2. 按照权利要求1所述流场憎水化处理方法，其特征在于经过憎水 处理的流场包括硬石墨双极板流场、金属复合石墨流场或冲压金属板流场。
3. 按照权利要求1所述流场憎水化处理方法，其特征在于所述憎水 性溶剂为聚氟类乳液或憎水有机硅的乳液。
4. 按照权利要求1所述流场憎水化处理方法，其特征在于所述聚氟 类乳液为聚四氟乙烯乳液、聚偏二氟乙烯乳液或聚全氟丙烯乳液；所述憎 水有机硅的乳液为聚二甲基硅氧烷或聚醚改性聚二甲基硅氧烷。
5. 按照权利要求1所述流场憎水化处理方法，其特征在于所述流场 中浸入憎水性的溶剂的重量含量一般控制在0.5~5%之间，固化温度一般控制在350 40(TC，固化时间根据流场处理数量控制在0.5 2小时；憎水性的 溶剂重量浓度1 10%。
6. 按照权利要求1所述流场憎水化处理方法，其特征在于所述流场 中浸入憎水性的溶剂的重量含量控制在0.5 2%;所采用憎水性的溶剂重量浓度3 5%。
全文摘要
一种燃料电池流场憎水化处理方法，其特征在于采用聚酯膜代替膜电极，按常规方法，先将带流场的双极板组装成电池组，将组装成电池组的流场板进行循环浸泡憎水性溶剂，实现电池组的整体憎水化处理，然后将电池组拆开对流场进行高温固化，使憎水物质与流场牢固的结合在一起。该工艺确保只对流场沟槽进行憎水处理，而流场与膜电极接触部分没有任何改变，因此该方法可以大幅提高流场的憎水性能，而基本没有提高流场的电阻。
文档编号H01M8/10GK101145619SQ200610047760
公开日2008年3月19日 申请日期2006年9月15日 优先权日2006年9月15日
发明者明 侯, 孙立言, 明平文, 燕希强, 程海波, 衣宝廉 申请人:新源动力股份有限公司