一种燃料电池双极板及其制备方法、所用设备与流程

本发明涉及燃料电池技术领域，具体为一种燃料电池双极板及其制备方法、所用设备。

背景技术：

质子交换膜燃料电池(pemfc)将燃料(氢气)和空气中的氧气反应，直接将化学能转换成电能。在燃料电池正常工作时，内部的燃料、氧化剂与冷却液必须通过双极板有效地分隔开来，并依靠其流道结构分别在阳极、阴极及冷却液腔体中进行有效地分布。双极板的作用不仅是将反应气体导入催化层并传导反应产生的电流，同时还担负起整个电池的散热和排水功能。因此双极板质量的好坏将直接决定燃料电池堆性能的优劣和使用寿命的长短。

石墨类材料/树脂复合极板具有良好的导电导热性、化学稳定性，被成功用于商业化的电堆制造中。但是，石墨类材料/树脂复合极板通常采用传统的机加工方法加工流道，加工过程耗时长，不能连续化生产，效率也不高，这些都导致双极板的加工成本偏高，甚至超过材料成本。

因此，现有技术急需改进。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种燃料电池双极板及其制备方法、所用设备。

本发明提供一种燃料电池双极板的制备方法，包括以下步骤：

(1)将石墨类材料与树脂黏料进行混合均匀，获得混合浆料；

(2)将所述混合浆料涂布到金属箔上，通过压制获得预压板，再将所述预压板进行模压获得模压板，所述模压板的至少一面上具有流道；

(3)将所述模压板与模具分离，获得成型的双极板；

(4)对所述成型的双极板进行固化，冷却，获得所述燃料电池双极板。

进一步地，所述石墨类材料与所述黏料的质量比为1:1～999:1。

进一步地，所述石墨类材料包括：膨胀石墨、碳纳米管或碳纳米纤维。

进一步地，所述树脂黏料中树脂的含量为0.1～50wt％。

进一步地，所述步骤(2)中所述将混合浆料涂布到金属箔上包括：

所述涂布的装置有主动硅胶辊和主动钢辊，所述主动钢辊浸有混合浆料，所述金属箔设置在主动钢辊和主动硅胶辊之间，所述主动硅胶辊和所述之间保持3～5mm(毫米)的间隙并反方向转动。

进一步地，所述步骤(2)具体包括：通过压制过程制成厚度2～4mm预压板；再将所述预压板在压强为40～100mpa，温度为150～350℃条件下，经过模压机再次模压，制成厚度为2～4mm，密度为0.5～2.0g/cm³的模压板。

进一步地，所述步骤(2)中形成所述流道的过程为：在模具上加工深度为0.5～1.5mm蛇形流场流道。

进一步地，所述流道包括气道、水道、密封槽和定位孔。

进一步地，所述步骤(4)中的固化过程为：将成型的双极板在压强为10～50mpa，温度为100～300℃下进行固化10～15min。

本发明还提供一种燃料电池双极板，所述燃料电池双极板采用上述所述的燃料电池双极板的制备方法制备而成；所述燃料电池双极板的厚度为2～4mm，密度为0.5～2.0g/cm³。

本发明还提供一种燃料电池双极板的制备方法中的所用设备，所述制备方法为上述所述的燃料电池双极板的制备方法，所述所用设备包括：

混料机，用于将石墨类材料和树脂黏料混合；

涂布机，用于把混合浆料涂布到金属箔上；

辊压机，用于将涂布好的混合浆料压制成预压板；

模压机，用于再次压制预压板并压出相应的流道，该模压机设置有压制双极板流道的模具；

固化炉，用于固化成型的双极板。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明实施例提供的制备方法，通过合理的石墨类材料/树脂浆料配比，充分保证了石墨类材料和树脂黏料混合均匀，充分在石墨类材料的三维网状结构中均匀混合树脂黏料，通过涂布辊压增加混合浆料与金属箔的接触面积，增大附着力，在此基础上再进行模压，制成具有良好导电性能的燃料电池复合双极板。该制备方法不仅高效、而且成本低廉，可实现连续化生产。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种燃料电池双极板的制备方法的过程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参阅图1，本发明第一实施例提供一种燃料电池双极板的制备方法，包括以下步骤：

(1)将石墨类材料与树脂黏料进行混合均匀，获得混合浆料；

(2)将所述混合浆料涂布到金属箔上，通过压制获得预压板，再将所述预压板进行模压获得模压板，所述模压板的至少一面上具有流道；

(3)将所述模压板与模具分离，获得成型的双极板；

(4)对所述成型的双极板进行固化，冷却，获得所述燃料电池双极板。

本发明实施例提供的制备方法，通过合理的石墨类材料/树脂浆料配比，充分保证了石墨类材料和树脂黏料混合均匀，充分在石墨类材料的三维网状结构中均匀混合树脂黏料，通过涂布辊压增加混合浆料与金属箔的接触面积，增大附着力，在此基础上再进行模压，制成具有良好导电性能的燃料电池复合双极板。该制备方法不仅高效、而且成本低廉，可实现连续化生产。

具体地，所述石墨类材料与所述黏料的质量比为1:1～999:1。

具体地，所述石墨类材料包括：膨胀石墨、碳纳米管、碳纳米纤维等。更具体地，所述石墨类材料的含碳量大于99％，膨胀倍数为1～500。

具体地，所述树脂黏料中树脂的含量为0.1～50wt％。若树脂含量过低或过高，均会影响最终双极板的性能。具体地，所述树脂为环氧树脂、聚丙乙烯树脂或酚醛树脂，所述树脂颗粒的直径为10～50mm。

具体地，所述步骤(2)中所述将混合浆料涂布到金属箔上包括：

所述涂布的装置有主动硅胶辊和主动钢辊，所述主动钢辊浸有混合浆料，所述金属箔设置在主动钢辊和主动硅胶辊之间，所述主动硅胶辊和所述之间保持3～5mm的间隙并反方向转动。所述金属箔材质为铝箔或铜箔。

具体地，所述步骤(2)具体包括：通过压制过程制成厚度2～4mm预压板；再将所述预压板在压强为40～100mpa，温度为150～350℃条件下，经过模压机再次模压，制成厚度为2～4mm，密度为0.5～2.0g/cm³的模压板。

具体地，所述步骤(2)中形成所述流道的过程为：在模具上加工深度为0.5～1.5mm蛇形流场流道。

具体地，所述流道包括气道、水道、密封槽和定位孔。

具体地，所述步骤(4)中的固化过程为：

将成型的双极板在压强为10～50mpa，温度为100～300℃下进行固化10～15min。本发明实施例通过在成型的双极板上承载一定荷重进行固化，使制得的燃料电池双极板满足性能要求。

本发明实施例还提供一种燃料电池双极板，所述燃料电池双极板采用上述所述的燃料电池双极板的制备方法制备而成。所述燃料电池双极板的厚度为2～4mm，密度为0.5～2.0g/cm³。

本发明实施例提供的燃料电池双极板，导电性能佳，通过控制器厚度和密度，以保证燃料电池的功率和机械强度。

在利用本发明实施例提供的一种燃料电池双极板得制备方法的制备过程中，所用到的设备包括：

混料机，用于将石墨类材料和树脂黏料混合；

涂布机，用于把混合浆料涂布到金属箔上；

辊压机，用于将涂布好的混合浆料压制成预压板；

模压机，用于再次压制预压板并压出相应的流道，该模压机设置有压制双极板流道的模具；

固化炉，用于固化成型的双极板。

以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1

本实施例采用在金属箔表面涂布辊压模压制造工艺，实现燃料电池双极板连续生产。其具体步骤如下：

1)先将膨胀石墨和树脂黏料按1:1质量比混合，并在混料机中搅拌均匀，形成混合浆料；

2)把铜箔设置在涂布机主动钢辊和主动硅胶辊之间，使混合浆料均匀涂布在铜箔上；

3)带有混合浆料的铜箔经过辊压机辊压，制成厚度为4mm，密度为0.6g/cm³的预压板；

4)将步骤3)的预压板在压强为80mpa，温度为300℃条件下，经过模压机再次模压，制成厚度为3.0mm，密度为0.5g/cm³，且在其双面压出相应的流道的模压板；

5)将压出流道的模压板分离，得到成型的双极板；

6)将成型的双极板在压强为20mpa，温度为120℃下进行固化10min，冷却后得到双极板产品。所得双极板产品的厚度为3mm，密度为1.5g/cm³。

实施例2

本实施例采用在金属箔表面涂布辊压模压制造工艺，实现燃料电池双极板连续生产。其具体步骤如下：

1)先将膨胀石墨和树脂黏料按1:1质量比混合，并在混料机中搅拌均匀，形成混合浆料；

2)把铜箔设置在涂布机主动钢辊和主动硅胶辊之间，使混合浆料均匀涂布在铜箔上；

3)带有混合浆料的铜箔经过辊压机辊压，制成厚度为3.5mm，密度为0.7g/cm³的预压板；

4)将步骤3)的预压板在压强为60mpa，温度为300℃条件下，经过模压机再次模压，制成厚度为2.0mm，密度为1.0g/cm³，且在其双面压出相应的流道的模压板；

5)将压出流道的模压板分离，得到成型的双极板；

6)将成型的双极板在压强为10mpa，温度为200℃下进行固化10min，冷却后得到双极板产品。所得双极板产品的厚度为4mm，密度为1g/cm³。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。